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.