Способ определения адаптации растений к стрессовым факторам в раннем онтогенезе

Способ определения адаптации растений к стрессовым факторам в раннем онтогенезе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области сельского хозяйства и экологии, в частности к определению адаптации различных сортов сельскохозяйственных культур к токсическим веществам почвы (засолению, тяжелым металлам, нефтепродуктам и другим абиотическим факторам).

Известен способ, при котором в раннем онтогенезе определяют токсичность почв по величине корней и надземных побегов у проростков, выявляя загрязненность почвы по изменению их величины (патент №2552057 от 10.06.2015).

Однако известный способ недостаточно эффективный, поскольку после установления факта токсичности почвы изменить ситуацию весьма сложно и посевы, выращиваемые для производственных целей, требуют дополнительных затрат для получения экологически безопасной продукции.

Наиболее близким техническим решением является способ, при котором определяют всхожесть семян и степень развития проростков путем расположения семенного материала свернутым в фильтрованную бумагу в течение 5 суток при определенной температуре в термостате (патент №2542971 от 27.02.2015).

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что определяют всхожесть, энергию прорастания и степень развития проростков, не учитывая при этом адаптивность растений к стрессовым факторам, что усложняет техническое решение при определении адаптивности растений к токсикантам. Чтобы провести оценку сортов любой культуры на адаптивность, ее высаживают на токсических почвах, что усложняет способ.

Технический результат - упрощение способа оценки сортов на адаптацию к стрессовым факторам.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что на стадии проращивания семян фильтровальную бумагу пропитывают 0,3-1,5% водным раствором токсических веществ и выдерживают в термостате 5-8 суток без освещения при низких и высоких температурах, а по количеству проросших семян более 80% определяют устойчивость сортов к токсикантам.

Способ осуществляют следующим образом. Семена различных сортов сельскохозяйственных культур закладывают на проращивание для определения энергии прорастания и всхожести.

Предварительно замачивают фильтровальную бумагу, увлажняя ее солью кадмия (CdCl₂), пищевой солью (NaCl), нефтепродуктами (бензин 92), пестицидами и другими токсикантами агроландшафтов.

Из тяжелых металлов выбран кадмий как наиболее токсический элемент и самый распространенный загрязнитель почвы. Аккумуляция кадмия в клетках и тканях способствует нарушению физиологических и биохимических процессов, что приводит к снижению продуктивности растений и к их гибели.

Ионы Cd нарушают фиксацию атмосферного азота, а также процессы аммонификации, нитрификации и денитрификации, снижают количество витаминов, каротинов, белков и других веществ, определяющих качественные показатели, а также продуктивность растений.

Ряд растений снижают продуктивность при обработке посевов гербицидами, инсектицидами, фунгицидами. При этом нарушается жизнедеятельность фауны и микрофлоры почвы, снижается количество насекомых - опылителей растений.

Нефть является крупнейшим источником загрязнителем окружающей среды. На его долю приходится около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу, 27% сброса загрязненных сточных вод, свыше 30% твердых отходов и до 70% объема парниковых газов. Наиболее характерными загрязнителями окружающей среды являются углеводороды (44,9% от суммарного выброса), оксид углерода (47,4%) и различные твердые вещества (4,3%). Ряд сортов слабо переносят засоленные почвы.

Определение отзывчивости семян возделываемых сортов в конкретном регионе позволит выделить наиболее адаптивные к стрессовым факторам.

Обоснование выбранных параметров способа (проращивание 5-8дней) выбрано в зависимости от биологических особенностей анализируемых культур, их сроков появления всходов.

Концентрация химических растворов (0,3-1,5%) обоснована превышением допустимых пределов в почвенном их содержании.

Так, допустимый предел кадмия 0,2% концентрации водного раствора. В такой же концентрации используют и современные гербициды, инсектициды и фунгициды для борьбы с сорной растительностью, болезнями и вредителями.

Солевые растворы используют в концентрации 1,5% из расчета 15 г соли на 1 литр воды.

