Wpływ kwasów humusowych i fulwowych oraz pH na anatomiczną budowę zarodkowego korzenia jabłoni podczas stratyfikacji
W okresie stratyfikacji nasion w zarodku zachodzą złożone przemiany biochemiczne, fizjologiczne, strukturalne i inne, które wpływają na kiełkowanie, dalszy wzrost i rozwój rośliny.
Na kompleks procesów zachodzących w nasionach wpływają substancje fizjologicznie aktywne. Jedną z takich substancji, jak wykazały liczne badania, są kwasy humusowe i fulwowe. Rozpuszczalne w wodzie substancje humusowe w warunkach beztlenowych sprzyjają kiełkowaniu nasion. Nawet stare nasiona, które w normalnych warunkach nie kiełkowały, pod wpływem substancji humusowych odzyskiwały zdolność kiełkowania. To skłoniło nas do zbadania wpływu kwasu humusowego na anatomiczną budowę zarodka nasion jabłoni przy różnej reakcji środowiska w procesie stratyfikacji.
To zagadnienie do tej pory nie zostało wystarczająco zbadane.
Metodyka badań
W doświadczeniu wykorzystano nasiona dzikiej jabłoni (Malus silvestris), pozyskane z nadleśnictwa Nowomoskowskiego w obwodzie dniepropetrowskim i zebrane z drzew matecznych początku czwartego okresu wiekowego. Owoce wybierano z zachodniej i południowo-zachodniej strony górnych części korony w fazie zbliżonej do pełnej dojrzałości biologicznej, o jednolitej wielkości i średniej masie 43–46 g.
Po wyjęciu z owoców nasiona podzielono na trzy frakcje. Do stratyfikacji i dalszych badań użyto starannie wyselekcjonowanych nasion tylko dużej frakcji, które charakteryzowały się dużą jednorodnością pod względem kształtu i barwy. Nasiona miały następujące średnie parametry: masa 1000 szt. — 34,66 g; długość — 8,6 mm; szerokość — 4,9 mm; grubość — 2,3 mm.
Nasiona stratyfikowano w przemywanym i wyprażonym piasku w woreczkach polietylenowych. W momencie umieszczenia nasion na stratyfikację do woreczków wprowadzono roztwór humianu potasu Agro.Bio o określonym pH i stężeniu. Humian wprowadzono w postaci zdializowanego humianu potasu w stężeniach 0,001%, 0,01%, 0,1% i 0,5% przy pH środowiska 4,94; 5,91; 6,98 i 8,04 na buforowej mieszaninie Sörensena III. Kontrola — wszystkie wartości pH środowiska bez kwasu humusowego.
W chłodni przez 70 dni stratyfikacji utrzymywano temperaturę +5°C, następnie obniżono ją do +1°C i taki reżim utrzymywano do końca stratyfikacji. W 122. dniu stratyfikacji, w celu określenia energii kiełkowania, nasiona wysiano na bibule filtracyjnej w szalkach Petriego, a do badania intensywności wzrostu — w naczyniach wegetacyjnych z kulturą glebową.
Do badań anatomicznych w 70. i 90. dniu stratyfikacji pobierano po 10 nasion jabłoni z każdego wariantu, oczyszczano je z osłonek do liścieni i utrwalano w mieszaninie Nawaszyina. Utrwalanie materiału, płukanie, prowadzenie przez serię alkoholi i płyn pośredni, zatapianie w parafinie, cięcie na mikrotomie i naklejanie skrawków na szkła przeprowadzono według ogólnie przyjętej metodyki. Średnia grubość uzyskanych skrawków wynosiła 5–7 μm. Barwienie preparatów wykonano hematoksyliną i wodnym roztworem eozyny metodą Ganzina z następującym zatopieniem w polistyrenie.
W seriach przekrojów poprzecznych, wykonanych w 70. i 90. dniu stratyfikacji nasion, dokonywano pomiarów tkanek zarodkowego korzenia i komórek na długość i szerokość u podstawy korzenia przy powiększeniu 300-krotnym według metodyki Jurcewa. Wartości liczbowe zmian anatomicznych są średnią z 50 pomiarów.
