Влияние предпосевного электронного облучения на показатели развития проростков яровой пшеницы и пораженность болезнями

Полный текст

В системе мероприятий, направленных на повышение производства зерна и улучшение его качества, определенную роль играет предпосевная обработка семян с целью защиты сельскохозяйственных растений от патогенной микрофлоры.

Актуальность данного приема важна из-за того, что возбудители грибных и бактериальных болезней после высева семян в почву поражают растения, угнетают развитие, снижают урожайность.

Загрязненность патогенной микрофлорой почвы и семенного материала достигает в Российской Федерации высоких значений. В семенном фонде хозяйств практически отсутствует здоровый материал. [5]

Современные исследования направлены на использование ионизирующих излучений (ИИ) для предпосевной обработки семян с целью борьбы с возбудителями болезней. Применение технологии предпосевной обработки до недавнего времени было ограничено невозможностью излучения с высокой проникающей способностью и необходимостью применения больших доз облучения, при которых повреждались клетки семян, отвечающие за их прорастание. С развитием низкоэнергетического электронного облучения (до 300 кэВ) эту проблему удается разрешить (e-ventus технология). В этом случае на поверхности зерна, проходящего через электронный пучок, формируется доза облучения, достаточная для инактивации патогенов, а внутри пространства семени она минимальна.

В работе [9] показано, что при обработке семян пшеницы электронным пучком с энергией 305 кэВ наблюдается экспоненциальное снижение всхожести семян при поглощенной дозе 0,8 кГр, большее облучение провоцирует полную невсхожесть. Снижая энергию электронного пучка до 200 кэВ в диапазоне поглощенных доз 0,8…5,6 кГр всхожесть остается на уровне контроля, однако с увеличением дозы этот показатель снижается. При энергии электронов 200 кэВ и поглощенной дозе 0,8…4,0 кГр происходит дезинфицирующий эффект и сохраняются нормальные показатели всхожести и энергии прорастания. Дезинфекция происходит, если энергия электронов (300 кэВ) и поглощенная доза (0,8…8,0 кГр) высокие, но страдают показатели всхожести и энергии прорастания. Авторы рекомендуют предпосевную обработку семян пшеницы низкоэнергетическим электронным излучением энергией 200 кэВ (0,8…4 кГр). [9]

Другими учеными установлено, что использование поглощенных доз для облучения Triticum L. выше 2 кГр вызывает ингибирование всхожести и роста при энергии пучка 500 кэВ и 10 МэВ. [6]

Цель работы – изучить действие предпосевного электронного облучения на показатели развития проростков яровой пшеницы в зависимости от величины пострадиационного периода.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объект изучения – семена пшеницы яровой (Triticum aestivum L.) сорта Ирень (первая репродукция), созданного на Красноуфимской селекционной станции совместно с Уральским НИИСХ (разновидность мильтурум, раннеспелый, вегетационный период – 70…80 дн.). Высокоустойчив к полеганию, устойчив к мучнистой росе и пыльной головне.

Семена облучали на электронном ускорителе «Дуэт» в ИСЭ СО РАН по методике. [10] Дозы облучения в диапазоне 1…5 кГр с шагом в 1 кГр при двух энергиях электронов – 100 (режим 1) и 120 кэВ (режим 2).

Навеска семян на каждую дозу составляла 15 г. Семена рассыпали одним слоем в чашке Петри и помещали на расстоянии 20 мм от выводного окна ускорителя. Мощность излучения – 100 Гр/импульс. Суммарную введенную дозу набирали изменением количества импульсов, глубина поглощения дозы не превышала 300 мкм.

После облучения семена проращивали в рулонах фильтровальной бумаги в течение 7 сут. в термостате при температуре 20 ⁰С по методике. [3] Проведено два лабораторных опыта: в первом семена заложили на проращивание через 9 сут. после облучения, во втором – через 12 сут. Повторность – трехкратная.

При проведении лабораторных опытов оценивали следующие показатели: лабораторную всхожесть (ЛВ), силу роста семян (СРС), длину ростка и корешка (Lр и Lк), сырую и сухую массу проростков (Мсыр. и Мсух.), процент содержания воды в проростках. Учет пораженности (степень поражения и распространенность) проростков болезнями осуществляли по общепринятым методикам. [2, 4]

В побегах семидневных проростков ячменя находили содержание свободного пролина и активность каталазы. [7, 8] Для определения содержания каталазы брали 0,5 г сырых листьев пшеницы и растирали на льду в ступке с небольшим количеством 1,5…2,0 мл 0,1 М фосфатного буферного с добавлением стеклянного песка. Гомогенат переносили в центрифужную пробирку, обмывая ступку (0,5 мл) буферным раствором. Общий объем использованного буфера составляет 5 мл. Гомогенат центрифугировали в течение 20 мин. (8000 оборотов при 4°С). Супернатант переносили в чистую пробирку, помещенную в стакан со льдом, для предотвращения потери активности. Его использовали как фермент при проведении реакции. В таком виде супернатант хранят в холодильнике не более 2 ч.

