Микроморфологические изменения овса посевного (Avena sativa L.) в ювенильный период при токсическом воздействии ионов алюминия
Аннотация
Обоснование. В России на долю кислых почв пахотного фонда приходится около 30% площади, основная часть которой сосредоточена в лесостепной и подтаежной зоне. Кислотность почв является одной из важных абиотических стресс-факторов для полноценного роста и развития растений. В кислых почвах гидроокись алюминия преобразуется в подвижные ионы, которые оказывают негавное влияние на рост и развитие растений на протяжении всей вегетации. При воздействии ионов алюминия на растения овса нарушается деление клеток кортекса, что приводит к деформации корневой системы (уменьшается длина корня, изменяется цвет, увеличивается толщина). Вызванные трансформации приводят к снижению эффективности поглощения питательных веществ корневой системой растений овса и как следствие происходит снижение урожайности и ухудшение качества зерна.
Цель – изучить влияние ионов алюминия на ростовую активность овса посевного на раннем этапе онтогенеза.
Материалы и методы. Исследования проводили в лаборатории геномных исследований в растениеводстве НИИСХ СЗ – филиал ТюмНЦ СО РАН в 2024 году. Объектом исследований влияния ионов алюминия на ростовую активность в первые 7 дней жизни были 20 сортов овса посевного (Avena sativa L.). Генотипы овса проращивали рулонным методом по ГОСТу 12038-85 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести». Варианты опыта для проращивания растений овса предусматривали: дистиллированную воду (контроль); растворы с концентрацией ионов алюминия: 4, 9 и 15 ммоль/л. В качестве источника ионов алюминия была выбрана его сульфатная производная (Al2(SO4)3). Изучено воздействие стресса на клетки генотипов овса в корневом чехлике, под действием возрастающей концентрации ионов алюминия. Оценку на наличие крахмальных зерен в корневом чехлике генотипов овса проводили при помощи светового микроскопа Optika B-500Tpl в 400 кратном увеличении. Для окрашивания крахмальных зерен использовали 1% раствор йода в молочной кислоте. Статистическую обработку данных и дисперсионный анализ проводили с использованием программ AgCStat и Statistica для программного продукта Microsoft Excel.
Результаты. Проращивание генотипов овса в растворах с концентрацией ионов алюминия 4 ммоль/л на 7 сутки оказало негативное влияние на развитие корневой системы – индекс длины корня (ИДК) достиг 27-65 % относительно контроля. Наиболее устойчивыми к воздействию стресс-фактора с концентрацией Al3+ 4 ммоль/л были генотипы Гунтер (к-14957), Бербер (к-15689) и Сапсан (к-15444) – ИДК составил 64-65 % относительно контроля.
Среди изученных генотипов овса выявлена группа восприимчивых сортов к воздействию возрастающей концентрации ионов алюминия (4-15 ммоль/л): Фауст (к-14781), 207h12 (к-15809), 325h12 (к-15808) и Червонный (к-2896). Среднее значение ИДК у восприимчивой группы достигло: 4 ммоль/л – 35; 9 ммоль/л – 17%; 15 ммоль/л – 9% относительно контроля. По результатам двухфакторного дисперсионного анализа установлено влияние ионов алюминия на развитие длины первичных корешков (93%) и соотношение воздушно-сухой массы корней и побегов (65%) генотипов овса (Fфакт.>Fтеор). Восприимчивые генотипы овса к стресс-фактору имели признаки деструкции крахмальных зерен в корневом чехлике при концентрации Al3+ 9 ммоль/л. Эти изменения связаны со структурным нарушением клеток в корневом чехлике, что в результате приводит к утрате геотропической чувствительности растений.
Заключение. В результате проведенных исследований выявлены толерантные генотипы овса к воздействию возрастающей концентрации ионов алюминия (4-15 ммоль/л) в ювенильный период: Бербер (к-15924), 162h15 (к-15925), Аргамак (к-14648) и Сапсан (к-15444). Среднее значение индекса длины корня, наиболее устойчивых генотипов овса, на вариантах с возрастающей концентрацией ионов алюминия достигло: 4 ммоль/л – 62; 9 ммоль/л – 32%; 15 ммоль/л – 13% относительно контроля. Основной мишенью токсического проявления ионов алюминия на растения овса были первичные корешки. Под действием стресс-фактора индекс соотношения корней и побегов генотипов овса уменьшился в 1,5-3,8 раза относительно контрольных значений. Установлена взаимосвязь устойчивости генотипов овса к ионам алюминия с наличием крахмальных зерен в корневом чехлике.
