Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

Effect of selenium on the physiological parameters and efficiency of bean (Phaseolus vulgaris L.)

Usubova E.Z. 1 Zhizhaev A.M. 2 Mironov P.V. 1
1 Sibirsky State Technological University, Krasnoyarsk
2 Institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, Krasnoyarsk
Приведены данные об увеличении продуктивности и биомассы фасоли под влиянием селена, увеличении содержания хлорофилла и пролина в листьях и активности ферментов каталазы и пероксидазы. Эксперимент проводили в условиях мелкоделяночного опыта. Селен вносили в виде водного раствора селенита натрия с концентрацией 0,001 % замачиванием семян и опрыскиванием растений. Обработка растений селеном приводила к усиленному и более мощному развитию корневой системы фасоли, интенсификации фотосинтетической деятельности. На стадии плодоношения повышалось содержание хлорофилла а в листьях фасоли на 54,9 % по сравнению с контрольными растениями, а хлорофилла b – на 80 %. Усиливалась антиоксидантная система растений за счёт увеличения активности ферментов, поддерживающих перекисный гомеостаз, и содержания пролина – универсального осморегулятора. Физиологические изменения привели к повышению биомассы листьев и урожайности фасоли.
The data of the increase in productivity and biomass of beans under the influence of selenium, the increase of chlorophyll content and proline in the leaves and the activity of enzymes catalase and peroxidase. The experiment was conducted in the beds. Selenium is introduced in the form of an aqueous solution of sodium selenite at a concentration of 0,001 % by soaking the seeds and spraying the plants. Treatment of plants with selenium resulted in intensive and more powerful development of the root system of beans, the intensification of the photosynthetic activity. At the stage of fruiting chlorophyll content was increased in leaves and beans by 54,9 % compared with control plants, and chlorophyll b – 80 %. Antioxidant system of plants reinforced by increasing the activity of enzymes, peroxide homeostasis and proline content – a universal osmotic regulator. Physiological changes have led to increased biomass of leaves and yield of beans.
sodium selenite
selenium
bean varieties
the productivity of beans
1. Anikin L.V. Selenium. And ecology. Of pathology. Chita: GMA, 2002. рр. 11-54.
2. Golubkina N.A. Prospects for the use of selenium in plant // Journal of Agricultural Sciences. 2006. no 1. рр. 49-50.
3. Kotova D.L. Methods of soil quality control. Voronezh, 2007. рр. 22-25.
4. Korolyuk M.A., Ivanov L.I., Mayorov N., Tokarev, V.E. Method for determination of catalase activity // Laboratory business. 1988. no 1. 16 р.
5. Sankova A.G. Selected indicators of the quality of lettuce in the application of sodium selenite // Bulletin VIUA. 2001. no 115. 155 р.
6. Seregina I.I .Effect of selenium on the productivity of spring wheat, depending on the levels of nitrogen nutrition and water supply // Problems of agricultural chemistry and ecology. 2008. no 3. рр. 14-18.
7. Skrypnyk L.N. Ecological and biochemical aspects of the sacrificial function of selenium in plants during oxidative stress: Abstract. dis. Candidate. biol. of Sciences. Kaliningrad, 2009. 19 р.
8. Tumanov V.N., Chiruk S.L. Qualitative and quantitative research methods pigments of photosynthesis: a workshop. Grodno: GrGU them. Kupala, 2007. 62 р.
9. Chupakhina G.N. Physiological and biochemical methods for analysis of plants. Kaliningrad. 2000. рр. 24-25.
10. Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid Determination of Free Proline for Water Stress Studies // Plant Soil. 1973. Vol. 39. рр. 205-207.

Исследования биологической роли селена позволили определить первостепенное значение для человеческого организма соединений селена, синтезируемых растениями [2]. Так как основная биохимическая функция селена - участие в построении основного антиоксидантного фермента (глутатионпероксидазы) и защита организма от действия свободных радикалов, то селенодефицит может вызвать ряд разнообразных заболеваний человека. Прямое внесение селена в продукты питания значительно увеличивает риск токсикозов. Таким образом, появляется необходимость обогащения живых организмов, в том числе растений селеном [1].