Активность каталазы определяли в кюветах для СФ (спектрофотометр) при температуре 30°С. Все растворы хранили в термостатированной ванне. В кювету (3 мл) добавляли 2,8 мл реакционной среды. Реакцию запускали введением 0,2 мл супернатанта. Смесь быстро встряхивали и измеряли на спектрофотометре изменение оптической плотности при длине волны 340 нм каждые 10 сек. в течение 2…3 мин.

В контрольную пробу вместо супернатанта добавляли равный объем буфера. Показания снимали аналогичным способом. В опытном и контрольном вариантах повторность трехкратная.

Активность каталазы рассчитывали по формуле Биссвангера. [1]

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ семисуточных проростков показал, что электронное облучение по-разному влияет на посевные качества и морфометрические показатели развития пшеницы в зависимости от пострадиационного периода (ПП). При ПП 9 сут. отмечено достоверное увеличение на 1% лабораторной всхожести (ЛВ) при дозах 2 и 4 кГр (режим 1), 1 и 4 кГр (режим 2), отсутствие действия на силу роста семян (СРС) при режиме 1 и статистически значимое снижение СРС при 3…5 кГр (режим 2) (рис. 1а).

При пострадиационном периоде 12 сут. облучение в режиме 1 не повлияло на лабораторную всхожесть и силу роста семян, тогда как в режиме 2 наблюдали статистически значимое снижение лабораторной всхожести на 14 и 6% соответственно и силы роста семян – 2…4% при дозах 3…5 кГр (рис. 1б).

 

Рис. 1. Влияние облучения на посевные качества семян при ПП 9 сут. (а) и ПП 12 сут. (б). * – различия статистически значимы по сравнению с контролем при P<0,5. То же на рис. 2–6.

 

На рисунке 2 представлены данные по влиянию электронного облучения на развитие семисуточных проростков при ПП 9 сут. Установлено, что облучение в дозах 3…5 (режим 1) и 2…5 кГр (режим 2) подавляло развитие ростка на 9,4…19,3 и 15…29,3% соответственно. Сырая масса в расчете на одно растение также снизилась при 2…5 кГр (режим 1) на 8,4…16% и 1…5 кГр (режим 2) – 14,8…26,2%.

Предпосевное облучение стимулировало развитие корневой системы – длина корней достоверно увеличилась при дозах 1 и 5 кГр (режим 1) на 4,3 и 3,4%, 1…3 кГр – на 4…5% и не оказало влияния на сухую массу проростков (рис. 2а).

 

Рис. 2. Влияние облучения на развитие проростков пшеницы при ПП 9 сут.: а – режим 1 (100 кэВ), б – режим 2 (120 кэВ).

 

При ПП 12 сут. положительное воздействие на длину ростка было отмечено только при дозе 2 кГр (режим 1) на 11,2%, тогда как при дозе 5 (режим 1) и 2…5 кГр (режим 2) наблюдали уменьшение длины ростка на 12,2 и 20,4…32% соответственно (рис. 3). При 3 и 5 кГр (режим 2) длина корня проростков снизилась на 7,6 и 6,1%. Облучение вызвало увеличение сырой массы проростков при 1…5 кГр (режим 1) на 6,7…11,7%, 1 и 2 кГр (режим 2) – на 8,7…17,8%, а при 3…5 кГр (режим 2), напротив, уменьшение на 21,6…32,3%. Сухая масса проростков не зависела от облучения, за исключением дозы 2 кГр (режим 2), где было увеличение на 24,3%, по сравнению с контролем (рис. 3).

 

Рис. 3. Влияние облучения на развитие проростков при ПП 12 сут.

 

Определение содержания свободного пролина в семисуточных проростках выявило снижение на уровне тенденции показателя в вариантах с облучением при ПП 9 сут. и приближение уровня пролина к значениям в контроле на 12 сут. и даже достоверное превышение в 1,6 раза при дозе 3 кГр (режим 1) (рис. 4).

 

Рис. 4. Влияние облучения на содержание свободного пролина в проростках пшеницы.

 

Изучение влияния электронного облучения семян на активность ферментативных процессов показало, что активность каталазы была выше при режиме 1, чем при режиме 2 (см. таблицу).

