ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ NaCl НА ВСХОЖЕСТЬ И РАЗВИТИЕ ПРОРОСТКОВ ЛЬНА ПОСЕВНОГО (LINUM USITATISSIMUM L.)

Гордеева И.В.¹, Алешина Л.В.²

¹Кандидат биологических наук, доцент, ²Кандидат химических наук, доцент, Уральский государственный экономический университет

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ NaCl НА ВСХОЖЕСТЬ И РАЗВИТИЕ ПРОРОСТКОВ ЛЬНА ПОСЕВНОГО (LINUM USITATISSIMUM L.)

Аннотация

В работе отражены результаты исследования влияния различных концентраций хлорида натрия на ряд показателей раннего онтогенеза льна посевного – всхожесть семян, массу проростков, длину главного корня и гипокотиля в динамике. Семена и проростки Linum usitatissimum подвергались воздействию растворов NaCl в концентрациях 0,01М, 0,02М, 0,03М, 0,04М и 0,05М на протяжении шести суток. Показано, что солевой стресс не оказывает однозначного влияния на всхожесть семян, причем более высокая концентрация NaCl (0,04М) оказывает даже стимулирующий эффект на данный показатель. В то же время 0,02М раствор хлорида натрия стимулировал развитие корневой системы проростков, но не влиял на развитие надземной части растений. Результаты работы позволяют заключить, что эффект от воздействия растворов NaCl на семена льна посевного определяется исключительно конкретной концентрацией данного вещества.

Ключевые слова: солевой стресс, всхожесть семян, развитие проростков, лен посевной.

Gordeeva I.V.¹, Alyoshina L.V.²

¹PhD in Biology, Associate Professor, ²PhD in Chemistry, Associate Professor, Ural State University of Economics

INFLUENCE OF VARIOUS CONCENTRATIONS OF NaCl ON GERMINATING ABILITY OF SEEDS OF COMMON FLAX (LINUM USITATISSIMUM L.)

Abstract

The following work reflects the results of the study of the effect of various concentrations of sodium chloride on a number of indicators of early ontogenesis of common flax and namely the germinating ability of seeds, the mass of seedlings, the length of the main root and hypocotyls in dynamics. Seeds and seedlings of Linum usitatissimum were exposed to solutions of NaCl in concentrations of 0.01M, 0.02M, 0.03M, 0.04M and 0.05M for six days. It is shown that salinity stress does not have a unique effect on germinating ability of seeds with a higher concentration of NaCl (0.04 M) has a stimulating effect on this index. At the same time, a 0.02 M sodium chloride solution stimulated the development of the root system of seedlings, but did not affect the development of the aerial parts of plants. The results of the work enable us to conclude that the effect of NaCl solutions on common flax is determined solely by the specific concentration of the given substance.

Keywords: salinity stress, germinating ability of seeds, development of underground seedling, common flax.

Изучение реакции растений на различные стрессовые факторы является одним из перспективных направлений физиологии, так как снижение всхожести, замедление темпов роста и уменьшение урожайности представляют собой серьезную общемировую сельскохозяйственную проблему. Особое внимание уделяется изучению  влияния на всхожесть семян и развитие проростков солевого стресса, так как засоление почв как природного, так и антропогенного происхождения является причиной изъятия из сельхозоборота свыше 10% мировых почвенных угодий [1]. Многочисленные исследования показывают, что солевой стресс оказывает негативный эффект как на всхожесть семян, так и на дальнейшее развитие проростков, способствуя снижению скорости роста, уменьшению корневой и надземной биомассы, а также общей площади листовой поверхности [1], [2], [3], [4], [5], [6].