В настоящей работе поставлена цель изучения влияния обработки семян и растений селеном на физиологические показатели: содержание хлорофилла, активность ферментов каталазы и пероксидазы и продуктивность растений фасоли сорта «Сакса».

Материалы и методы исследования

Объектом исследования является фасоль сорта «Сакса» (Phaseolus vulgaris L.). Сорт раннеспелый, от всходов до сбора недозрелых бобов съемной спелости 45-50 дней. Растение кустовое, слабораскидистое, высотой 25-40 см.

В работе использовали почву обыкновенный чернозем, легкий суглинок.

Агрохимические показатели почвы: содержание гумуса 7,3 %, рНKCl 7,1, содержание элементов (мг/100 г почвы): фосфор - 114,8, калий - 464,1, кальций - 798,4, марганец - 36,75, никель - 2,1, медь - 2,1, цинк - 5,0, кадмий - 0,06, ванадий - 7,98, свинец - 1,15, селен - 0,26, сурьма - 0,03. Содержание элементов соответствует ПДК [3]. Определение содержания элементов проводили на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) Agilent 7500a, предварительно вскрывая пробы в системе микроволнового вскрытия MWS-2 (Berghof, Германия) во фторопластовых автоклавах DAP-60 (объемом 60 мл) в течение 30 минут. Определение содержания гумуса проводили по Тюрину [3].

Эксперимент проводили в условиях мелкоделяночного опыта.

Семена замачивали на 24 часа в воде и водном растворе селенита натрия с концентрацией Se 0,001 %. Семена высевали в почву с глубиной заделки 5 см. На стадии бутонизации опытные растения опрыскивали водным раствором селенита натрия с концентрацией Se 0,001 %.

На стадии проростков и плодоношения определяли некоторые физиологические показатели растений в 3-х повторностях: содержание хлорофилла в листьях фасоли, содержание пролина, активность ферментов каталазы и пероксидазы. Спектрофотометрически определяли содержание хлорофилла [8]. Содержание свободного пролина определяли спектрофотометрически с помощью нингидринового реактива [10]. Метод определения пероксидазы основан на измерении оптической плотности продуктов реакции, образовавшихся при окислении гваякола за определённый промежуток времени [9]. Принцип метода определения каталазы основан на способности пероксида водорода образовывать с солями молибдена стойкий окрашенный комплекс [4].

На стадии плодоношения измеряли массу семян контрольных и опытных растений, корней, листьев, а также проводили измерения длины стеблей растений линейным методом. Статистическая обработка проведена в Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

Измерение массы растений показало увеличение биомассы на стадии плодоношения. Средние данные линейных и весовых измерений 10 растений отражены в табл. 1.

Таблица 1 Влияние селена на биомассу и продуктивность фасоли сорта «Сакса»

 

Контроль

Опыт

tразности

Длина корня (см)

22,4 ± 3,5

23,9 ± 3,7

0,3

Масса корневой системы (г)

2,7 ± 0,32

3,6 ± 0,28

0,92

Длина стебля (см)

54,4 ± 6,5

55,35 ± 8,11

0,09

Масса листьев (г/раст.)

30,1 ± 4,25

47,7 ± 4,16

2,96

Масса стебля (г/раст.)

35,0 ± 3,53

46,7 ± 5,12

1,89

Масса семян (г/раст.)

36,9 ± 2,43

47,3 ± 3,63

2,37

Примечание. * tразности достоверно при tразности tst для р < 0,05 tst = 2,2.

Из табл. 1 видно, что обработка семян селеном и опрыскивание в фазу бутонизации растений фасоли увеличивает массу семян с одного растения на 28,2 %, массу листьев на 58,5 %. При расчете критерия Стьюдента t st должно соблюдаться неравенство tразности tst и разность полученных средних значений достоверна.

Уровень значимости данных для измерений массы семян и массы листьев составляет 95 %.

Положительная роль селена, проявляющаяся в интенсификации ростовых процессов и формировании зерен, отмечена И.И. Серегиной на пшенице [6].

Влияние селена на продуктивность фасоли может быть связано с воздействием этого элемента на развитие корневой системы в начальные периоды развития растений (рис. 1).