В частности, гербициды Ковбой и Лонтрел Гранд применяют в полевых условиях в концентрации 0,1% из расчета 0,2 кг на 300 л воды.

Нефтепродукты, в частности бензин (марки 92) из автомобиля, являются вредоносными для развития семян при концентрации 20 г на 1 литр воды, то есть 0,2%.

Все виды токсикантов позволяют отобрать наиболее адаптивные сорта к стрессовым факторам.

Перемена режима температуры дает возможность определить адаптацию сортов к резким перепадам температур как стрессовый фактор.

Пример 1. Семена сортов озимой пшеницы (Аэлита, Батько, и Ларс) располагали по 100 штук на фильтровальной бумаге, которую свертывают в рулон и перемещают в термостат (без освещения) при температуре 20°С. Предварительно фильтровальную бумагу смачивают в 0,3% растворе кадмия, 1,5% соли пищевой, 1% бензина, и 1% гербицида в 1 литре воды.

Все варианты опыта закладывали в трехкратной повторности. Спустя двое суток температуру снижают до +2-5°С и через 5-8 суток (в зависимости от биологических особенностей культуры и сорта) проводят подсчет всхожих семян и оценку проростков.

Пример 2. Семена озимого рыжика (сорта Козырь и Пензяк) располагали на фильтровальной бумаге в количестве 100 штук каждого варианта в трехкратной повторности. Предварительно смачивали фильтровальную бумагу в водных растворах кадмия, бензина, пищевой соли, гербицидов. В качестве контроля служил вариант - замачивание в дистиллированной воде. В первом варианте в дистиллированную воду добавляли 0,3 г хлористого кадмия из расчета 3 г на 1 л воды.

Во втором варианте использовали солевой раствор из расчета 15 г соли на 1 л воды. Третий вариант состоял из водного раствора бензина марки 92 в количестве 10 мл на 1 литр воды (1%). В четвертом варианте - гербицид Лонтрел Гранд в количестве 10 г растворяли в 1 литре воды. Все варианты опыта закладывали в трехкратной повторности в термостате. Результаты опытов приведены в таблицах 1 и 2.

Более 80% всхожести отмечали у сортов на солевом растворе Из приведенных данных таблицы 1 видно, что при воздействии стрессовых факторов (воздействие химических веществ, переменный температурный режим) наиболее адаптивный оказался сорт Батько Кубанской селекции. При воздействии кадмия и бензина энергия прорастания семян замедлялась на 2-3 дня позже контрольного варианта. Кадмий в такой концентрации ингибирует развитие проростков, которые по своему развитию уступали вариантам с солью и гербицидом. Перемена температурного режима не оказывала существенного влияния на показатели зимостойкости озимых культур в процессе их дальнейшего развития.

У озимого рыжика наблюдались незначительные отклонения от контроля, что объясняется высоким содержанием флавоноидов и эфирных масел в семенах, препятствующих стрессовым факторам (таблица 2).Более адаптивным оказался сорт Пензяк.

Сравнивая полученные данные по двум озимым культурам, следует отметить, что рыжик более устойчив к стрессовым факторам, чем пшеница.

Токсические вещества несколько замедляют процесс развития обрабатываемых растений, но не приостанавливают их рост.

Следовательно, предлагаемый способ позволяет определить адаптацию растений в раннем онтогенезе на стадии проращивания семян, выявить их реакцию на токсические вещества и отобрать наиболее адаптивные сорта.

Способ определения адаптации растений к стрессовым факторам в раннем онтогенезе, включающий проращивание семян в термостате на смоченной фильтровальной бумаге, отличающийся тем, что на стадии проращивания семян фильтровальную бумагу пропитывают 0,3-1,5% водным раствором токсических веществ и выдерживают в термостате 5-8 суток без освещения сначала при температуре 20°С, а спустя двое суток температуру снижают до +2-5°С, а затем по количеству проросших семян более 80% определяют устойчивость сортов к токсикантам.