По утверждению Q. Chachar and others, хлорид натрия, присутствующий в избыточном количестве в почве и растворах, продуцирует осмотический водный стресс, дисбаланс, ведущий к дефициту необходимых микроэлементов, нарушение проницаемости клеточных мембран и структуры хлоропластов, а также вторичные эффекты, обусловленные избытком натрия в почве и слабой аэрацией корневой системы [2]. Однако данные авторы утверждают, что последняя в целом менее чувствительна к избыточному содержанию ионов Na⁺ и Cl^-, нежели надземная часть растений. В то же время S. Yaver  и С. Pasa показывают, что практически все органы цветковых растений в равной мере реагируют на солевой стресс [3]. Очевидно, что результаты экспериментов в значительной степени определяются видовой принадлежностью исследуемых растений, а также методикой конкретного опыта, включая температурный режим, сезон и концентрацию солевого раствора. Известно, что растения существенно отличаются по степени чувствительности к солевому стрессу: высокой толерантностью отличаются, например, хлопчатник и ячмень, к гликофитным культурам традиционно относят гречиху посевную, хотя ранее было показано, что для последнего вида низкие концентрации NaCL (0,01М и 0,02М) не только не являются токсичными, но даже оказывают некий стимулирующий эффект на развитие проростков в течение первых пяти суток проращивания семян [7].

В настоящей работе исследовалось влияние солевого стресса на развитие проростков льна посевного Linum usitatissimum L. – ценной технической и масличной культуры, возделываемой в различных регионах мира. В ряде экспериментов ранее было показано, что данный вид растений отличается относительно высокой толерантностью к наличию ионов Na⁺ и Cl^- в водных растворах, которая снижается по мере возрастания концентрации последних [3-5]. Тем не менее, результаты исследований нередко противоречат друг другу. Так например, A. Kadkhadaie и M. Bagheri  утверждают, что «солевой стресс значительно снижал всхожесть семян, длину корней и плюмул проростков» [5]. В то же время S. Yaver  и С. Pasa не выявили однозначной корреляции между концентрацией солевого раствора и данными показателями, что может быть обусловлено методикой конкретного эксперимента [3]. В данном исследовании изучалось влияние на всхожесть семян, длину корня и гипокотиля, а также массу проростков растворов NaCL концентраций 0,01М, 0,02М, 0,03М, 0,04М и 0,05М. Методика эксперимента заключалась в следующем: семена в количестве 30 штук помещались в чашки Петри с фильтровальной бумагой, в которые вносились растворы хлорида натрия перечисленных выше концентраций в дистиллированной воде. В качестве контроля использовались семена, обрабатываемые дистиллированной водой. Проращивание семян осуществлялось при комнатной температуре (23-25 ⁰С) в течение февраля-марта 2017 г. в шести повторностях. Проращиваемые семена смачивались растворами по мере высыхания. На протяжении вторых-шестых суток ежедневно измерялась масса и длина проростков, а начиная с третьих суток проращивания – длина главного корня и гипокотиля. Результаты рассчитывались как среднее арифметическое из шести повторных опытов. Всхожесть семян определялась как отношение количества проросших семян на каждые сутки эксперимента, начиная со второго дня проращивания, к исходному количеству семян и выражалась в процентах [8]. Для обработки результатов экспериментов использовались стандартные статистические приложения программы Microsoft Excel, достоверность различий между экспериментальными выборками и контролем оценивалась на основании t-критерия.

На Рис.1 представлена динамика всхожести семян льна посевного на протяжении вторых-шестых суток проращивания. Как следует из данных гистограммы, наибольшая всхожесть к концу эксперимента наблюдалась у семян, подвергшихся воздействию раствора хлорида натрия максимальных концентраций – 0,05М и особенно 0,04М, наименьшая – при промежуточном значении концентрации солевого раствора – 0,03М. Однако если проследить изменение данного параметра в динамике, то можно отметить, что на начальном этапе проращивания ситуация выглядела совершенно иначе: именно семена, обработанные 0,05М раствором NaCL демонстрировали минимальную всхожесть – 78,2% (для сравнения в контроле этот показатель составлял 86,3%). Но уже на третьи сутки фиксируется резкое возрастание всхожести семян в чашках с максимальной концентрацией раствора и данный показатель не изменяется в дальнейшем на протяжении всего эксперимента, превысив контрольные показатели. Таким образом, результаты исследования показывают, что солевые растворы хлорида натрия в определенных концентрациях не только не оказывают негативного влияния на всхожесть семян L. usitatissimum, но могут быть даже благоприятны для последней, хотя несколько затормаживают процесс прорастания.

