agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2026.27.2.380-389agronauka-2490Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОХИМИЯ, МЕЛИОРАЦИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: AGRICULTURE, AGROCHEMISTRY, LAND IMPROVEMENTСеменная продуктивность и качество семян двух сортов горчицы сарептской при разных концентрациях цинка в корнеобитаемой средеSeed productivity and seed quality of two Sarepta mustard cultivars under different zinc concentrations in the root environmenthttps://orcid.org/0000-0003-3092-563XКазнинаН. М.KazninaN. M.

Казнина Наталья Мстиславовна, доктор биол. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений

ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск, 185910

Natalia M. Kaznina, DSc in Biological Science, leading researcher, the Laboratory of Ecological Physiology of Plants

Pushkinskaya st., 11, Petrozavodsk, 185910

biology@krc.karelia.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2280-3651ХолопцеваЕ. С.KholoptsevaE. S.

Холопцева Екатерина Станиславовна, кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений

ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск, 185910

Ekaterina S. Kholoptseva, PhD in Biological Science, senior researcher, the Laboratory of Ecological Physiology of Plants

Pushkinskaya st., 11, Petrozavodsk, 185910

biology@krc.karelia.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3804-8651БатоваЮ. В.BatovaYu. V.

Батова Юлия Валерьевна, кандидат биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений

ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск, 185910

Yulia V. Batova, PhD in Biological Science, senior researcher, the Laboratory of Ecological Physiology of Plants

Pushkinskaya st., 11, Petrozavodsk, 185910

biology@krc.karelia.ruИнститут биологии – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Карельский научный центр Российской академии наук»РоссияInstitute of Biology of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202629042026272380389Copyright © Казнина Н.М., Холопцева Е.С., Батова Ю.В., 20262026Казнина Н.М., Холопцева Е.С., Батова Ю.В.Kaznina N.M., Kholoptseva E.S., Batova Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/2490

В настоящее время в России и других странах мира увеличиваются посевные площади горчицы сарептской (Brassica juncea (L.) Czern.), что связано с ее многоцелевым использованием, а также хорошей адаптацией к неблагоприятным факторам внешней среды. Известна также способность горчицы сарептской произрастать на почвах с повышенными концентрациями цинка. При этом содержание ионов этого металла в семенах растений, как правило, невысокое вследствие эффективной работы механизмов его детоксикации. Это предполагает возможность выращивания горчицы сарептской на семена на почвах с высоким уровнем цинка. В настоящей работе изучено влияние разных концентраций цинка (5, 50, 100 и 150 мг/кг субстрата) на семенную продуктивность и качество семян двух сортов горчицы сарептской (Славянка и Золушка).   Исследования проведены в песчаном субстрате в условиях вегетационного опыта. Обнаружено, что высокие концентрации цинка в бóльшей степени влияют на количество и массу семян, в меньшей – на количество стручков и массу 1000 семян. Так, у сорта Славянка при концентрации цинка 150 мг/кг субстрата количество и масса семян уменьшились в 2 раза по сравнению с контролем. У сорта Золушка уже при концентрации металла 100 мг/кг субстрата оба показателя были в 4 раза меньше, чем у растений контрольного варианта. На основании полученных результатов составлен ряд показателей семенной продуктивности по степени отрицательного воздействия на них цинка. Выявлено, что качество сформированных семян, определяемое по энергии прорастания, всхожести семян и начальному росту проростков, оказалось высоким во всех вариантах опыта независимо от содержания цинка в субстрате. Более того, семена успешно прорастали и на «провокационном фоне» – высокой концентрации цинка (1000 мкМ). Наиболее устойчив к высоким концентрациям цинка – сорт Славянка. Сделан вывод о возможности и перспективности использования горчицы сарептской для выращивания на семена на загрязненных цинком почвах.