На фотографии видно, что обработка семян фасоли селеном влияет на развитие корневой системы: она становится более мощной, что сказывается на интенсификации фотосинтетической деятельности растений.

 

Рис. 1. Корневая система 20-дневных растений фасоли сорта «Сакса»

Данные по влиянию селена на содержание хлорофилла в листьях фасоли представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что обработка семян раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,001 % незначительно изменяет содержание хлорофилла в листьях фасоли. На стадии плодоношения селен повышает содержание хлорофилла а в листьях фасоли на 54,9 % по сравнению с контрольными растениями, а хлорофилла b - на 80 % по сравнению с контрольными растениями. Установлено, что селен участвует в реакциях образования хлорофилла. Регуляторная роль заключается во взаимодействии с сульфгидрильными группами, содержащимися в ключевых ферментах синтеза хлорофилла [5]. Содержание пролина в листьях фасоли отражено в табл. 3.

Таблица 2 Влияние селена на содержание хлорофилла в листьях растений фасоли сорта «Сакса» (мг/г сырой массы)

Варианты

Проростки

Фаза плодоношения

хлорофилл а

хлорофилл b

хлорофилл а

хлорофилл b

контроль

0,6 ± 0,059

0,82 ± 0,078

0,51 ± 0,002

0,76 ± 0,003

Опыт

0,56 ± 0,014

0,82 ± 0,023

0,79 ± 0,007

1,36 ± 0,055

Таблица 3 Влияние селена на содержание пролина в листьях фасоли сорта Сакса (мкмоль/г сырой массы)

Варианты

Проростки

Фаза плодоношения

Контроль

1,01 ± 0,045

1,65 ± 0,081

Опыт

0,77 ± 0,038

2,02 ± 0,095

Из табл. 3 видно, что в проростках опытных растений фасоли содержание пролина снижено на 31 % по сравнению с контрольными проростками, а в фазу плодоношения повышается на 22,4 % по сравнению с контрольными растениями. Пролин - универсальный осморегулятор, являющийся участником защитных процессов растений.

Важное место в устойчивости растений к неблагоприятным факторам окружающей среды занимает антиоксидантная система, нейтрализующая активные формы кислорода и сохраняющая структурно-функциональное состояние клеточных мембран, так, ферменты каталаза и пероксидаза - поддерживают перекисный гомеостаз.

На рис. 2 отражены данные по влиянию селена на активность фермента каталазы (мкат/л).

 

Рис. 2. Активность каталазы (мкат/л) в листьях контрольных и опытных растений фасоли в фазу плодоношения

На диаграмме показано увеличение активности каталазы в листьях опытных растений фасоли по сравнению с контрольными на 35,6 %.

Влияние селена на активность фермента пероксидазы в листьях фасоли отражено на диаграмме (рис. 3.)

 

Рис. 3. Активность пероксидазы в листьях контрольных и опытных растений фасоли в фазу плодоношения (отн.ед./г сырой массы)

На диаграмме показано увеличение активности пероксидазы в листьях опытных растений фасоли по сравнению с контрольными на 30,8 %. Эти показатели можно объяснить резкими изменениями температурных условий в период плодоношения растений. Повышение активности ферментов антиоксидантной системы связано с защитной функцией селена в растениях [7].

Выводы

Результаты исследования показывают, что обработка семян и растений фасоли сорта «Сакса» водным раствором селенита нат­- рия с концентрацией селена 0,001 % повышает продуктивность и биомассу фасоли, активизирует фотосинтетическую деятельность и работу антиоксидантной системы растений. Полученные научные данные применимы при выращивании растений фасоли сорта «Сакса» для повышения ее продуктивности и использования в качестве источника микроэлемента в более доступной для человека форме.

Рецензенты:

  • Мишанов А.И., д.б.н., профессор, зав. кафедрой технологии консервирования и оборудования пищевых производств Красноярского государственного аграрного университета, г. Красноярск;
  • Степень Р.А., д.б.н., профессор кафедры промышленной экологии и процессов и аппаратов химических технологий Сибирского государственного технологического университета, г. Красноярк.

Работа поступила в редакцию 30.01.2012.