Влияние гуминовой и фульвовой кислоты и pH на анатомическое строение зародышевого корешка яблони при стратификации
В период стратификации семян в зародыше происходят сложнейшие биохимические, физиологические, структурные и другие преобразования, которые сказываются на прорастании, дальнейшем росте и развитии растения.
На комплекс процессов, происходящих в семенах, оказывают влияние физиологически активные вещества. Одним из таких веществ, как показали многие исследования, являются гуминовая и фульвовая кислоты. Растворимые в воде гуминовые вещества в анаэробных условиях способствуют прорастанию семян. Даже старые семена, которые в нормальных условиях не прорастали, под влиянием гуминовых веществ приобретали всхожесть. Это побудило нас провести изучение влияния гуминовой кислоты на анатомическое строение зародыша семян яблони при различной реакции среды в процессе стратификации.
Этот вопрос до настоящего времени изучен недостаточно.
Методика исследования
В опыте использовали семена дикой яблони (Malus silvestris), полученные из Новомосковского лесхоза Днепропетровской области и собранные с маточных деревьев начала четвертого возрастного периода. Плоды отбирали с западной и юго-западной стороны верхних частей кроны в стадии, близкой к полной биологической спелости, одной величины со средним весом 43–46 г.
После извлечения из плодов семена разделяли на три фракции. Для стратификации и дальнейших исследований были использованы тщательно отобранные семена только крупной фракции, которые отличались большой однородностью по форме и окраске. Семена характеризовались следующими средними показателями: вес 1000 шт. — 34,66 г; длина — 8,6 мм; ширина — 4,9 мм; толщина — 2,3 мм.
Стратифицировали семена в промытом и прокаленном песке в полиэтиленовых мешочках. В момент закладки семян на стратификацию в мешочки был внесен раствор гумата калия Agro.Bio определенной pH и концентрации. Гумат вносили в виде отдиализованного гумата калия в концентрациях 0,001%, 0,01%, 0,1% и 0,5% при pH среды 4,94; 5,91; 6,98 и 8,04 на буферной смеси Серенсена III. Контроль — все значения pH среды без гуминовой кислоты.
В холодильной установке в течение 70 дней стратификации поддерживали температуру +5°C, затем ее снизили до +1°C и такой режим сохраняли до конца стратификации. На 122-й день стратификации для определения энергии прорастания семена были высеяны на фильтровальной бумаге в чашках Петри, а для изучения интенсивности роста — в вегетационные сосуды почвенной культуры.
Для анатомического исследования на 70-й и 90-й день стратификации отбирали семена яблони по 10 шт. из каждого варианта, очищали от покровов до семядолей и фиксировали в смеси Навашина. Фиксация материала, промывка, проводка его через серию спиртов и промежуточную жидкость, заключение в парафин, резка на микротоме и наклеивание срезов на стекла осуществлялись по общепринятой методике. Средняя толщина полученных срезов — 5–7 мкм. Окраску препаратов производили гематоксилином и водным раствором эозина по методу Ганзина с последующим заключением в полистирол.
В сериях поперечных срезов, сделанных на 70-й и 90-й день стратификации семян, производили замеры тканей зародышевого корешка и клеток по длине и ширине у основания корешка при увеличении в 300 раз по методике Юрцева. Числовые значения анатомических изменений являются средней величиной из 50 измерений.
Результаты исследований
При изучении воздействия гуминовой и фульвовой кислоты на анатомическое строение зародышевого корешка яблони значительный интерес представляет выявление степени дифференциации тканей и, прежде всего, первичной флоэмы и ксилемы, обеспечивающих транспорт синтезированных органических веществ и минеральных соединений. Кроме того, важно было исследовать влияние гумата калия Agro.Bio на размеры клеток.
О степени дифференциации тканей под влиянием гуминовых и фульвовых кислот в литературе имеются лишь отдельные сообщения. Влияние же гуминовых и фульвовых кислот на размеры клеток показано в исследованиях ряда авторов. Анатомическое строение корней, стеблей и листьев помидоров, сахарной свеклы и яровой пшеницы показывает, что гуминовые и фульвовые кислоты оказывают наибольшее воздействие на корневую систему, затем на лист и, наконец, на стебель. В этих опытах гуминовые и фульвовые кислоты увеличивали длину клеток коры корня на 78–180%.
Растворимые в воде гуминовые вещества при непосредственном контакте с тканью корней Sinapis alba вызывают бурное деление клеток, а также оказывают влияние на их удлинение.
Наши исследования влияния гуминовой и фульвовой кислоты при различных значениях pH среды на размеры паренхимных клеток и дифференциацию центрального цилиндра зародышевого корешка семян яблони обнаружили общую закономерность увеличения размеров клеток под их воздействием (таблица 1). Удлинение клеток имеет место в эпиблеме, экзодерме, паренхиме первичной коры, эндодерме, перицикле и в центральном цилиндре зародышевого корешка. Наибольшие размеры паренхимных клеток первичной коры и центрального цилиндра установлены при концентрации гуминовой кислоты 0,1% и 0,01% и pH среды 6,98. Большое влияние гуминовая и фульвовая кислота оказала также на дифференциацию клеток центрального цилиндра.