 

Влияние электронного облучения на активность каталазы

Показатель	Доза облучения, кГр (режим)
	0 (к)	1 (1)	2 (1)	3 (1)	4 (1)	5 (1)	1 (2)	2 (2)	3 (2)	4 (2)	5 (2)
Активность каталазы, МЕ/мл	15,09	18,30	7,49	15,84	13,27	20,87	10,92	10,49	9,95	4,92	6,10
НСР05	15,28

 

Однако снижение активности каталазы при дозах 3…5 кГр и энергии электронов 120 кэВ, по сравнению с контролем, отмечено лишь на уровне тенденции, так как оно не было достоверным.

При ПП 9 сут. на проростках выявлено поражение корневой гнилью (возбудители Drechslera teres и Fusarium spp). На рисунке 5а видно, что при режиме 1 достоверное повышение степени поражения и распространенности было при дозе 1 кГр на 2,8 и 10,7% соответственно. В остальных вариантах развитие болезни не отличалось от контроля.

При облучении (3…5 кГр) в режиме 2 развитие гельминтоспориоза статистически значимо увеличилось на 2,5…5,3% по степени поражения и 8,7…14,0% – распространенности болезни (рис. 5а).

Развитие фузариоза (ПП 9 сут.) наблюдали во всех варианта опыта, но достоверных отличий по уровню пораженности между вариантами с облучением и контролем не установлено (рис. 5б).

 

Рис. 5. Пораженность проростков гельминтоспориозом (а) и фузариозом (б), ПП 9 сут. П – пораженность, Р – распространенность (то же на рис. 6).

 

При ПП 12 сут. проростки были поражены гельминтоспориозом (возбудитель – Drechslera teres), степень поражения достоверно была выше только при дозе 2 кГр (режим 1) на 11,8% и не отличалась от контроля в остальных вариантах (рис. 6а).

Облучение вызвало значительный рост распространенности болезни – при 2…5 кГр (режим 1) на 15,3…31,3%, 3 и 4 кГр (режим 2) – 7,3…10,0% (рис. 6а).

Пораженность Fusarium spp. при ПП 12 сут. отмечено при обоих режимах облучения на низком уровне: режим 1– 0,33…0,66%, режим 2 – 0,16…1,16%, в контроле болезнь полностью отсутствовала (рис. 6б).

 

Рис. 6. Пораженность проростков гельминтоспориозом (а) и фузариозом (б), ПП 12 сут.

 

Из учетов пораженности семисуточных проростков пшеницы болезнями при закладке в разные сроки после облучения семян следует, что при ПП 12 сут. развитие болезней было ниже, чем при ПП 9 сут.

Выводы. Экспериментально установлено, что эффективность действия предпосевного низкоэнергетического электронного облучения семян яровой пшеницы сорта Ирень на показатели развития проростков зависит от дозы облучения, энергии электронов и величины пострадиационного периода. При ПП 9 сут. отмечено достоверное увеличение на 1% лабораторной всхожести (2 и 4 кГр, энергия электронов 100 кэВ, режим 1, 1 и 4 кГр, энергия электронов 120 кэВ, режим 2). Облучение стимулировало развитие корневой системы – длина корней достоверно увеличилась при дозах 1 и 5 кГр (режим 1) на 4,3 и 3,4% и 1…3 кГр (режим 2) – 4…5%, не влияло на содержание свободного пролина и активность каталазы в семисуточных проростках. При ПП 12 сут. стимулировали длину ростка 2 кГр (режим 1) на 11,2%, тогда как 5 кГр (режим 1) и 2…5 кГр (режим 2) ее уменьшали на 12,2 и 20,4…32,0% соответственно. При дозах 3 и 5 кГр (режим 2) длина корней проростков снизилась на 7,6 и 6,1%. Облучение вызвало увеличение сырой массы проростков при дозах 1…5 кГр (режим 1) на 6,7…11,7%, 1 и 2 кГр (режим 2) – 8,7…17,8%, а при 3…5 кГр (режим 2), напротив, уменьшение на 21,6…32,3%. Сухая масса проростков не зависела от облучения. Учет пораженности проростков пшеницы болезнями при закладке в разные сроки после облучения семян показал, что при ПП 12 сут. развитие болезней было ниже, чем при ПП 9 сут.

Об авторах

Надежда Николаевна Лой

ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии» Национального исследовательского
центра «Курчатовский институт»

Автор, ответственный за переписку.
Email: loy.nad@yandex.ru

Кандидат биологических наук

Россия, г. Обнинск, Калужская обл.

Наталья Ивановна Санжарова

ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии» Национального исследовательского
центра «Курчатовский институт»

Email: loy.nad@yandex.ru

Доктор биологических наук, член-корреспондент РАН

Россия, г. Обнинск, Калужская обл.

Список литературы

Дополнительные файлы