Эффекты избытка марганца(II) на рост и антиоксидантный статус проростков ячменя

Марганец относится к группе тяжелых металлов, которые в высоких концентрациях могут оказывать негативное влияние на развитие растений. Типичными почвами Кировской области являются кислые подзолистые и дерново-подзолистые почвы, для которых характерно высокое содержание доступных для растений соединений марганца. Исследовали влияние ионов марганца(II) в концентрациях 30,0; 60,0 и 90,0 мг/л на рост и антиоксидантную активность (АОА) фермента супероксиддисмутазы (СОД) в органах 7- и 14-суточных растений ячменя, выращиваемых в водной культуре. Объектами исследования служили устойчивые к кислым почвам (Al³⁺, H⁺) сорта и формы ячменя 346-09, 29-11, Фермер 198-12, Форвард и Бионик, в качестве стандарта использовали сорт Белгородский 100. При добавлении марганца в среду выращивания растений отмечали уменьшение длины корней и увеличение в них АОА СОД. Заключили, что повышенные концентрации марганца оказывают влияние на морфометрические параметры и АОА СОД проростков ячменя. Установлено, что увеличение дозы марганца в среде выращивания растений приводит к уменьшению длины корней. АОА СОД отличалась в разных органах растений некоторых сортов, а ее более значительное изменение в опыте по сравнению с контролем было выявлено в корнях. Судя по морфометрическим показателям, наименее устойчивым к ионной токсичности Mn²⁺ оказался сорт Белгородский 100, длина корня которого в контроле составила 15,7±0,4, а в опыте 13,2±0,3; 12,2±0,1; 11,5±0,3 см в соответствии с дозой марганца 30, 60 и 90 мг/л. По уровню АОА СОД наиболее чувствительным оказался сорт Фермер 198-12, у которого изменение АОА СОД в корнях (% от контроля) составило 158,8; 167,2 и 169,4 % в соответствии с дозой марганца 30,0; 60,0 и 90,0 мг/л (АОА СОД в контроле составила 52,4±0,4 %; в опыте 83,1±2,2; 87,6±2,0 и 88,7±0,6 соответственно), в побегах – 121,0; 128,3 и 125,6 % соответственно (66,7±7,9 % в контроле и 80,7±0,5; 85,6±1,4; 83,8±0,6 % в опыте в соответствии с дозой Mn²⁺).

1. Schmidt S. B., Jensen P. E., Husted S. Manganese Deficiency in Plants: The Impact on Photosystem II. Trends in Plant Science. 2016; 21(7): 622-632. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.03.001

2. Шихова Л. Н., Егошина Т. Л. Тяжелые металлы в почвах и растениях Северо-Востока европейской части России. Киров: Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2004. 264 с.

3. Пугаев С. В. Геохимическое районирование пахотных почв республики Мордовия по содержанию тяжелых металлов. Достижения науки и техники АПК. 2015;(29(3)):28-32. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=23200166

4. Millaleo R., Reyes-Díaz M., Ivanov A. G, Mora M. L., Alberdi M. Mn as essential and toxic element for plants: transport, accumulation and resistance mechanisms. J. Soil Sci. Plant Nutr. 2010;10(4):476-494. DOI: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-95162010000200008

5. Santos E. F., Kondo Santini J. M., Paixão A. P., Júnior E. F., Lavres J., Campos M., Reis A. R. Dos. Physiological highlights of manganese toxicity symptoms in soybean plants: Mn toxicity responses. Plant Physiology and Biochemistry. 2017; 113: 6-19. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2017.01.022

6. Zhou G., Delhaize E., Zhou M., Ryan P. R. Biotechnological Solutions for Enhancing the Aluminium Resistance of Crop Plants. Abiotic Stress in Plants – Mechanisms and Adaptations. 2011. P. 119-142.

7. Cox W., Levitt Y. Interrelations between environmental factors and resistance of cabbage leaves. Plant Phisiol. 1976;57 (4):553-555.

8. Yost R. S. Plant Tolerance of Low Soil pH, Soil Aluminum, and Soil Manganese. Plant Nutrient Management in Hawaii’s Soils, Approaches for Tropical and Subtropical Agriculture, 2000. Chapter 11. P. 113-115. URL: https://www.ctahr.hawaii.edu

9. Щуплецова О. Н., Широких И. Г. Повышение устойчивости ячменя к токсичности металлов и осмотическому стрессу путем клеточной селекции. Зерновое хозяйство России. 2015; (1): 57-62. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=22994658

10. Лисицын Е. М. Показатели развития корневых систем в эдафической селекции ячменя. Зернобобовые и крупяные культуры. 2018;(2(26)):66-71. DOI: https://doi.org/10.24411/2309-348X-2018-10019

11. Загоскина Н. В., Назаренко Л. В. Активные формы кислорода и антиоксидантная система растений. Вестник Московского городского педагогического университета. Серия «Естественные науки». 2016; (2(22)):9-23. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=26125309

12. Зеленков В. Н., Марков М. В., Лапин А. А. Антиоксидантный статус растений, выявленный при изучении экосистем Тамбовской области. Экологические аспекты жизнедеятельности человека, животных и растений: монография. Белгород: ИД «Белгород» НИУ «БелГУ», 2017. С. 177-195.

13. Navacode S., Weidner A., Varshney R. K., Lohwasser U., Scholz U., Roder M.S., Borner A. A genetic analysis of aluminium tolerance in cereals. Agric. Conspec. Sci. 2010;75 (4):191-196. URL: https://hrcak.srce.hr/66006

14. Казнина Н. М., Батова Ю. В., Титов А. Ф., Лайдинен Г. Ф. Роль отдельных компонентов антиоксидантной системы в адаптации растений Elytrigia repens (L.) Nevski к кадмию. Труды Карельского научного центра РАН. 2016; (11): 17-26. DOI: https://doi.org/10.17076/eb365

15. Li P., Song A., Li Z., Fan F., Liang Y. Silicon ameliorates manganese toxicity by regulating mang anese transport and antioxidant reactions in rice (Oryza sativa L.). Plant Soil. 2012;(354):407-419. DOI: https://doi.org/10.1007/s11104-011-1076-4

16. Zhou C. P., Qi Y. P., You X., Yang L. T., Guo P., Ye X., Zhou X. X., Ke F. J., Chen L. S. Leaf cDNAAFLP analysis of two citrus species differing in manganese tolerance in response to long-term manganese-toxicity BMC Genomics. 2013; (14:621): 1-19. URL: http://www.biomedcentral.com/1471-2164/14/621

17. Rezai K., Farboodnia T. Manganase Toxicity Effects on Chlorophyll Content and Antioxidant Enzymes in Pea Plant (Pisum sativum L. c. v. qazvin). Agricultural Journal. 2008;(3(6)):454-458. URL: http://docsdrive.com/pdfs/medwelljournals/aj/2008/454-458.pdf

18. Foyer C. H., Lopez-Delgado H., Dat J. F., Scott I. M. Hydrogen peroxide- and glutathioneassosiated mechanisms of acclimatory stress tolerance and signaling. Physiol. Plant. 1997;100:241 -254. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1997.tb04780.x

19. Iannone M. F., Rosales E. P., Groppa M. D., Benavides M. P. Reactive oxygen species formation and cell death in catalase-deficient tobacco leaf disks exposed to cadmium. Protoplasma. 2010;245:15-27. DOI: https://doi.org/10.1007/s00709-009-0097-9

20. Пищик В. Н., Воробьев Н. И., Проворов Н. А., Хомяков Ю. В. Механизмы адаптации растений к тяжелым металлам. Агрофизика. 2015; (2): 38-49. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=23710052