Без гуминовой кислоты на 90-й день стратификации на поперечном срезе зародышевого корешка хорошо видна лишь первичная флоэма, а в варианте с 0,1%-ной гуминовой кислотой уже на 70-й день, кроме этой ткани, намечаются также перицикл и сосуды, а на 90-й день стратификации они видны совершенно отчетливо, особенно при pH среды 6,98 (рис. 1). Без гуминовой кислоты паренхимные клетки имеют меньшие размеры.
| Концентрация гуминовой и фульвовой кислоты, % | Клетки паренхимы первичной коры, мкм | Клетки паренхимы центрального цилиндра, мкм | Дифференциация в центральном цилиндре | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 70-й день Длина | 90-й день Ширина | 70-й день Длина | 90-й день Ширина | 70-й день | 90-й день | ||
| pH 4,94 | |||||||
| Контроль (без гуминовой кислоты) | 20 | 20 | 23 | 23 | Нет | Нет | |
| 0,001 | 23 | 23 | 27 | 24 | Нет | Нет | |
| 0,01 | 30 | 27 | 33 | 20 | Нет | Нет | |
| 0,1 | 35 | 26 | 37 | 25 | Нет | Намечается | |
| 0,5 | 36 | 30 | 27 | 27 | Деформация клеток | Деформация клеток | |
| pH 5,91 | |||||||
| Контроль (без гуминовой кислоты) | 20 | 19 | 23 | 23 | Нет | Нет | |
| 0,001 | 23 | 23 | 27 | 24 | Нет | Нет | |
| 0,01 | 30 | 27 | 33 | 20 | Нет | Нет | |
| 0,1 | 35 | 26 | 37 | 25 | Нет | Намечается | |
| 0,5 | 36 | 30 | 27 | 27 | Деформация клеток | Деформация клеток | |
| pH 6,98 | |||||||
| Контроль (без гуминовой кислоты) | 20 | 19 | 26 | 25 | Нет | Нет | |
| 0,001 | 26 | 25 | 33 | 30 | Нет | Намечается | |
| 0,01 | 30 | 27 | 36 | 30 | Нет | Есть | |
| 0,1 | 39 | 30 | 40 | 32 | Намечается | Есть | |
| 0,5 | 40 | 24 | 30 | 27 | Деформация клеток | Деформация клеток | |
| pH 8,04 | |||||||
| Контроль (без гуминовой кислоты) | 19 | 19 | 25 | 24 | Нет | Нет | |
| 0,001 | 25 | 24 | 30 | 29 | Нет | Намечается | |
| 0,01 | 27 | 24 | 33 | 24 | Нет | Намечается | |
| 0,1 | 33 | 27 | 35 | 29 | Намечается | Есть | |
| 0,5 | 36 | 24 | 27 | 24 | Деформация клеток | Деформация клеток | |
Подкисление и подщелачивание среды, а также снижение концентрации гуминовой и фульвовой кислоты влияют на развитие клеток менее благоприятно. Концентрация гуминовой кислоты 0,5% является явно высокой и ведет к патологическим изменениям клеток: во многих случаях наблюдаются их деформация, изменение структуры или чрезмерное вытягивание.
Немаловажное значение для повышения энергии прорастания семян, а также роста сеянцев имеют степень дифференциации и развитие первичной ксилемы и флоэмы. Экспериментальные данные свидетельствуют о довольно значительном увеличении площадей проводящих тканей зародышевого корешка яблони и их дифференциации под влиянием гуминовой и фульвовой кислоты (таблица 2). Энергия формирования первичной флоэмы и ксилемы различна в зависимости от условий стратификации. Так, на 70-й день площадь первичной флоэмы и ксилемы от общей площади среза составляет: без гуминовой кислоты — 3,7–6,3% (при разных показателях pH среды), а с гуминовой кислотой — 5,4–13,6%; на 90-й день — соответственно 8,4–14% и 12–23,8%.
Наиболее высокая степень дифференциации первичной флоэмы и ксилемы наблюдалась при концентрации гуминовой кислоты 0,1–0,01% и pH среды 6,98.
Сопоставление анатомических данных, энергии прорастания и, как показали дальнейшие исследования, последующей скорости роста сеянцев привело нас к убеждению, что степень дифференциации проводящих тканей является, как и биохимические изменения, важным показателем подготовленности семени к прорастанию.
| Концентрация гуминовой кислоты, % | Площадь тканей, тыс. мкм² | От общей площади среза, % | ||
|---|---|---|---|---|
| Первичной коры | Флоэмы и ксилемы | 70-й день | 90-й день | |
| pH 4,94 | ||||
| Контроль (без гуминовой кислоты) | 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 | ||||
| Контроль (без гуминовой кислоты) | 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 | --- | --- | Деформация клеток | --- |
| pH 6,98 | ||||
| Контроль (без гуминовой кислоты) | 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 | --- | --- |
| Примечание. При всех значениях pH радиус среза равнялся 450±5,3 мкм, общая площадь — 635,8±15 тыс. мкм², точность опыта — 0,47. | ||||
Выводы
- Гуминовые и фульвовые кислоты существенно влияют на анатомическое строение зародышевого корешка семян лесной яблони в процессе стратификации. Они ускоряют степень дифференциации проводящих тканей и увеличивают размеры клеток. Оптимальное действие оказывают 0,1%- и 0,01% растворы гумата калия Agro.Bio при pH среды 6,98.
- Важным показателем подготовленности семени к прорастанию является степень дифференциации проводящих тканей, обусловливающая энергию прорастания и последующий рост сеянцев.