VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Исследования, проведенные в последние десятилетия показывают, что биотические и абиотические факторы, вызывающие чрезмерные оксидантные нагрузки на растения ограничивают получение высоких стабильных урожаев хорошего качества.

Водный обмен – одна из наиболее важных составляющих жизнедеятельности растений. Поддержание в клетках и тканях определенного уровня водного баланса является обязательным условием не только нормального роста и развития растений, но и их устойчивости к факторам внешней среды.

В условиях периодически возникающих засух и возрастающей техногенной нагрузки на почву несомненный научный и практический интерес представляет изучение влияния микроэлементов на адаптивную способность и повышение устойчивости растений.

При этом микроэлементы способствуют созданию продуктов питания, обогащенных специальными биологически активными добавками.

Особенно актуальной проблемой питания в настоящее время является дефицит веществ-антиоксидантов, которые защищают клетки организма от воздействия негативных факторов различного происхождения и продлевают ее работоспособность и устойчивость к заболеваниям.

Одним из микроэлементов антиоксидантного действия является селен. Естественное содержание селена в традиционных продуктах питания настолько мало, что не может обеспечить организм человека в этом нутриенте.

Используемые в современной практике пищевые добавки на основе неорганических солей селена, с одной стороны, малоэффективны для устранения дефицита селена в организме, с другой - достаточно опасны для здоровья

Основной функцией селена в растениях является участие в построении глутатионпероксидазы - фермента антиоксидантной защиты растительного организма от действия свободных радикалов, образующихся в результате окислительного стресса [1].

В настоящее время особый интерес приобретают исследования по влиянию различных микроэлементов на продуктивность сельскохозяйственных растений в стрессовых условиях, способствующих образованию свободных радикалов. Однако данных по влиянию селена на формирование продуктивности, и показатели качества, особенно у растений, различающихся по засухоустойчивости, практически нет.

Целью наших исследований явилось изучение влияния селена на механизмы устойчивости растений к дефициту влаги.

По способности усваивать и накапливать селен В.В. Ермаков и В.В. Ковальский разделили все растения на три группы [цит.по 4].

Первая группа – растения-накопители, содержащие в максимальном количестве селен – от 500 до 15000 мг/кг сухой массы. Наиболее типичными накопителями селена являются моринда, нептуния или дикая мимоза, акация. Даже на почвах с низким содержанием селена – 0,01 мг/кг в растениях-индикаторах его может быть до 1000 мг/кг сухой массы; в тоже время в клевере или райграсе – в пределах 0,01-0,90 мг/кг.

Вторая группа – растения-умеренно-накопители, содержащие селен в количестве от 50 до 500 мг/кг сухой массы. Среднее содержание селена в биомассе этих растений в 3-10 раз больше, чем в почве.

Третья группа растений накапливают максимально до 50 мг/кг селена. Но большинство видов этой группы в своей биомассе содержат селена менее 10 мг/кг. Сюда относятся все возделываемые сельскохозяйственные культуры, многие дикие злаки, ряд бобовых растений. Обычное среднее содержание селена в растениях составляет 0,1-1,0 мг/кг даже на почвах, богатых этим элементом. Минимальное содержание приближается к 0,05 мг/кг, ниже которого отмечается дефицит селена. У растений третьей группы количество элемента в биомассе равно или меньше в 1-2 раза по сравнению с наличием его в почве.

В зависимости от почвенных условий и среды роста разница в поступлении селена может наблюдаться и для одной группы или вида растений. Культурные растения на богатых селеном почвах могут накапливать 1-200 мг/кг элемента; в то же время на бедных селеном почва – всего лишь 0,01-0,60 мг/кг. Максимальное количество селена содержится в растениях зерновых культур, меньше его в корне- и клубнеплодах. Следует отметить, что растения – концентраторы селена содержат значительно большие относительные доли селена в растворимых и неорганических формах по сравнению с растениями, не накапливающими большого количества этого элемента.

