Биологические науки / 2. Структурная ботаника и биохимия растений

Бессонова В.П.

Дніпропетровський державний аграрно-економічний університет

Вплив надлишку марганцю у середовищі вирощування та обробки амбіолом на ростові процеси Zea mays L.

Вступ. Забруднення геохімічного фону призводить до збільшення кількості металів у атмосфері, ґрунті, воді, що підвищує показник навантаження хімічних елементів на живі організми. У промислових регіонах розвинених країн вміст важких металів перевищує фоновий у 30–40 разів, що знижує урожайність сільськогосподарських культур і декоративність садово-паркових рослин [1, 2].

За цих умов важливу роль набувають дослідження, спрямовані на зниження негативного ефекту важких металів на процеси, що відбуваються в рослинах, а саме за використання фізіологічно активних речовин і антиоксидантів. Метою даної роботи є вивчення надлишку Мn²⁺ у середовищі вирощування кукурудзи і антиоксиданта амбіола на ріст вегетативних органів.

Матеріали та методи. Як об’єкт дослідження слугували рослини кукурудзи Zea mays L. Одну частину насіння кукурудзи замочували у дистильованій воді, другу у розчині амбіола (біо-40) у концентрації 10 мг/л. Через 24 години після замочування насіння переносили у кювети на фільтрувальних папір, змочений дистильованою водою і пророщували до появи корінців довжиною 1,5–2 см. У подальшому проростки вирощували методом піщаної культури. При цьому частину рослин тиждень вирощували на розчині Кнопа, розбавленому водою у відношенні 1:4 з додаванням мікроелементів за Хоглендом, а другу частину на такому ж розчині з додаванням Мn²⁺ у концентрації діючого елементу 25 мг/л, 50, та 100 мг/л. Через тиждень зберігаючи схему досліду розчин Кнопа 1:4 замінили на розчин 1:2. Проводили морфометричні дослідження. Площа листків визначалась ваговим методом. Результати експерименту оброблені статистично [3].

Результати експерименту та їх обговорення. Надлишок марганцю у середовищі вирощування негативно вливає на ростові процеси кореневої системи (табл. 1). Перебування рослин протягом тижня на середовищі з надлишком Мn²⁺ у концентрації 25 мг/л слабко вливає на ріст коренів стосовно контролю. Це ж відноситься і до таких показників як кількість бічних коренів на одній рослині та загальна довжина коренів. а також довжина коренів. Концентрація марганцю 50 та 100 мг/л статистично достовірно пригнічує ріст коренів. Так, довжина кореня пригнічується цими концентраціями на 24,3 та 42,3 % відповідно до контролю. Сильну інгібуючу дію оказує надлишок марганцю на закладаннях бічних коренів. Можливо, це пов’язано з пригніченням поділу клітин, процесу, що лежить в основі формування кореневих зачатків. Ступінь пригнічення залежить від концентрації металу. Чим вища концентрація, тим суттєвіше пригнічується утворення бічних коренів. У варіанті з Мn²⁺ 50 мг/л їх кількість складає 67,3 % до контролю, а з Мn²⁺ 100 мг/л – 48,3 %.

Високі концентрації марганцю зменшують середню довжину бічних коренів на одну рослину, що пояснюється як інгібуванням їх закладення, так і пригніченням росту сформованих коренів. Таке гальмування двох показників, від яких залежить загальна довжина кореневої системи, веде до найбільш суттєвих її змін порівняно з даними морфометричних вимірів інших органів (стебла, листки).

Аналіз показників кореневої системи рослин кукурудзи у контрольному варіанті і в умовах надлишку Мn²⁺ в середовищі вирощування через 21 добу показує, що в досліді з концентрацією Мn²⁺ 25мг/л проявляються симптоми негативного впливу елементу. Так, достовірно зменшується довжина коренів, кількість бічних коренів на одну рослину і загальна довжина кореневої системи. Таким чином, більш тривалий період впливу важкого металу веде до прояву токсичності і в більш низьких концентраціях елементу, що за менш тривалого культивування рослин виявляється слабко. Посилюється токсичність і більш високих концентрацій марганцю, на розвиток кореневої системи, особливо 100 мг/л. Достатньо порівняти величину досліджуваних показників у рослин, вирощуваних на цій концентрації елементу через 7 і 21 день від початку експерименту (табл. 1).

