doi: 10.15389/agrobiology.2025.5.rus
УДК 633.16:581.1:58.04
Работа выполнена на научном оборудовании Центра коллективного пользования Федерального исследовательского центра «Карельского научного центра Российской академии наук». Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Механизмы устойчивости и адаптации растений к неблагоприятным факторам внешней среды» (проект № FMEN-2022-0004) за счет средств федерального бюджета
ВЛИЯНИЕ ЗАСОЛЕНИЯ НА НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДНОГО ОБМЕНА У РАСТЕНИЙ ЯЧМЕНЯ (Hordeum vulgare L)
К.Б. ТАСКИНА✉, Н.М. КАЗНИНА
Одна из основных причин снижения урожая хлебных злаков на засоленных почвах — нарушение водного и ионного баланса клеток, поэтому обязательным условием успешного роста и развития растений при засолении служит их способность поддерживать необходимый уровень водного обмена, что особенно важно на начальных этапах онтогенеза, когда растения наиболее чувствительны к воздействию стресс-факторов. Вследствие этого изучение показателей водного режима у злаков весьма актуально, однако необходимо отметить относительно низкую изученность вопросов, связанных с изменением водного обмена растений при засолении. В настоящей работе мы впервые показали, что уже у 10-суточных проростков ячменя при засолении активизируются адаптивные реакции, направленные на сохранение водного режима растений. Целью исследования было изучение влияния умеренного и сильного засоления на некоторые показатели водного обмена растений ячменя. Опыты проводили в 2023-2024 годах в Институте биологии Карельского научного центра РАН (ИБ КарНЦ РАН). Использовали ячмень (Hordeum vulgare L.) ярового сорта Нур, рекомендованный для выращивания в Нечерноземной зоне и характеризующийся пластичностью к изменению почвенных условий. В лабораторных условиях семена проращивали в темноте при 25 °С в чашках Петри (ГОСТ 12038-84. М., 2011). Наклюнувшиеся семена по 10 шт. помещали в сосуды объемом 0,5 л с крышками, в которых были проделаны отверстия. В контрольном варианте в сосуды наливали 1/2 питательный раствор Хогланда-Арнона, в опытных вариантах к питательному раствору добавляли NaCl (х.ч.) в концентрациях 100 и 150 мМ. Растения контрольного и опытных вариантов выращивали в контролируемых условиях среды под светоустановкой в течение 7 сут при температуре 20-22 °С, влажности 60-70 %, ФАР 100 мкмоль/(м2Ÿс) и 14-часовом фотопериоде. По завершении опыта определяли содержание ионов Na+ и Cl-в побегах, сырую биомассу побегов, оводненность тканей побегов (ОВ), относительное содержание воды (RWC) в листе, общую потерю воды листом (LWL), состояние устьичного аппарата (число устьиц и диаметр устьичной щели), устьичную проводимость и интенсивность транспирации. Содержание Na+ определяли атомно-абсорбционным методом с использованием спектрофотометра АА-7000 («Shimadzu», Япония); Cl- — потенциометрическим методом с помощью потенциометра Анион 4100 («Инфраспак-Аналит НПП», Россия). Подсчет числа устьиц на абаксиальной стороне листа, измерение площади и диаметра устьичной щели осуществляли методом отпечатков с использованием светового микроскопа Микмед 2 («Ломо», Россия) и окуляр-микрометра. Устьичную проводимость и интенсивность транспирации измеряли с помощью установки для исследования CO2-газообмена и водяных паров HCM-1000 («Heinz Walz GmbH», Германия). Выявлено, что при умеренном и сильном засолении содержание ионов Na+ в побегах ячменя увеличивалось соответственно более чем в 150 и 170 раз по сравнению с контролем, а ионов Cl- — в 8 и 9 раз. При этом в опытных вариантах растения имели более низкое по сравнению с контролем RWC в листьях, но выраженного их завядания и потери тургора не наблюдалось. Оводненность тканей также сохранялась на необходимом уровне, что во многом обеспечивалось увеличением в условиях засоления водоудерживающей способности листьев, частичным закрытием устьиц и замедлением скорости транспирации. В частности, показатель LWL, характеризующий потерю воды листом, оказался при умеренном и высоком засолении меньше соответственно на 37 и 42 %, чем в контроле, что свидетельствует об увеличении водоудерживающей способности. Устьичная проводимость была снижена более чем на 40 % по сравнению с контролем, а скорость транспирации на 40 и 60 % в зависимости от концентрации соли, что свидетельствовало о частичном закрытии устьичной щели в стрессовых условиях. Обнаруженное у опытных растений снижение накопления сырой биомассы побега, очевидно, было следствием торможения роста как адаптивной реакции на стрессовое воздействие. Таким образом, уже на ранних стадиях развития ячменя сорта Нур умеренное и сильное засоление приводит к целому ряду физиолого-биохимических изменений, которые способствуют сохранению водного режима растений, что, по крайней мере отчасти, объясняет высокую солеустойчивость культуры.
