Способ определения адаптации растений к стрессовым факторам в раннем онтогенезе
Владельцы патента RU 2655730:
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова" (ВИР) (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Горский государственный аграрный университет" (ФГБОУВО Горский ГАУ) (RU)
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. Способ включает проращивание семян в термостате на смоченной фильтровальной бумаге. При этом 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. Затем по количеству проросших семян более 80% определяют устойчивость сортов к токсикантам. Способ позволяет упростить оценку сортов на адаптацию к стрессовым факторам. 2 табл., 2 пр.
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.