Таблиця 1 – Вплив надлишку марганцю і амбіолу на розвиток кореневої системи проростків кукурудзи

Варіант	Довжина кореня, см	Кількість бічних коренів на рослині, шт.	Довжина бічних коренів на одній рослині, см	Загальна довжина кореневої системи, см
7 доба
Контроль Контроль + амбіол	10,6 ± 0,32 12,13 ± 0,31	32,31 ± 1,44 42,42 ± 2,43	47,50 ± 1,33 54,20 ± 0,90	79,3 ± 2,56 90,59 ±3,20
Мn 25 мг/л Мn + амбіол	9,34 ± 0,42 10,23 ± 0,24	27,60 ± 1,52 38,40 ± 1,46	46,50 ± 0,90 54,92 ± 0,81	74,52 ± 2,94 59,09 ± 2,47
Mn 50 мг/л Мn + амбіол	8,02 ± 0,31 9,91 ± 0,20	20,61 ± 1,34 29,40 ± 1,33	28,40 ± 0,82 36,41 ± 1,12	52,46 ± 2,60 66,14 ± 3,20
Мn 100 мг/л Мn + амбіол	6,02 ± 0,33 8,26 ± 0,25	15,62 ± 1,22 23,42± 1,40	10,23 ± 0,65 25,42 ± 1,32	28,29 ± 2,16 49, 374 ± 3,05
21 доба
Контроль Контроль + амбіол	17,02 ± 0,51 19,02 ± 0,21	62,61 ± 1,21 92,52 ± 1,32	78,7 ± 1,20 89,4 ± 1,21	131,8 ± 22,1 152,3 ± 2,8
Мn 25 мг/л Мn + амбіол	14,51 ± 0,48 17,32 ± 0,31	53,06 ± 1,11 59,62 ± 1,32	79,7 ± 1,15 86,3 ± 1,24	118,8 ± 3,02 138,6 ± 2,80
Mn 50 мг/л Мn + амбіол	12,42 ± 0,31 14,92 ± 0,22	30,91 ± 1,26 48,00 ± 2,13	35,3 ± 1,11 50,1 ± 2,10	61,47 ± 2,92 85,00 ± 3,12
Мn 100 мг/л Мn + амбіол	9,46 ± 0,52 13,22 ± 0,33	22,20 ± 1,14 36,30 ± 1,26	15,9 ± 0,92 44,6 ± 2,16	39,7 ± 2,40 83,73 ± 4,22

Кількість бічних коренів на одну рослину за дії Мn²⁺ 100 мг/л становить 35,45 %, їх довжина – 20,20 %, загальна довжина кореневої системи – 30,12 % від контрольних значень.

Пригнічується ріст листкової пластинки в довжину і в ширину. Більш суттєво виражено інгібуваня росту в довжину. Так, у варіанті з Мn в концентрації 25 мг/ л пригнічення росту листка складає 79,8 % 50 мг/г – 53,2 %, 100 мг/л – 32,4 % порівняно з контролем зменшується і кількість листків, що формуються, особливо у варіанті з Мn 100 мг/л (табл. 2).

Таблиця 2 – Вплив надлишку марганцю та амбіолу на розвиток асиміляційної поверхні проростків кукурудзи, 21-а доба