Рис. 1 – Влияние растворов NaCL на всхожесть семян Linum usitatissimum

 

Для того, чтобы оценить влияние стрессового фактора на ранние стадии онтогенеза растений, недостаточно учитывать только всхожесть семян, но необходимо также принимать во внимание другие показатели, характеризующие общее состояние проростков. В Табл.1 отражены результаты измерения массы проростков в течение эксперимента. Как следует из представленных данных, достоверное снижение средней массы проростков наблюдается для растений, подвергшихся воздействию растворов NaCl максимальных концентраций – 0,04М и 0,05М. В то же время при обработке проростков растворами хлорида натрия меньших концентраций не только не фиксируется достоверного снижения массы по сравнению с контролем, но, напротив, отмечается даже некоторое превышение последних значений в случае обработки 0,02М раствором.

Таблица 1 – Влияние растворов NaCL на массу проростков Linum usitatissimum

Концентрация раствора NaCL	Средняя масса проростков, мг
	2-е сутки	3-и сутки	4-е сутки	5-е  сутки	6-е сутки
контроль	21,6 ±0,8	29,3±1,1	33,6±1,2	40,9 ±1,6	46,3±1,9
0,01 М	21,7±0,9	29,2±0,7	34,2±1,1	40,5±1,4	45,5±1,4
0,02 М	23,3±0,7*	30,6±1,3	34,0±0,8	43,4±1,3*	50,9±1,7*
0,03 М	21,4±0,8	30,1±0,9	33,6±1,1	42,2±1,2	46,5±0,8
0,04 М	18,2±0,7*	22,9±1,2**	26,2±1,3**	35,4±0,8*	39,7±1,5**
0,05 М	16,1±1,1*	21,5±1,4**	23,4±0,8**	33,2±1,2**	36,3±1,4**

Примечание: * - статистически достоверное различие между выборкой и контролем Р<0,05; ** - Р<0,01.  

Для оценки общего эффекта, оказываемого раствором NaCl на массу проростков L. usitatissimum важно не только сравнить абсолютные значения данной величины, но и сопоставить относительную скорость роста последней для всех тестируемых вариантов (Рис.2). Представленные данные отражают сходную тенденцию динамики роста массы в течение третьих-шестых суток эксперимента, однако демонстрируют существенные различия в темпах прироста. В целом наиболее резкое изменение темпов роста на четвертые-пятые сутки наблюдается у проростков, подвергшихся воздействию максимально концентрированных растворов хлорида натрия, в то время как минимальные концентрации этой соли снижают диапазон колебаний данной величины. Представленные на графике значения позволяют заключить, что повышенные концентрации NaCl приводят к некоторой задержке развития проростков в первые четверо суток эксперимента, но в дальнейшем лаг-эффект компенсируется резким возрастанием массы на пятые сутки.

Рис. 2 – Влияние растворов NaCl  на относительную скорость роста массы проростков Linum usitatissimum

 

В Табл.2-3 представлены результаты измерения длины проростков на протяжении вторых-шестых суток эксперимента. Из полученных данных следует, что влияние хлорида натрия на длину как главного корня, так и гипокотиля неоднозначно, за исключением максимальной концентрации раствора, которая оказывала достоверное ингибирующее воздействие на развитие обоих компонентов проростков в течение всего периода исследования. В то же время растворы NaCl меньших концентраций (особенно 0,02М) проявляли даже достоверный стимулирующий эффект, в первую очередь на развитие корневой системы, в течение четвертых-шестых суток эксперимента. Полученные результаты согласуются с данными S. Yaver  и С. Pasa, но противоречат утверждениям A. Kadkhadaie и M. Bagheri о том, что в результате воздействия растворов поваренной соли на проростки цветковых растений в первую очередь страдает корневая система [3, 5].

 

Таблица 2 – Влияние растворов NaCL на длину главного корня проростков Linum usitatissimum

Концентрация раствора NaCL	Средняя длина основного корешка, мм
	2-е сутки	3-и сутки	4-е сутки	5-е сутки	6-е сутки
контроль	18,80 ±0,54	19,00 ±0,34	20,66 ±0,42	23,87 ±0,35	28,50±056
0,01 М	16,85 ±0,32*	19,25±0,23	22,15 ±0,31*	26,94±0,38*	27,29±0,49
0,02 М	16,64 ±0,39*	18,23 ±0,61	26,68 ±0,41*	29,26 ±0,44*	32,44±0,57*
0,03 М	16,60 ±0,48*	20,21±0,48	24,38±0,26*	26,13±0,32*	28,54±0,43
0,04 М	15,14 ±0,51*	17,71±0,35*	18,76±0,44*	20,03±0,31*	20,42±0,34*
0,05 М	13,33 ±0,28*	16,36±0,34*	16,39±0,37*	17,47±0,41*	18,03±0,52**