Wyniki badań
Podczas badania wpływu kwasów humusowych i fulwowych na anatomiczną budowę zarodkowego korzenia jabłoni istotne znaczenie ma określenie stopnia różnicowania tkanek, a przede wszystkim floemu i ksylemu pierwotnego, które zapewniają transport syntetyzowanych substancji organicznych i związków mineralnych. Ponadto ważne było zbadanie wpływu humianu potasu Agro.Bio na rozmiary komórek.
W literaturze istnieją tylko pojedyncze doniesienia na temat stopnia różnicowania tkanek pod wpływem kwasów humusowych i fulwowych. Wpływ kwasów humusowych i fulwowych na rozmiary komórek został wykazany w badaniach wielu autorów. Anatomiczna budowa korzeni, łodyg i liści pomidorów, buraka cukrowego i pszenicy jarej wskazuje, że kwasy humusowe i fulwowe mają największy wpływ na system korzeniowy, następnie na liście, a na końcu na łodygę. W tych doświadczeniach kwasy humusowe i fulwowe zwiększały długość komórek kory korzenia o 78–180%.
Rozpuszczalne w wodzie substancje humusowe w bezpośrednim kontakcie z tkanką korzeni Sinapis alba powodują gwałtowny podział komórek, a także wpływają na ich wydłużanie.
Nasze badania wpływu kwasów humusowych i fulwowych przy różnych wartościach pH środowiska na rozmiary komórek miękiszowych i różnicowanie walca osiowego zarodkowego korzenia nasion jabłoni wykazały ogólną prawidłowość zwiększania rozmiarów komórek pod ich wpływem (tabela 1). Wydłużanie komórek występuje w epiblemie, egzodermie, miękiszu kory pierwotnej, endodermie, okolnicy i w walcu osiowym zarodkowego korzenia. Największe rozmiary komórek miękiszowych kory pierwotnej i walca osiowego stwierdzono przy stężeniu kwasu humusowego 0,1% i 0,01% i pH środowiska 6,98. Znaczny wpływ kwasy humusowe i fulwowe miały również na różnicowanie komórek walca osiowego.
| Stężenie kwasów humusowych i fulwowych, % | Komórki miękiszu kory pierwotnej, μm | Komórki miękiszu walca osiowego, μm | Różnicowanie w walcu osiowym | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 70. dzień Długość | 90. dzień Szerokość | 70. dzień Długość | 90. dzień Szerokość | 70. dzień | 90. dzień | ||
| pH 4,94 | |||||||
| Kontrola (bez kwasu humusowego) | 20 | 20 | 23 | 23 | Nie | Nie | |
| 0,001 | 23 | 23 | 27 | 24 | Nie | Nie | |
| 0,01 | 30 | 27 | 33 | 20 | Nie | Nie | |
| 0,1 | 35 | 26 | 37 | 25 | Nie | Zarysowuje się | |
| 0,5 | 36 | 30 | 27 | 27 | Deformacja komórek | Deformacja komórek | |
| pH 5,91 | |||||||
| Kontrola (bez kwasu humusowego) | 20 | 19 | 23 | 23 | Nie | Nie | |
| 0,001 | 23 | 23 | 27 | 24 | Nie | Nie | |
| 0,01 | 30 | 27 | 33 | 20 | Nie | Nie | |
| 0,1 | 35 | 26 | 37 | 25 | Nie | Zarysowuje się | |
| 0,5 | 36 | 30 | 27 | 27 | Deformacja komórek | Deformacja komórek | |
| pH 6,98 | |||||||
| Kontrola (bez kwasu humusowego) | 20 | 19 | 26 | 25 | Nie | Nie | |
| 0,001 | 26 | 25 | 33 | 30 | Nie | Zarysowuje się | |
| 0,01 | 30 | 27 | 36 | 30 | Nie | Tak | |
| 0,1 | 39 | 30 | 40 | 32 | Zarysowuje się | Tak | |
| 0,5 | 40 | 24 | 30 | 27 | Deformacja komórek | Deformacja komórek | |
| pH 8,04 | |||||||
| Kontrola (bez kwasu humusowego) | 19 | 19 | 25 | 24 | Nie | Nie | |
| 0,001 | 25 | 24 | 30 | 29 | Nie | Zarysowuje się | |
| 0,01 | 27 | 24 | 33 | 24 | Nie | Zarysowuje się | |
| 0,1 | 33 | 27 | 35 | 29 | Zarysowuje się | Tak | |
| 0,5 | 36 | 24 | 27 | 24 | Deformacja komórek | Deformacja komórek | |
Zakwaszanie i alkalizacja środowiska, a także obniżenie stężenia kwasów humusowych i fulwowych wpływają na rozwój komórek mniej korzystnie. Stężenie kwasu humusowego 0,5% jest wyraźnie zbyt wysokie i prowadzi do patologicznych zmian w komórkach: w wielu przypadkach obserwuje się ich deformację, zmianę struktury lub nadmierne wydłużanie.