Варіант	Довжина листка, см	Площа листка, см^3	Число листків на рослині, шт.	Площа листків на 1 рослину, см^3
Контроль Контроль + амбіол	18,31 ± 0,20 20,5 ± 0,15	12, 81 ± 0,32 14,06 ± 0,22	3,21 ± 0,02 3,33 ± 0,04	41,12 ± 0,60 46,82 ± 1,02
Мn 25 мг/л Мn + амбіол	14,62 ± 0,21 17,90 ± 0,51	10,25 ± 0,16 12, 64 ± 0,11	2,74 ± 0,03 2,75 ± 0,05	28, 05 ± 1 34,76 ± 0,86
Mn 50 мг/л Мn + амбіол	9,82 ± 0,22 12,5 ± 0,32	5,88 ± 0,24 9,50 ± 0,18	2,24 ± 0,01 2,66 ± 0,06	13, 17 ± 0,80 25,20 ± 1,62
Мn 100 мг/л Мn + амбіол	7,028 ± 0,41 10,36 ± 0,21	4,32 ± 0,11 7,11 ± 0,24	1,73 ± 0,02 2,01 ± 0,03	7,40 ± 0,31 14,20 ± 0,52

Інгібування надлишком марганцю формування листків, їх росту призводить до значного скорочення асиміляційної поверхні. Зниження цього показника у варіанті Мn²⁺ 25 мг/л складає 78,9 %, 50 мг/л – 46,3 %, 100 мг/л – 34,6 % стосовно контролю. Проте при цьому зменшується і асиміляційна площа у зв’язку зі значним розвитком хлорозу, особливо у варіанті з концентрацією 100 мг/л. Хлороз проявляється у вигляді довгих білих смуг, а потім і коричневих цяточок. Площа ушкодження становить 30,0 % від площі листка. У варіанті з Мn²⁺ 50 мг/л цей показник знижується до 18, 2 %, а 25 мг/л до 2,5 %.

Аналіз впливу антиоксиданту амбіолу свідчить про позитивну дію його як на розвиток кореневої системи, так і асиміляційної поверхні.

Як видно з таблиці 1 і 2 амбіол у деякому ступеню нормалізує ріст коренів. Збільшується кількість бічних коренів, їх довжина на одну рослину. Стимулююча дія антиоксиданту на ростові процеси проявляється суттєвіше в стресових умовах впливу важких металів, ніж у контролі.

Фітотоксичність марганцю знижується в найбільшій мірі в умовах дії найвищої його концентрації – 100 мг/л. Так, кількість бічних коренів при обробці амбіолом насіння кукурудзи у контролі на 7-й день досліду зростає у варіантах Мn²⁺ 25 мг/л – на 39,1 %, Мn²⁺ 50 мг/л – на 42,6 %, Мn²⁺100 мг/л – на 50,0 %. Слід зазначити, що протекторна дія амбіолу проявляється і на 21 день зростання рослин, але вона виражена менше. Обробка насіння антиоксидантом активізує ріст бічних коренів і збільшує загальну довжину кореневої системи порівняно з варіантом, де на рослини впливає надлишок Мn²⁺. Так, загальна довжина кореневої системи у варіанті Мn²⁺ 100 мг/л при обробці насіння амбіолу становить на 7-му добу – 174,5 %, а на 21-у – 210,9 %, у варіанті Мn²⁺ 50 мг/л – 246,0 та 138,7 % відповідно.

Висновки

1. Надлишок Мn²⁺ (25, 50, 100 мг/л) у живильному розчині пригнічує формування бічних коренів, їх ріст, знижує загальну довжину кореневої системи. При збільшені як концентрації, так і тривалості дії важкого металу інгібуючи дія зростає.

2. Високі концентрації марганцю (25, 50, 100 мг/л) пригнічують утворення кількості листків, їх ріст, викликають хлороз.

3. Замочування насіння у розчині антиоксиданта амбіолу знижує фітотоксичну дію надлишку марганцю у живильному розчині, що проявляється у позитивному впливі на інтенсивність ростових процесів кореневої системи, особливо закладання бічних коренів, та формуванні асиміляційної поверхні.

Література

1. Алексеев Ю.В. Тяжелые метали в почвах и растениях. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 142 с.

2. Бессонова В.П. Цитофизиологические аспекты воздействия тяжелых металлов на рост и развитие растений. – Запорожье: Павел, 1999. – 208 с.

3. Лакин Г. Ф. Биометрия. – Высшая скола, 1990. – 352 с.