30 Дек

ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА КАЛИЯ В ПШЕНИЦЕ TRITICUM VULGARE VILL ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ЖЕЛЕЗА С ГУМИНОВЫМИ КИСЛОТАМИ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Истощение содержания в почве питательных веществ является серьезной проблемой, приводящей к снижению урожайности.

Железо является биогенным элементом, так как принимает участие в окислительных процессах и входит в состав ферментов [2]. Содержание железа в почвах варьируется в пределах 2-3 % от ее массы. Однако большая часть минеральных соединений железа находится в почвах в недоступной форме, так как железо образует  наиболее прочные комплексы с гуминовыми кислотами [4].

Внесение железа в почву не приводит к ожидаемому биологическому эффекту, что связано с быстрым его переходом в окисленную форму – недоступную для растений. В связи с выявленной биологической активностью соединений железа наиболее эффективными методами повышения урожайности культурных растений является фолиарная подкормка растворами органических (в основном хелатов) или неорганических соединений железа. В настоящее время актуальным вопросом является использование различных форм железа (наноформа и ионная) для улучшения посевных качеств семян и повышения урожайности [1].  Избыток и недостаток железа существенно влияет на содержание других необходимых микро- и макроэлементов.

Калий обладает способностью повышать тургор клеток растения и тем самым выполнять функции регулятора водного баланса растения, что очень важно в засушливый период.

Таким образом, целью исследования явилось сравнительное изучение биологической активности наночастиц и ионных форм железа в присутствии  гуминовых кислот в тесте прорастания семян пшеницы Triticum vulgare Vill с оценкой изменения количества калия в растительной массе.

Материалы и методы исследования

Объектом воздействия различных форм железа являлись семена пшеницы TriticumvulgareVill. не обработанные протравителями. Предназначенные для проращивания семена предварительно прогревали при температуре 34 °С в течение 7 суток в термостате.

При проведении исследования использовали водные растворы гуминовых кислот (ГК), выделенных из бурого угля Тюльганского месторождения [5], растворы сферических наночастиц железа Fe0 (диаметром 80±5 нм) (Институт энергетических проблем химической физики РАН, Россия), сульфата железа (II) и сульфата железа (III), а также водные растворы синтезированных наночастиц магнетита Fe3O4, которые имеют слегка сплющенную шарообразную  форму шириной от 50 до 80 нм и высотой от 4 до 10 нм [3].

Суспензию наночастиц железа и магнетита, а также растворы  сульфата железа (II) и сульфата железа (III) с концентрациями по железу 0,001 г/л готовили, растворяя определенную навеску в дистиллированной воде и обрабатывая их ультразвуком в течение 15 минут. Менее концентрированные растворы 0,0001 г/л получали разбавлением дистиллированной водой. Приготовленными растворами поливали семена  озимой пшеницы TriticumvulgareVill, добавляя к каждой пробе водный раствор ГК с концентрацией 1 г/л.  Контрольные образцы растений выращивали в водной среде  с  ГК (1 г/л) без добавления железа. Подготовленные таким образом опытные и контрольные пробы  оставляли при комнатной температуре на проращивание. Повторность опыта трехкратная.

Определение  элементного состава растений проводили на седьмые, четырнадцатые и двадцать первые сутки эксперимента. Содержание калия определяли в лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва, аккредитованной в Федеральном центре Госсанэпиднадзора при МЗ РФ (аттестат аккредитации ГСЭН.  RU.ЦОА.311), методами атомной эмиссионной спектрометрии с индукционно связанной аргоновой плазмой (АЭС – ИСП) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (МС – ИСП) на приборах Optima 2000 DV и Elan 9000 (PerkinElmer, США).

Все эксперименты выполняли в трех биологических и трех аналитических повторностях. Результаты обрабатывали с помощью компьютерных программ MicrosoftExcel и представляли в виде средних арифметических со стандартным отклонением. Статистическую значимость различий между контролем и опытом оценивали по критерию Стьюдента. Различия считали статистически значимыми при p < 0,05.

Для интерпретации результатов по количеству поглощенных токсичных элементов  был рассчитан коэффициент биологического поглощения (КБП), который  находили  как отношение количества металлов в  побегах к их количеству в гуминовой кислоте.

Выделенные гуминовые кислоты изначально содержат железо (719±108 мкг/г) и небольшие количества калия (474±41 мкг/г).

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ данных по количеству поглощенных ионов калия растениями вида Triticum vulgare Vill показал, что в течение времени в зависимости от количества внесенного железа и его формы происходит изменение содержания калия в надземной части растения  (рис.1).

Содержание калия к 7 дню находятся ниже во всех образцах по сравнению с контролем. К 14 дню количество ионов калия во всех исследуемых образцах приближается к уровню  контрольного образца, что связано с периодом наибольшего развития надземной массы.

Рисунок1. Содержание калия (мкг/г) в надземной части сухого растения Triticum vulgare Vill на 7, 14 и 21 сутки при концентрациях: 0,001; 0,0001 (г/л).

На 21 день эксперимента уменьшается количество питательных элементов в растворе, что имитирует реальные неблагоприятные условия произрастания растений на обедненных почвах. При концентрации 0,001 (г/л) содержание калия  к 21 дню больше в контроле по сравнению с различными формами железа, но под действием  наножелеза (Fe0) с концентрацией 0,0001 (г/л) концентрация ионов калия увеличивается на 22 %.  Это можно объяснить тем, что калий уравновешивает темпы дыхания и фотосинтеза растений, а наноформа железа Fe обладает набольшей проникающей способностью.

Максимум потребления калия у большинства растений совпадает с периодом наибольшего развития надземной массы. Давно установлено действие калия, как стабилизатора водного режима в растениях. Калий способствует поддержанию оводненности тканей, оптимизации сосущей силы корней. В результате растения, обеспеченные калием, становятся более устойчивыми к избытку и недостатку влаги, повышенным и пониженным температурам.

Таким образом, растение Triticum vulgare Vill чувствительно к изменению содержания в среде железа и реагирует на это изменением состава питательных элементов. Проникновение железа зависит от его концентрации и формы, что и определяет доступ в корневую систему растения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда № 14-16-00060.

 

Список литературы:

  1. Виноградов, Д. Использование нанокристаллического металла железа для предпосевной обработки семян рапса / Д. Виноградов, П. Балабко // Главный агроном. — 2011. — № 2. -С. 31-33.
  2. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ. М. : Мир, 1989. — 439 с.
  3. Лебедев С.В., Осипова Е.А. Изменение количества тяжелых металлов в пшенице под действием различных форм железа с гуминовыми кислотами / С.В. Лебедев, Е.А. Осипова // Фундаментальные исследования. – 2014. — № 11 . — Ч. 11. — С. 2438-2442.
  4. Манская, С.М. Геохимия органического вещества / С.М. Манская, Т.В.Дроздова. — М. : Наука, 1964. — 314 с.
  5. Орлов, Д.С. Практикум по химии гумуса / Д.С. Орлов, Л. А. Гришина. — М.: Изд-во МГУ, 1981. – 272 с.
    ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА КАЛИЯ В ПШЕНИЦЕ TRITICUM VULGARE VILL ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ ЖЕЛЕЗА С ГУМИНОВЫМИ КИСЛОТАМИ
    Written by: Лебедев Святослав Валерьевич, Осипова Елена Александровна, Женеев Сергей Александрович, Аркушенко Евгений Андреевич
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/31/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)
    Available in: Ebook