Проблема солеустойчивости растений издавна привлекает внимание исследователей и практиков, и является актуальной проблемой физиологии растений. В большинстве стран земного шара засолённые почвы занимают около 20 % посевных площадей и более 40 % орошаемых земель [7, 9]. Почвенное засоление создаёт неблагоприятные условия для ведения сельского хозяйства и в высоких дозах (солевой стресс) является причиной нарушения координированной деятельности различных звеньев метаболизма происходящего в растительном организме [3, 4]. Известно, что фотосинтез является единственным источником образования в растениях органического вещества из неорганических – CO2 и H2O – при участии энергии света, поглощаемой пигментами растений. Существуют две фотосинтетические единицы: фотосистема I и фотосистема II, каждая из которых имеет светособирающую систему и реакционные центры. В фотосистеме II осуществляется процесс фотоокисления воды (реакция Хилла), в результате которого образуется кислород и протон водорода (H+). Функционально, фотосистема II растений является наиболее чувствительным индикатором к стрессам окружающей среды [10]. Известно, что процесс фотосинтеза осуществляется растениями благодаря функционированию хлорофиллов – пигментов, связанных с липопротеидами в хлоропластах. Пшеница (Triticum aestivum L.), как известно, является ведущей зерновой культурой во многих странах земного шара и очень чувствительной к солевому стрессу. В настоящее время, в экономически развитых странах наблюдается переход от химических способов ведения сельскохозяйственного производства к органическим или биологическим способам, призванным восстановить естественное плодородие почв и обеспечить потребителей достаточным количеством экологически чистых продуктов. Во многих странах указанные выше вопросы решаются с помощью ЭМ-технологии (ЭМ-эффективные микроорганизмы). В 1998 г. в России, Шаблиным П.А. был создан микробиологический препарат «Байкал ЭМ1», содержащий консорциум аэробных и анаэробных бактерий, являющихся антиподами болезнетворной микрофлоры [5]. Эффективные микроорганизмы препарата увеличивают биологическую активность почвы, производят необходимые для растений питательные вещества, увеличивают фотосинтетическую производительность, а следовательно, образование органического вещества и укрепляют иммунную систему растений. Важным достоинством препарата является его полная безвредность для человека, животных и окружающей среды [1].
Цель исследования – определить влияние хлористого натрия и микробиологического удобрения «Байкал ЭМ1» на активность фотосистемы II (ФС II) и содержание хлорофилла в листьях пшеницы.
Материалы и методы исследования
Объектом исследования послужили растения пшеницы. Семена перед посадкой были стерилизованы в 40 % растворе гипохлорида натрия, в течение 20 минут, с последующим промыванием дистиллированной водой. Затем семена замачивались в водном растворе препарата «Байкал ЭМ1», с концентрацией 1:1000 (10 мл препарата в 10 литрах воды), в течение 3 часов. Контрольные семена замачивались в дистиллированной воде, также в течение 3 часов. Опытные и контрольные семена были посажены в пластиковые стаканы, ёмкостью 500 мл. Температурный режим поддерживался на уровне 25 °С, с 16-ти часовым световым и 8-ми – темновым фото периодом. Варианты опыта: 1. Контроль (без обработок); 2. Контроль + «Байкал ЭМ1»; 3. 100 мМ NaCl; 4. 155 мМ NaCl; 5. 100 мМ NaCl + «Байкал ЭМ1»; 6. 155 мМ NaCl + «Байкал ЭМ1». На десятый день роста в почву вносили хлористый натрий в указанных выше концентрациях и через 5 дней листья были использованы для выполнения анализов. Определение активности ФС II проведено на тилакоидных мембранах, изолированных из листьев пшеницы [8]. Процент активности для контрольных и опытных образцов был вычислен как отношение (ФС II – опытных / ФС II – контрольных) x 100. Анализ содержания хлорофилла в листьях пшеницы выполнен спектрофотометрически при длинах волн 645 и 663 нм [6].
Результаты исследования
и их обсуждение
Данные определения активности ФС II и содержания хлорофилла в листьях пшеницы в зависимости от концентрации хлористого натрия и обработки препаратом «Байкал ЭМ1» представлены в таблице.
Активность ФС II и содержание хлорофилла в листьях пшеницы
в зависимости от действующих факторов
|
Активность ФС II |
мг Хлорофилла/г сырого веса |
|
Контроль – 32 ± 6 |
145 ± 16 |
|
Контроль + «Байкал ЭМ1» – 44 ± 6 |
170 ± 28 |
|
100 мМ NaCl – 27 ± 5 |
110 ± 23 |
|
155 мМ NaCl – 20 ± 3 |
75 ± 11 |
|
100 мМ NaCl + «Байкал ЭМ1» – 30 ± 5 |
125 ± 14 |
|
155 мМ NaCl + «Байкал ЭМ1» – 22 ± 2 |
83 ± 15 |
Как видно из данных таблицы, микробиологическое удобрение «Байкал ЭМ1», по сравнению с контролем, существенно повышает активность ФС II. Очевидно и то, что NaCl подавляет её активность, и особенно, в концентрации 155 мМ. В то же время, по сравнению с засолёнными вариантами, препарат «Байкал ЭМ1», в присутствии соли, повышает активность ФС II и наиболее существенно, при её концентрации 100 мМ. Таким образом, «Байкал ЭМ1» смягчает ингибирующий эффект соли на активность ФС II. Результаты таблицы свидетельствуют о том, что «Байкал ЭМ1», в контроле, повышает содержание хлорофилла в листьях пшеницы. Под действием соли отмечается снижение содержания хлорофилла, особенно, при концентрации соли 155 мМ. Полученные результаты согласуются с установленным фактом снижения фотохимической активности хлоропластов в растениях, в условиях засоления [ 2 ]. В присутствии соли, «Байкал ЭМ1» способствует повышению содержания хлорофилла в хлоропластах и наиболее существенно, в варианте, в котором применяли 100 мМ NaCl. Резюмируя результаты действия микробиологического удобрения «Байкал ЭМ1» на активность ФС II и содержание хлорофилла в листьях пшеницы, в условиях засоления среды хлористым натрием, следует отметить, что «Байкал ЭМ1» повышает фотосинтетическую способность растений. На наш взгляд, азотфиксирующие, фотосинтезирующие, молочнокислые бактерии, дрожжи и продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов (аминокислоты, органические кислоты, полисахариды и витамины) ускоряют физиологические процессы в растительной клетке, в том числе, процесс фотосинтеза, в результате чего повышается активность его составляющих – ФС II и хлоропластов, в целом.