Currently, in Russia and other countries, the areas under Sarepta mustard (Brassica juncea (L.) Czern.) are increasing, which is associated with its multi-purpose use, as well as good adaptation to adverse environmental factors. The ability of Sarepta mustard to grow on soils with increased zinc concentrations is also known. At the same time, the content of this metal in plant seeds is usually low due to the effective operation of its detoxification mechanisms. This suggests the possibility of growing Sarepta mustard for seeds on soils with a high zinc level. In this work, the effect of different zinc concentrations (5, 50, 100 and 150 mg/kg of substrate) on seed productivity and seed quality of two Sarepta mustard cultivars (‘Slavyanka’ and ‘Zolushka’) was studied. The research was carried out in a sandy substrate under vegetation experiment conditions. It has been established that high zinc concentrations have a greater effect on the weight and number of seeds, and a lesser effect on the pods number and 1000 seeds weight. Thus, at a zinc concentration of 150 mg/kg of substrate, the number and weight of seeds in the ‘Slavyanka’ cultivar were 2 times less than in the control. In the ‘Zolushka’ cultivar even at zinc concentration of 100 mg/kg of substrate both parameters were 4 times lower than in the plants of the control variant. Based on the results, a number of seed productivity parameters were compiled according to the degree of zinc negative effect on them. It was also revealed that the quality of the formed seeds, determined by the germination energy, seed viability and the initial growth, was high in all variants regardless of the zinc content in the substrate. Moreover, the seeds were able to germinate successfully even on a "provocative background" – a high zinc concentration (1000 μM). The ‘Slavyanka’ cultivar turned out to be the most resistant to high zinc concentrations. A conclusion was made about the possibility and prospects of using Sarepta mustard for growing seeds on zinc-contaminated soils.

