Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2020, T. 494, № 1, стр. 513-516

Одним из наиболее перспективных методов увеличения урожайности сельскохозяйственных культур является повышение посевных качеств семян путем их стимулирующей обработки физическими воздействиями или биологически активными препаратами [1].

Было показано [2], что низкая эффективность действия стимуляторов обусловлена негативным влиянием на биохимические процессы в семенах аллелотоксинов [3–8], поступающих из почв в семена.

В работе [9] было предложено обрабатывать семена сорбционно-стимулирующими препаратами (ССП) на основе бентонито-гуматовых комплексов, чтобы они поглощали и закрепляли аллелотоксины, поступающие из почв, снижая их негативное влияние на семена. Эксперименты подтвердили эффективность такого подхода.

При дальнейшем проведении исследований с ССП было обнаружено, что введение в них неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ) – Полисорбата-20 ускоряет развитие растений на ранних стадиях [9].

Целью работы было выяснение природы возрастания эффективности обработки семян ССП при введении в их состав Полисорбата-20.

В экспериментах использовали семена яровой пшеницы (Triticum) урожая 2018 г сорт “Лиза”.

Проращивали семена в образцах дерново-подзолистой супесчаной почвы из окрестностей поймы р. Яхрома, Московская область.

Для защитного действия семян от почвенных аллелотоксинов [3–8] использовали гумат калия (Г), произведенный ООО НВЦ “Агротехнологии” (Россия) из бурого угля, и бентонит кальция (БК) по ОСТ 18-49-71 (Россия). В качестве биологически активных веществ к сорбционным препаратам добавляли: автолизат пивных дрожжей (АПД), произведенный ООО “Биотех плюс” (Россия) – 12–18 г/л, гиббереллин (Гибб) Китай – 100–400 мг/л. В качестве неионогенных ПАВ применяли Полисорбаты 20, 60 и 80 (П-20; П-60; П-80) концентрацией 120 мг/л и полиэтиленгликоль (ПЭГ) молекулярной массой 400; 1000; 4000 и 20000 – 120–300 мг/л фирмы “Merck”.

Обработку семян проводили полусухим способом при расходе 40 л раствора на тонну семян.

Для повышения воспроизводимости получаемых данных изучали изменение интегральной длины проростков 7.5 г семян (~200 шт), которую определяли, используя экспресс-метод, основанный на существовании линейной зависимости между насыпным объемом проросших семян в воде и длиной их проростков [10].

Применяли шестикратную повторность с последующей статистической обработкой результатов. В связи с использованием в одном опыте 1000–1200 семян удавалось минимизировать ошибку, связанную с разнокачественностью семян до 7%.

Для получения ответа на вопрос о характере распределения частиц бентонита на поверхности зерновок при обработке семян препаратом были проведены электронно-микроскопические исследования при помощи растрового электронного микроскопа JEOL-6060A (фирмы JEOL, Япония).

Как было отмечено выше, введение в сорбционно-стимулирующий препарат Полисорбата-20 повышало эффективность применения препарата, поэтому на первом этапе исследования было изучено влияние введения в ССП других неионогенных ПАВ (П-60, П-80 и ПЭГ) вместо Полисорбата-20.

Хорошо видно (табл. 1, серии 1 и 2), что не все неионогенные ПАВ повышают эффективность применения ССП. Из трех изученных ПАВ стимулирующее воздействие аналогичное Полисорбату-20 оказал только полиэтиленгликоль. По-видимому, химическая природа Полисорбатов-60 и 80 оказывает негативное влияние на развитие семян. Отметим, что молекулярная масса ПЭГ не влияла на эффективность стимуляции¹¹ (табл. 1, серия 2), а увеличение его концентрации в растворе препарата до 300 мг/л (табл. 1, серия 3) приводило к росту эффекта, чего не наблюдалось для Полисорбата-20 [9].

На следующем этапе исследования было проведено изучение поверхности семян обработанных ССП не содержащим Полисорбат-20 (рис. 1а) и содержащим Полисорбат-20 (рис. 1б).

Рис. 1.

Морфология поверхности зерновок пшеницы сорт “Лиза”, обработанных сорбционно-стимулирующим препаратом, не содержащим Полисорбат-20 (а) и содержащим Полисорбат-20 (б).

Из полученных данных хорошо видно, что при отсутствии в ССП Полисорбата-20 бентонит располагается на поверхности зерновок в виде агрегатов частиц монтмориллонита размером около 10 мкм (рис. 1а). При введении в ССП Полисорбата-20 агрегатов монтмориллонита на поверхности зерновок практически не остается, что хорошо видно на фотографии (рис. 1б).

Это, по-видимому, объясняется тем, что агрегаты частиц монтмориллонита распадаются до индивидуальных частиц и равномерно покрывают зерновки. Распад агрегатов частиц монтмориллонита приводит к созданию более плотного, защитного, сорбционного слоя на поверхности зерновок, сильнее снижающего проникновение в них аллелотоксинов. Таким образом, вводя в препарат неионогенные ПАВ, мы уменьшаем размеры частиц бентонита и увеличиваем качество защиты поверхности семян от проникновения в них из почв аллелотоксинов.

Необходимо учитывать, что распад агрегатов монтмориллонита до индивидуальных частиц может увеличивать активную площадь их поверхности и, как следствие, сорбционную способность. В результате гиббереллин, который входит в состав ССП, будет закрепляться на монтмориллоните в большем количестве и может оказаться в суспензии препарата в неоптимальной для действия на семена концентрации. Поэтому было изучено влияние повышения концентрации гиббереллина в препарате, содержащем бентонит (40 г/л), гумат (10 г/л), АПД (12 г/л) и ПЭГ (300 мг/л).

Полученные данные (рис. 2) подтвердили наше предположение – оптимум концентрации гиббереллина в препарате возрастает со 100 до 300 мг/л, причем увеличение содержания гиббереллина в ССП привело к значительному усиления эффекта стимуляции с 36 до 55%.

Рис. 2.

Влияние увеличения содержания гиббереллина в сорбционно-стимулирующем препарате БК (40 г/л), Г (10 г/л), АПД (12 г/л), ПЭГ-400 (300 мг/л) на эффективность стимуляции прорастания семян яровой пшеницы сорт “Лиза” и развития проростков на дерново-подзолистой почве.