Особенности прорастания семян гороха под действием мицелиально-субстратного экстракта вешенки

Актуальность. В работе отражены исследования, показывающие способность водного экстракта из отработанного соломенного субстрата вешенки (далее – «экстракт») регулировать рост и развитие гороха.

Материалы и методы. Опытные семена гороха сорта ‘Альбумен’ замочили в 10и 100-процентном экстракте, а далее культивировали в течение восьми суток на гидропонной среде в соответствующих растворах экстракта и в почве (серая лесная). Контролем служили растения, которые замачивали в водопроводной воде, культивировали на ней (гидропоника) и поливали водой (почва). Эффективность действия экстракта оценивали по ростовым показателям, содержанию фотосинтетических пигментов, экспрессии одного из генов, кодирующих активазу рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (RCA), и двух генов, кодирующих изоамилазу (ISA-1, ISA-2).

Результаты. Показано ингибирование прорастания семян в первые сутки под действием 10и 100-процентного экстракта. В суточных опытных прорастающих семенах отмечалось большее содержание сухого вещества и снижение экспрессии всех генов ISA, что свидетельствует о замедлении инициации прорастания семян. Установлено снижение скорости прорастания у семян, культивируемых с применением 100-процентного экстракта, а у семян, проращиваемых с применением 10-процентного экстракта, данный показатель не отличался от контрольного. Содержание фотосинтетических пигментов в опытных группах растений (100-процентная концентрация экстракта), выращенных на гидропонике, было ниже, а у растений, выращенных в почве, выше, чем у контрольных образцов.

Заключение. Экстракт в обоих дозах подавлял прорастание семян гороха и тормозил рост и развитие проростков при культивировании на гидропонной среде, состоящей из экстракта. Однако было выявлено усиление ростовых процессов и экспрессии исследуемых генов при поливе гороха экстрактом в почвенной среде.

1. Arnon D.I. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology. 1949;24(1):115. DOI: 10.1104/pp.24.1.1

2. Colman S.L., Salcedo M.F., Mansilla A.Y., Iglesias M.J., Fiol D.F., Martín-Saldaña S. et al. Chitosan microparticles improve tomato seedling biomass and modulate hormonal, redox and defense pathways. Plant Physiology and Biochemistry. 2019;143:203-211. DOI: 10.1016/j.plaphy.2019.09.002

3. De Britto S., Joshi S.M., Jogaiah S. Trehalose: A mycogenic cell wall elicitor elicit resistance against leaf spot disease of broccoli and acts as a plant growth regulator. Biotechnology Reports. 2021;32:e00690. DOI: 10.1016/j.btre.2021.e00690

4. Elsakhawy T., AlKahtani M.D.F., Sharshar A.A.H., Attia K.A., Hafez Y.M., Abdelaal K.A.A. Efficacy of mushroom metabolites (Pleurotus ostreatus) as a natural product for the suppression of broomrape growth (Orobanche crenata Forsk) in faba bean. Plants (Basel). 2020;9(10):1265. DOI: 10.3390/plants9101265

5. Faugeron-Girard C., Gloaguen V., Koçi R., Célérier J., Raynaud A., Moine C. Use of a Pleurotus ostreatus complex cell wall extract as elicitor of plant defenses: from greenhouse to field trial. Molecules. 2020;25(5):1094. DOI: 10.3390/molecules25051094

6. Гланц С. Медико-биологическая статистика. Москва: Практика; 1999. URL: https://medstatistic.ru/articles/glantz.pdf [дата обращения: 12.02.2014].

7. Gong M., Guan Q., Lin T., Lan J., Liu S. Effects of fungal elicitors on seed germination and tissue culture of Cymbidium goeringii. AIP Conference Proceedings. 2018;1956:020045. DOI: 10.1063/1.5034297

8. ГОСТ 12038-84. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Москва: Стандартинформ; 1986. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-12038-84 [дата обращения: 22.05.2024].

9. ГОСТ 12041-82. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения влажности. Москва: Стандартинформ; 1982. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-12041-82 [дата обращения: 22.05.2024].

10. Изосимов А.А. Физико-химические свойства, биологическая активность и детоксицирующая способность гуминовых препаратов, отличающихся генезисом органического сырья: дис. … канд. биол. наук. Москва: Московский государственный университет; 2016.

11. Keypour S., Hassani S.B., Motevalli S., Irankhahi P. Aqueous extracts of medicinal mushrooms Ganoderma lucidum and Pleurotus eryngii (Agaricomycetes) can affect seed germination and seedling survival. International Journal of Medicinal Mushrooms. 2022;24(4):75-81. DOI: 10.1615/intjmedmushrooms.2022043470

12. Куликова Н.А., Перминова И.В., Лебедева Г.Ф., Маторин Д.Н. Влияние органического вещества водной и щелочной вытяжек торфа на фотосинтез растений. Вестник Московского университета. Серия 16, Биология. 1997;(2):36-41.