Brassica juncea (L.) Czern.цинкурожай семянмасса 1000 семянэнергия прорастаниявсхожестьBrassica juncea (L.) Czern.zincseed yield1000 seeds weightgermination energygerminationРабота выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБУН Федерального исследовательского центра «Карельский научный центр Российской академии наук» (тема № FMEN 2022-0004)The research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences (theme No. FMEN 2022-0004)ReferencesЛукомец В. М., Зеленцов С. В., Кривошлыков К. М. Перспективы и резервы расширения производства масличных культур в Российской Федерации. Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2015;(4(164)):81–102. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25304524 EDN: VHTFHFLukomets V. M., Zelentsov S. V., Krivoshlikov K. M. Outlook and reserves the expansion of oil crops production in the Russian Federation. Maslichniye kulturi. Nauchno-tekhnichesky byulleten Vserossiyskogo nauchnoissledovatelskogo instituta maslichnikh kultur = Oil crops. Scientific and technical Bulletin of VNIIMK. 2015;(4(164)):81–102. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25304524Zhang X., Jia Q., Jia X., Li J., Sun X., Min L. et al. Brassica vegetables—an undervalued nutritional goldmine. Horticulture Research. 2025;12:uhae302. DOI: https://doi.org/10.1093/hr/uhae302Zhang X., Jia Q., Jia X., Li J., Sun X., Min L. et al. Brassica vegetables—an undervalued nutritional goldmine. Horticulture Research. 2025;12:uhae302. DOI: https://doi.org/10.1093/hr/uhae302Трубина В. С., Сердюк О. А., Горлова Л. А. Экологическая стабильность и пластичность сортов горчицы сарептской яровой селекции ВНИИМК. Масличные культуры. 2024;(1(197)):40–44. DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2024-1-197-40-44 EDN: CRFEYVTrubina V. S., Serdyuk O. A., Gorlova L. A. Ecological stability and plasticity of spring brown mustard variety of VNIIMK breeding. Maslichniye kulturi = Oil crops. 2024;(1(197)):40–44. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.25230/2412-608X-2024-1-197-40-44Выходцев В. А., Тулькубаева С. А., Тулаев Ю. В., Сомова С. В., Нугманов А. Б. Продуктивность горчицы сизой в зависимости от минерального питания и применения удобрений на черноземах южных Костанайской области. Наука и образование. 2023;(2–2(71)):221–228. DOI: https://doi.org/10.52578/2305-9397-2023-2-2-221-228 EDN: FNEZXCVikhodtsev V. A., Tulkubayeva S. A., Tulayev Yu. V., Somova S. V., Nugmanov A. B. Productivity of mustard gray depending on mineral nutrition and the use of fertilizers on the chernozems of the southern Kostanay region. Nauka i obrazovaniye. 2023;(2–2(71)):221–228. (In Kazakhstan). DOI: https://doi.org/10.52578/2305-9397-2023-2-2-221-228Гущина В. А., Лыкова А. С., Прохорова Ю. А. Формирование урожайности сортов горчицы сарептской в зависимости от нормы высева в лесостепи Среднего Поволжья. Аграрный научный журнал. 2024;(10):4–11. DOI: https://dx.doi.org/10.28983/asj.y2024i10pp4-11 EDN: ILKFLAGushchina V. A., Lykova A. S., Prokhorova Yu. A. Yield formation of chinese mustard varieties depending on seeding rate in the forest-steppe of the Middle Volga region. Agrarny nauchny zhurnal = The Agrarian Scientific Journal. 2024;(10):4–11. (In Russ.). DOI: https://dx.doi.org/10.28983/asj.y2024i10pp4-11Huang H., Luo L., Huang L., Zhang J., Gikas P., Zhou Y. Effect of Manure Compost on Distribution of Cu and Zn in Rhizosphere Soil and Heavy Metal Accumulation by Brassica juncea. Water, Air, & Soil Pollution. 2020;231:195. DOI: https://doi.org/10.1007/s11270-020-04572-4Huang H., Luo L., Huang L., Zhang J., Gikas P., Zhou Y. Effect of Manure Compost on Distribution of Cu and Zn in Rhizosphere Soil and Heavy Metal Accumulation by Brassica juncea. Water, Air, & Soil Pollution. 2020;231:195. DOI: https://doi.org/10.1007/s11270-020-04572-4Kamal M. A., Perveen K., Khan F., Sayyed R. Z., Hock O. G., Bhatt S. C. et al. Effect of different levels of EDTA on phytoextraction of heavy metal and growth of Brassica juncea L. Frontiers in Microbiology. 2023;14:1228117. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1228117Kamal M. A., Perveen K., Khan F., Sayyed R. Z., Hock O. G., Bhatt S. C. et al. Effect of different levels of EDTA on phytoextraction of heavy metal and growth of Brassica juncea L. Frontiers in Microbiology. 2023;14:1228117. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1228117Chaudhry H., Nisar N., Mehmood S., Iqbal M., Nazir A., Yasir M. Indian mustard Brassica juncea efficiency for the accumulation, tolerance and translocation of zinc from metal contaminated soil. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020;23:101489. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101489Chaudhry H., Nisar N., Mehmood S., Iqbal M., Nazir A., Yasir M. Indian mustard Brassica juncea efficiency for the accumulation, tolerance and translocation of zinc from metal contaminated soil. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020;23:101489. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101489Broadley M. R., White P. J., Hammond J. P., Zelko I., Lux A. Zinc in plants. New Phytologist. 2007;173:677–702. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.01996.xBroadley M. R., White P. J., Hammond J. P., Zelko I., Lux A. Zinc in plants. New Phytologist. 2007;173:677–702. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.01996.xТитов А. Ф., Казнина Н. М., Таланова В. В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23779831 EDN: UAJSQVTitov A. F., Kaznina N. M., Talanova V. V. Heavy metals and plants. Petrozavodsk: Karelsky nauchny tsentr RAN, 2014. 194 p. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23779831Pasricha S., Mathur V., Garg A., Lenka S., Verma K., Agarwal S. Molecular mechanisms underlying heavy metal uptake, translocation and tolerance in hyperaccumulators-an analysis: Heavy metal tolerance in hyperaccumulators. Environmental Challenges. 