 

Таблица 3 – Влияние растворов NaCL на длину гипокотиля проростков Linum sitatissimum

Концентрация раствора NaCL	Средняя длина гипокотиля, мм
	3-и сутки	4-е сутки	5-е сутки	6-е сутки
контроль	16,05 ±0,21	19,93 ±0,34	23,19 ±0,27	30,52±0,51
0,01 М	16,67±0,18	17,90 ±0,26*	23,42±0,32	30,23±0,42
0,02 М	16,64 ±0,53	18,62 ±0,37	24,63 ±0,41	31,21±0,38
0,03 М	18,17±0,36*	19,38±0,31	25,27±0,24 *	29,47±0,42
0,04 М	15,07±0,21*	15,94 ±0,34*	19,10±0,25*	24,02±0,40*
0,05 М	13,47±0,28*	15,04±0,29*	17,01±0,38*	21,63±0,32**

 

Относительная скорость роста совокупной длины проростков, а также изменение соотношения длина корня: длина гипокотиля представлены на Рис.3-4. Из данных Рис.3 следует, что целый ряд концентраций раствора NaCl стимулирует более высокие темпы прироста длины проростков по сравнению с контролем, по крайней мере, на протяжении первых пяти суток. Интересен также факт, что растения, обрабатываемые 0,02М и 0,03М раствором поваренной соли демонстрируют практически линейное снижение темпов роста в течение всего эксперимента, в то время как только у контрольных образцов фиксируется повторное возрастание данного показателя в период пятых-шестых суток исследования.

Рис. 3 – Влияние растворов NaCl  на относительную скорость роста длины проростков Linum usitatissimum

Рис. 4 – Влияние растворов NaCl  на отношение длины корня к длине гипокотиля проростков Linum usitatissimum

 

Данные, представленные на Рис.4, показывают влияние хлорида натрия на соотношение длины подземной и надземной части растений. Если на третьи сутки эксперимента максимальная доля корневой системы в общей длине проростков выявлена для контрольных образцов, то уже начиная с четвертых суток эксперимента картина резко изменяется, причем наибольшее значение соотношения корень: гипокотиль выявлено для растений, подвергшихся воздействию 0,02М раствора NaCl. Как уже отмечалось ранее, именно данная концентрация оказывала стимулирующее воздействие на формирование и развитие главного корня у проростков (Табл.2). Таким образом, можно заключить, что определенные значения концентраций водного раствора хлорида натрия могут оказывать как ингибирующее, так и стимулирующее воздействие на развитие проростков Linum usitatissimum и отдельных их органов. Противоречивость результатов экспериментов, о которых говорилось ранее, может быть обусловлена использованием в конкретных исследованиях различных концентраций раствора данной соли.

В то же время конкретные биохимические механизмы, определяющие стимулирующий либо ингибирующий эффект воздействия различных концентраций раствора NaCl  на развитие проростков Linum usitatissimum требуют дальнейших исследований.