Ключевые слова: натрий-хлоридное засоление, содержание ионов, оводненность, относительное содержание воды, водоудерживающая способность, устьица, интенсивность транспирации.
EFFECT OF SALINIZATION ON SOME PARAMETERS OF WATER STATUS IN BARLEY (Hordeum vulgare L) PLANTS
K.B. Taskina✉, N.M. Kaznina
One of the main causes of cereal yield decline in saline soils is disruption of the water and ion balance of cells, thus a prerequisite for successful plant growth and development under salinity is their ability to maintain the required level of water exchange, which is especially important during the initial stages of ontogenesis, when plants are most sensitive to stress factors. Therefore, studying water balance parameters in cereals is highly relevant; however, it should be noted that the changes in plant water exchange under salinity remain relatively understudied. In this study, we demonstrated for the first time that adaptive responses aimed at maintaining plant water balance are activated even in 10-day-old barley seedlings exposed to salinity. The aim of the study was to investigate the effects of moderate and severe salinity on certain parameters of water exchange in barley plants. The experiments were conducted in 2023-2024. We used spring barley (Hordeum vulgare L.) Nur variety, recommended for cultivation in the Non-Chernozem zone and characterized by its flexibility in changing soil conditions. Under laboratory conditions, the seeds were germinated in the dark at 25 °C in Petri dishes (GOST 12038-84. Moscow, 2011). Ten hatched seeds were placed in 0.5-liter vessels with perforated lids. In the control variant, the vessels were filled with 1/2 Hoagland-Arnon nutrient solution; in the experimental variants, NaCl was added to the nutrient solution at concentrations of 100 and 150 mM. The plants of the control and experimental variants were grown in controlled environmental conditions under a light installation for 7 days at 20-22 °C, humidity of 60-70 %, PAR of 100 μmol/(m2Ÿs) and a 14-hour photoperiod. Upon completion of the experiment, the content of Na+ and Cl-ions in shoots, shoot fresh biomass, shoot tissue water content (OB), leaf relative water content (RWC), total leaf water loss (LWL), stomatal apparatus condition (number of stomata, area and diameter of the stomatal aperture), stomatal conductance and transpiration rate were determined. The Na+ content was determined by the atomic absorption method using an AA-7000 spectrophotometer (Shimadzu, Japan); the Cl- content was measured potentiometrically using an Anion 4100 potentiometer (Infraspak-Analit NPP, Russia). The number ofstomata on the leaf abaxial side and stomatal aperture diameter were measured using the indentation method on the light microscope Mikmed 2 (Lomo, Russia) and an ocular micrometer. Stomatal conductance and transpiration rate were measured using an HCM-1000 CO2 gas exchange and water vapor measurement system (Heinz Walz GmbH, Germany). It was found that under moderate and severe salinity, the Na+ ions content in barley shoots increased by more than 150 and 170 times, respectively, compared to the control, while Cl-ions content increased by 8 and 9 times. Moreover, in the experimental variants, plants had a lower RWC in the leaves compared to the control, but no significant wilting or loss of turgor was observed. Tissue water content was also maintained at the required level, largely due to an increase in leaf water-holding capacity under salinity conditions, partial closure of stomata, and a slower transpiration rate. Specifically, the LWL, which characterizes leaf water loss, was 37 % and 42 % lower under moderate and high salinity than in the control, respectively, indicating an increase in water-holding capacity. Stomatal conductance was reduced by more than 40 % compared to the control, and the transpiration rate by 40 % and 60 %, depending on the salt concentration, indicating partial closure of stomata under stressful conditions. The decrease in shoot wet biomass accumulation in the experimental plants was apparently a consequence of growth inhibition as an adaptive response to stress. Thus, already in the early stages of development of the Nur barley variety, moderate and strong salinization leads to a number of physiological and biochemical changes that contribute to the maintenance of the plant's water regime, which, at least in part, explains the high salt tolerance of this crop.
Keywords: sodium chloride salinity, ions’ content, water content, relative water content, water retention capacity, stomata, transpiration rate.
ФГБУН Институт биологии |
Поступилавредакцию 4 марта 2025 года |