Влияния стрессовых условий на формирование продуктивности сельскохозяйственных растений необходимо учитывать в связи с тем, что они приводят к снижению урожаев. Среди стрессовых условий в Нечерноземной зоне РФ особое значение имеют засухи в критический период роста растений.

Как показывают результаты исследований селен положительно влияет на ростовые процессы растений в условиях недостаточного водообеспечения. Применение селена способствует увеличению длины корня и накоплению биомассы проростков злаковых растений.

Результаты исследований И.И. Серегиной [3] показали, что применение предпосевной обработки семян селеном в условиях краткосрочной почвенной засухи привело к достоверному увеличению массы зерна и массы 1000 зерен. Кроме того, улучшались условия закладки и развития цветочных зачатков на IV этапе онтогенеза у пшеницы. В работе Т.И. Пузиной и др.[2] показано увеличение массы клубней картофеля на 15-17 % при применении селена. Полученные данные могут быть обусловлены антиоксидантным действием селена на растения, механизм которого обусловлен функционированием белков, активный центр которых содержит «селеновые аминокислоты».

Роль селена в реализации адаптивного потенциала растений при недостаточном водообеспечении связана с повышением устойчивости фотосинтетического аппарата сельскохозяйственных растений. Селен увеличивал продолжительность работы листьев, повышая эффективность работы листового аппарата, а также способствовал лучшему обеспечению наливающихся зерен питательными веществами. При этом снижалась удельная поверхностная плотность листьев, что свидетельствовало о более экономном использовании ассимилятов на формирование листовой поверхности и уменьшению негативного действия засухи [3]. Кроме того выявлено частичное замещение серы селеном в ферродоксилах хлоропластов, вследствие чего можно предположить участие селена в реакциях образования хлорофилла.

В условиях водного стресса селен в 2 раза замедлил снижение уровня ИУК в листьях и в 4 раза повысил накопление абсцизовой кислоты, что может свидетельствовать об адаптивных свойствах селена [2]. Кроме того, после репарации наблюдалось увеличение уровня гиббереллинов - фитогормонов, ускоряющих рост и развитие растений.

При применении селена, как правило, увеличивается оводненность листьев на 2-6 %, что приводит к повышению устойчивости растений при кратковременной почвенной засухе за счет усиления водопоглотительной функции корня.

В условиях дефицита влаги в клетках растений происходит образование активных форм кислорода, которые могут реагировать с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами, изменяя или разрушая их структуру, обнаружено также резкое ингибирование аккумуляции пролина и торможение активности пероксидазы в присутствии селена, что свидетельствует о защитном действии элемента при водном стрессе.

Согласно проведенным исследованиям селенит-ион сдерживал деградацию мембран на 20 % вследствие перекисного окисления липидов [1, 2]. Кроме того, показана активизация работы ферментов антиоксидантной защиты, утилизирующих Н₂О₂, за счет возрастания активности пероксидазы и каталазы под влиянием селена.

Таким образом, присутствие селена в растениях и способность последних аккумулировать его из сред служат в определенной степени доказательством необходимости его для жизнедеятельности растений, в том числе и в стрессовых ситуациях.

Литература

1.Вихрева В.А., Блинохватов А.А., Клейменова Т.В. Селен в жизни растений. – Пенза:РИО ПГСХА, 2012. – 222с.

2.Пузина Т.И., Цуканова М.А. Влияние почвенной засухи на гормональную и антиоксидантную систему Solanum tuberosum в зависимости от обработки селенитом// Ученые записки Орловского ГУ, 2008.-№ 2.- С.51-56.

3.Серегина И.И. Влияние условий азотного питания, водообеспеченности и применения селена на фотосинтетическую активность растений яровой пшеницы разных сортов// Агрохимия, 2011.- №7.-С.17-25.

4.Шеуджен А.Х., Лебедовский И.А., Бондарева Т.Н. Биогеохимия и агрохимия селена// Научный журнал КубГау,2013. - №92(08). – С.1-11.

Код для цитирования: Скопировать