13. Li R., He J., Xie H., Wang W., Bose S.K., Sun Y. et al. Effects of chitosan nanoparticles on seed germination and seedling growth of wheat (Triticum aestivum L.). International Journal of Biological Macromolecules. 2019;126:91-100. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2018.12.118

14. Ling Y., Zhao Y., Cheng B., Tan M., Zhang Y., Li Z. Seed priming with chitosan improves germination characteristics associated with alterations in antioxidant defense and dehydration-responsive pathway in white clover under water stress. Plants (Basel). 2022:11(15):2015. DOI: 10.3390/plants11152015

15. Nardi S., Pizzeghello D., Muscolo A., Vianello A. Physiological effects of humic substances on higher plants. Soil Biology and Biochemistry. 2002;34(11):1527-1536. DOI: 10.1016/S0038-0717(02)00174-8

16. Обручева Н.В., Антипова О.В. Морфология и физиология прорастания семян. В кн.: Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции: в 3-х томах. Т. 2 / под ред. Т.Б. Батыгиной. Санкт-Петербург: Мир и семья; 1997. С.667-681.

17. Olaetxea M., De Hita D., Garcia C.A., Fuentes M., Baigorri R., Mora V. et al. Hypothetical framework integrating the main mechanisms involved in the promoting action of rhizospheric humic substances on plant rootand shootgrowth. Applied Soil Ecology. 2018;123:521-537. DOI: 10.1016/j.apsoil.2017.06.007

18. Olaetxea M., Mora V., Bacaicoa E., Baigorri R., Garnica M., Fuentes M. et al. Root ABA and H+-ATPase are key players in the root and shoot growth-promoting action of humic acids. Plant Direct. 2019;3(10):e00175. DOI: 10.1002/pld3.175

19. Пищик В.Н., Бойцова Л.В., Воробьев Н.И. Влияние гуминовых веществ на растения и ризосферные микроорганизмы в растительно-микробных системах. Агрохимия. 2019;(3):85-95. DOI: 10.1134/S0002188119030116

20. Попов А.И. Возможные механизмы действия гуминовых веществ при их попадании в растения. В кн.: Гуминовые вещества в биосфере. Труды IV Всероссийской научной конференции; 19–21 декабря 2007 г.; г. Москва. Москва; 2007. С.509-514.

21. ПЦР в реальном времени / под ред. Д.В. Ребрикова. 2-е изд. Москва: Лаборатория знаний; 2009.

22. Sakr M.T., El-Sarkassy N.M., Fuller M.P. Exogenously applied antioxidants and biostimulants counteract the adverse effect of biotic stress in wheat plant. Agricultural Research and Technology. 2017;12(4):555853. DOI: 10.19080/artoaj.2017.12.555853

23. Smolikova G., Medvedev S. Seed-to-seedling transition: novel aspects. Plants (Basel). 2022;11(15):1988. DOI: 10.3390/plants11151988

24. Smythers A.L., McConnell E.W., Lewis H.C., Mubarek S.N., Hicks L.M. Photosynthetic metabolism and nitrogen reshuffling are regulated by reversible cysteine thiol oxidation following nitrogen deprivation in Chlamydomonas. Plants (Basel). 2020;9(6):784. DOI: 10.3390/plants9060784

25. Song J., Shang L., Wang X., Xing Y., Xu W., Zhang Y. et al. MAPK11 regulates seed germination and ABA signaling in tomato by phosphorylating SnRKs. Journal of Experimental Botany. 2021:72(5):1677-1690. DOI: 10.1093/jxb/eraa564

26. Tarasov S.S., Krutova E.K. Oxidative homeostasis in germinating pea seeds (Pisum sativum L.) depending on ultrasonic exposure duration. Biophysics. 2023;68:435-442. DOI: 10.1134/S0006350923030211

27. Тарасов С.С., Михалёв Е.В., Речкин А.В., Крутова Е.К. Регуляторы роста и развития растений: классификация, природа и механизм действия. Агрохимия. 2023;(9):65-80. DOI: 10.31857/S0002188123090120

28. To J.P.C., Reiter W.D., Gibson S.I. Mobilization of seed storage lipid by Arabidopsis seedlings is retarded in the presence of exogenous sugars. BMC Plant Biology. 2002;2:4. DOI: 10.1186/1471-2229-2-4