Список литературы / References

1. Хасан Д., Ковтун И.С., Ефимова М.В. Влияние хлоридного засоления на прорастание семян и рост проростков Brassica napus L. / Д. Хасан, И.С.Ковтун, М.В. Ефимова // Вестник Томского государственного университета.–2011.– №4(16).– С.108-112.
2. Chachar Q., Solangi A., Vernoef A. Influence of sodium chloride on seed germination and seedling root growth of cotton (Gossypium hirsutum L.) / Q. Chachar, A. Solangi, A. Vernoef // Pakistan Journal of Botany.–2008.–V.40(1).– P.183-197.
3. Yaver S., Pasa C. Application of different NaCl concentrations on seed germination of flax (Linum usitatissimum L.) cultivar / S. Yaver, C. Plasa // Agricultural Science and Technology.–2009.– V.1.–N.3.–P.103-105.
4. Muhammad Z., Hussain F. Effect of NaCl salinity on the germination and seedling growth of some medical plants / Z. Muhammad, F. Hussain // Pakistan Journal of Botany.–2010.–V.42(2).– P.889-897.
5. Kadkhodaie A., Bagheri M. Seed treatment during germination in linseed to overcome salt and drought stresses (Linum usitatissimum L.) / A. Kadkhodaie, M. Bagheri // International Journal of Biological, Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Engineerig.–2011.–V.5.–N.1.–P.12-16.
6. Tsegay B., Gebreslassie B. The effect of salinity (NaCl) on germination and early seedling growth of Lathyrus sativus and Pisum sativum var. abyssinicum / B. Tsegay, B. Gebreslassie // African Journal of Plant Science.– 2014.– V.8(5).– P.225-231.
7. Гордеева И.В. Влияние низких концентраций раствора хлорида натрия на прорастание семян Fagopyrum esculentum / И.В. Гордеева // Успехи современной науки.–2016.– Т.5.–№11.–С.162-166.
8. Федорова В.Я., Чайкина Е.Л., Бакунина И.Ю. Влияние 1,3;1,6-b-D-глюкана и продуктов его ферментативной трансформации на формирование проростков гречихи Fagopyrum esculentum Monch. / В.Я. Федорова, Е.Л.Чайкина, И.Ю. Бакунина // Химия растительного сырья.–2009.–№3.– С.139-146.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Hasan D., Kovtun I.S., Efimova M.V. Vliyanie hloridnogo zasoleniya na prorastanie semyan i rost prorostkov Brassica napus L. [The influence of chloride salinization on seed germination and seedling growth of Brassica napus L.] / D. Hasan, I.S. Kovtun, M.V. Efimova // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta [Tomsk State University Journal].– 2011.– №4(16).– P.108-112. [in Russian]
2. Chachar Q., Solangi A., Vernoef A. Influence of sodium chloride on seed germination and seedling root growth of cotton (Gossypium hirsutum L.) / Q. Chachar, A. Solangi, A. Vernoef // Pakistan Journal of Botany.–2008.–V.40(1).– P.183-197. [in English]
3. Yaver S., Pasa C. Application of different NaCl concentrations on seed germination of flax (Linum usitatissimum L.) cultivar / S. Yaver, C. Plasa // Agricultural Science and Technology.–2009.– V.1.–N.3.–P.103-105. [in English]
4. Muhammad Z., Hussain F. Effect of NaCl salinity on the germination and seedling growth of some medical plants / Z. Muhammad, F. Hussain // Pakistan Journal of Botany.–2010.–V.42(2).– P.889-897. [in English]
5. Kadkhodaie A., Bagheri M. Seed treatment during germination in linseed to overcome salt and drought stresses (Linum usitatissimum L.) / A. Kadkhodaie, M. Bagheri // International Journal of Biological, Biomolecular, Agricultural, Food and Biotechnological Engineerig.–2011.–V.5.–N.1.– P.12-16. [in English]
6. Tsegay B., Gebreslassie B. The effect of salinity (NaCl) on germination and early seedling growth of Lathyrus sativus and Pisum sativum var. abyssinicum / B. Tsegay, B. Gebreslassie // African Journal of Plant Science.– 2014.– V. 8(5).– P.225-231. [in English]
7. Gordeeva I.V. Vliyanie nizkih koncentracij rastvora hlorida natriya na prorastanie semyan Fagopyrum esculentum [Low concentrations of sodium chloride solution effect on seed germination of Fagopyrum esculentum] / I.V. Gordeeva // Uspekhi sovremennoj nauki [Modern Science Success].–2016.–V.5.–№11.–P.162-166. [in Russian]
8. Fedorova V.Ya., Chajkina E.L., Bakunina I.Yu. Vliyanie 1,3;1,6-b-D-glyukana i produktov ego fermentativnoj transformacii na formirovanie prorostkov grechihi Fagopyrum esculentum Monch. [Effect of 1,3;1,6-b-D-glucan and products of its fermentative transformation on the buckwheat Fagopyrum esculentum Monch. seedling development] / V.YA. Fedorova, E.L. Chajkina, I.Yu. Bakunina // Himiya rastitel'nogo syr'ya [Chemistry of Plant Raw Material].–2009.–№3.– P.139-146. [in Russian]