2021;4:100197. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100197Pasricha S., Mathur V., Garg A., Lenka S., Verma K., Agarwal S. Molecular mechanisms underlying heavy metal uptake, translocation and tolerance in hyperaccumulators-an analysis: Heavy metal tolerance in hyperaccumulators. Environmental Challenges. 2021;4:100197. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100197Ozturka L., Yazicia M. A., Yucelb C., Torunb A., Cekicc C., Bagcid A. et al. Concentration and localization of zinc during seed development and germination in wheat. Physiologia Plantarum. 2006;128(1):144–152. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2006.00737.xOzturka L., Yazicia M. A., Yucelb C., Torunb A., Cekicc C., Bagcid A. et al. Concentration and localization of zinc during seed development and germination in wheat. Physiologia Plantarum. 2006;128(1):144 –152. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2006.00737.xБатова Ю. В., Лайдинен Г. Ф., Казнина Н. М., Титов А. Ф. Влияние загрязнения кадмием на рост и семенную продуктивность однолетних злаков. Агрохимия. 2012;(6):79–83. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17868493 EDN: PBAKVHBatova Yu. V., Laydinen G. F., Kaznina N. M., Titov A. F. Effect of cadmium on the growth and seed production of annual cereals. Agrokhimiya. 2012;(6):79–83. (In Russ.). URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17868493Казнина Н. М., Задворная А. К., Батова Ю. В. Влияние избытка цинка на качество семян ячменя. Агрохимия. 2021;(8):57–61. DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188121060065 EDN: MVMAFKKaznina N. M., Zadvornaya A. K., Batova Yu. V. Effect of zinc excess on seed quality of barley. Agrokhimiya. 2021;(8):57–61. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188121060065Николаева М. Г., Лянгузова И. В., Поздова Л. М. Биология семян. СПб: НИИ химии СПбГУ, 1999. 232 с. Режим доступа: https://djvu.online/file/XbZ0nmM5az4OQNikolayeva M. G., Lyanguzova I. V., Pozdova L. M. Biology of seeds. SPb: NII khimii SPbGU, 1999. 232 p. URL: https://djvu.online/file/XbZ0nmM5az4OQNagel M., Kranner I., Neumann K., Rolletschek H., Seal C. E., Colville L. et al. Genome-wide association mapping and biochemical markers reveal that seed ageing and longevity are intricately affected by genetic background and developmental and environmental conditions in barley. Plant Cell & Environment. 2015;38(6):1011–1022. DOI: https://doi.org/10.1111/pce.12474Nagel M., Kranner I., Neumann K., Rolletschek H., Seal C. E., Colville L. et al. Genome-wide association mapping and biochemical markers reveal that seed ageing and longevity are intricately affected by genetic background and developmental and environmental conditions in barley. Plant Cell & Environment. 2015;38(6):1011–1022. DOI: https://doi.org/10.1111/pce.12474Zinsmeister J., Leprince O., Buitink J. Molecular and environmental factors regulating seed longevity. Biochemical Journal. 2020;477(2):305–323. DOI: https://doi.org/10.1042/BCJ20190165Zinsmeister J., Leprince O., Buitink J. Molecular and environmental factors regulating seed longevity. Biochemical Journal. 2020;477(2):305–323. DOI: https://doi.org/10.1042/BCJ20190165Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. 170 с. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=19495991 EDN: QKQKGBTitov A. F., Talanova V. V., Kaznina N. M., Laydinen G. F. Plant resistance to heavy metals. Petrozavodsk: Karelsky nauchny tsentr RAN, 2007. 170 p. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=19495991Алексейчук Г. Н., Ламан Н. А. Физиологическое качество семян сельскохозяйственных культур и методы его оценки. Минск: Право и экономика, 2005. 48 с. Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/318099496_Fiziologiceskoe_kacestvo_seman_selskohozajstvennyh_kultur_i_metody_ego_ocenkiAlekseychuk G. N., Laman N. A. Physiological quality of seeds of agricultural crops and methods of its assessment. Minsk: Pravo i ekonomika, 2005. 48 p. URL: https://www.researchgate.net/publication/318099496_Fiziologiceskoe_kacestvo_seman_selskohozajstvennyh_kultur_i_metody_ego_ocenkiMałecka A., Konkolewska A., Han´c A., Barałkiewicz D., Ciszewska L., Ratajczak E. et al. Insight into the Phytoremediation Capability of Brassica juncea (v. Malopolska): Metal Accumulation and Antioxidant Enzyme Activity. International Journal Molecular Sciences. 2019;20(18):4355. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms20184355Małecka A., Konkolewska A., Han´c A., Barałkiewicz D., Ciszewska L., Ratajczak E. et al. Insight into the Phytoremediation Capability of Brassica juncea (v. Malopolska): Metal Accumulation and Antioxidant Enzyme Activity. International Journal Molecular Sciences. 2019;20(18):4355. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms20184355Liao Y., Li Z., Yang Z., Wang J., Li B., Zu Y. Response of Cd, Zn Translocation and Distribution to Organic Acids Heterogeneity in Brassica juncea L. Plants. 2023;12(3):479. DOI: https://doi.org/10.3390/plants12030479Liao Y., Li Z., Yang Z., Wang J., Li B., Zu Y. Response of Cd, Zn Translocation and Distribution to Organic Acids Heterogeneity in Brassica juncea L. Plants. 2023;12(3):479. DOI: https://doi.org/10.3390/plants12030479Glińska S., Gapińska M., Michlewska S., Skiba E., Kubicki J. Analysis of Triticum aestivum seedling response to the excess of zinc. Protoplasma. 2016;253:367–377. DOI: https://doi.org/10.1007/s00709-015-0816-3Glińska S., Gapińska M., Michlewska S., Skiba E., Kubicki J. Analysis of Triticum aestivum seedling response to the excess of zinc. Protoplasma. 2016;253:367–377. DOI: https://doi.org/10.1007/s00709-015-0816-3

The authors declare that there are no conflicts of interest present.