Niemałe znaczenie dla zwiększenia energii kiełkowania nasion, a także wzrostu siewek ma stopień różnicowania i rozwój ksylemu i floemu pierwotnego. Dane eksperymentalne wskazują na dość znaczny wzrost powierzchni tkanek przewodzących zarodkowego korzenia jabłoni i ich różnicowanie pod wpływem kwasów humusowych i fulwowych (tabela 2). Energia formowania floemu i ksylemu pierwotnego jest różna w zależności od warunków stratyfikacji. Tak więc w 70. dniu powierzchnia floemu i ksylemu pierwotnego w stosunku do całkowitej powierzchni przekroju wynosi: bez kwasu humusowego — 3,7–6,3% (przy różnych wartościach pH środowiska), a z kwasem humusowym — 5,4–13,6%; w 90. dniu — odpowiednio 8,4–14% i 12–23,8%.
Najwyższy stopień różnicowania floemu i ksylemu pierwotnego zaobserwowano przy stężeniu kwasu humusowego 0,1–0,01% i pH środowiska 6,98.
Porównanie danych anatomicznych, energii kiełkowania i, jak wykazały dalsze badania, późniejszej szybkości wzrostu siewek doprowadziło nas do przekonania, że stopień różnicowania tkanek przewodzących jest, podobnie jak zmiany biochemiczne, ważnym wskaźnikiem przygotowania nasion do kiełkowania.
| Stężenie kwasu humusowego, % | Powierzchnia tkanek, tys. μm² | W stosunku do całkowitej powierzchni przekroju, % | ||
|---|---|---|---|---|
| Kory pierwotnej | Floemu i ksylemu | 70. dzień | 90. dzień | |
| pH 4,94 | ||||
| Kontrola (bez kwasu humusowego) | 560,3 | 522,5 | 3,8 | 9,4 |
| 0,001 | 578,6 | 497,4 | 5,0 | 12,8 |
| 0,01 | 560,4 | 565,6 | 6,4 | 12,0 |
| 0,1 | 569,7 | 462,4 | 7,5 | 18,9 |
| 0,5 | 593,5 | 536,3 | 7,5 | 6,4 |
| pH 5,91 | ||||
| Kontrola (bez kwasu humusowego) | 530,4 | 469,4 | 6,3 | 14,0 |
| 0,001 | 584,0 | 504,9 | 7,4 | 14,3 |
| 0,01 | 514,3 | 462,4 | 10,6 | 18,9 |
| 0,1 | 568,3 | 425,5 | 9,3 | 22,4 |
| 0,5 | --- | --- | Deformacja komórek | --- |
| pH 6,98 | ||||
| Kontrola (bez kwasu humusowego) | 578,9 | 496,2 | 6,1 | 12,3 |
| 0,001 | 568,3 | 512,4 | 7,7 | 14,9 |
| 0,01 | 588,2 | 431,7 | 7,8 | 23,1 |
| 0,1 | 532,4 | 431,7 | 13,6 | 23,8 |
| 0,5 | 534,1 | 526,9 | --- | --- |
| Uwaga. Przy wszystkich wartościach pH promień przekroju wynosił 450±5,3 μm, całkowita powierzchnia — 635,8±15 tys. μm², dokładność doświadczenia — 0,47. | ||||
Wnioski
- Kwasy humusowe i fulwowe znacząco wpływają na anatomiczną budowę zarodkowego korzenia nasion dzikiej jabłoni w procesie stratyfikacji. Przyspieszają stopień różnicowania tkanek przewodzących i zwiększają rozmiary komórek. Optymalne działanie wykazują 0,1%- i 0,01%-owe roztwory humianu potasu Agro.Bio przy pH środowiska 6,98.
- Ważnym wskaźnikiem przygotowania nasion do kiełkowania jest stopień różnicowania tkanek przewodzących, który warunkuje energię kiełkowania i późniejszy wzrost siewek.