Скачивания
Литература
Асеева, Т. А., Зенкина, К. В., & Трифунтова, И. Б. (2021). Оценка зерновых яровых культур на устойчивость к алюминию. Достижения науки и техники АПК, 35(4), 35–40. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2021-10405. EDN: https://elibrary.ru/POIKYW
Барыкина, И. П., Веселова, Т. Д., & Девятов, А. Г. (2004). Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы [Учебное пособие]. Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова. ISBN: 5 211 06103 9. EDN: https://elibrary.ru/RBBHDP
Баталова, Г. А., Широких, И. Г., Тулякова, М. В., и др. (2015). Некоторые результаты и вопросы методологии селекции овса на устойчивость к эдафическому стрессу. Аграрная наука Евро Северо Востока, (47)(4), 9–15. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2015.44.4.09-15. EDN: https://elibrary.ru/UCBQWX
Баталова, Г. А., Тулякова, М. В., Пермякова, С. В., и др. (2014). Новые адаптивные сорта пленчатого овса. Аграрная наука Евро Северо Востока, (41)(4), 4–8. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2014.41.4.04-08. EDN: https://elibrary.ru/SGWETP
Бабенко, Л. М., Щербатюк, Н. Н., Климчук, Д. А., и др. (2018). Структурно функциональные особенности клеток мезофила листьев контрастных по термоустойчивости сортов TRITICUM AESTIVUM при действии кратковременных температурных стрессов. Цитология, 60(2), 128–135. https://doi.org/10.31116/tsitol.2018.02.08. EDN: https://elibrary.ru/NRQINH
Вологжанина, Е. Н. (2025). Кормовая продуктивность и адаптивные свойства плёнчатых и голозёрных генотипов овса в условиях Кировской области. Аграрная наука Евро Северо Востока, 26(2), 239–250. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2025.26.2.239-250. EDN: https://elibrary.ru/EKDKOO
Вологжанина, Е. Н., & Баталова, Г. А. (2023). Оценка адаптивности ярового пленчатого овса по урожайности и качеству зерна в условиях Кировской области. Российская сельскохозяйственная наука, (4), 8–12. https://doi.org/10.31857/S2500262723040026. EDN: https://elibrary.ru/JXAKVR
Гончар Зайкин, П. П., & Чертов, В. Г. (2003). Надстройка к EXCEL для статистической оценки и анализа результатов полевых и лабораторных опытов. В Рациональное природопользование и сельскохозяйственное производство в южных регионах Российской Федерации: сборник материалов научно практической конференции «Разработка адаптивных систем природоохранных технологий производства сельскохозяйственной продукции в аридных районах России» (с. 559–565). Москва.
Еремин, Д. И., Любимова, А. В., & Ахтямова, А. А. (2023). Элементы структуры урожайности как способ выявления засухоустойчивости современных сортов овса. Достижения науки и техники АПК, 37(7), 50–57. https://doi.org/10.53859/02352451_2023_37_7_50. EDN: https://elibrary.ru/MYBXXF
Заикина, Е. А., Румянцев, С. Д., Сарварова, Е. Р., и др. (2019). Гены транскрипционных факторов, задействованных в ответе растений на абиотические стрессовые факторы. Экологическая генетика, 17(3), 47–58. https://doi.org/10.17816/ecogen17347-58. EDN: https://elibrary.ru/IUIILV
Каюгина, С. М., & Еремин, Д. И. (2022). Физико химические свойства серых лесных почв восточной окраины Зауральского Плато. Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология, 15(4), 471–490. https://doi.org/10.17516/1997-1389-0399. EDN: https://elibrary.ru/YOCLPO
Кононенко, Н. В., Чабан, И. А., Смирнова, Е. А., и др. (2019). Тестирование устойчивости разных форм ячменя (Hordeum vulgare L.) к токсическому действию алюминия. Теоретическая и прикладная экология, (2), 121–130. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-2-121-130. EDN: https://elibrary.ru/LGPVFJ
Кривобок, А. С., & Бибикова, Т. Н. (2019). Регуляция роста и пространственной ориентации боковых корней Arabidopsis thaliana L. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, (3), 80–94. https://doi.org/10.34677/0021-342X-2019-3-80-94. EDN: https://elibrary.ru/UDOPLG
Фомина, М. Н., Иванова, Ю. С., Брагин, Н. А., и др. (2024). Кормовая продуктивность и энергетическая питательность селекционных образцов овса посевного (Avena sativa L.) в условиях Северного Зауралья. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, 185(2), 116–127. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2024-2-116-127. EDN: https://elibrary.ru/ISJLVL
Фомина, М. Н. (2015). Яровой овёс Фома. Достижения науки и техники АПК, 29(10), 63–66. EDN: https://elibrary.ru/UMKOET
Широких, И. Г., Назарова, Я. И., Огородникова, С. Ю., и др. (2020). Трансформация табака по гену синтеза глицинбетаина не ослабила чувствительность растений к токсичности алюминия в кислой почве. Теоретическая и прикладная экология, (2), 103–110. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-2-103-110. EDN: https://elibrary.ru/VQMKSA
Шкуркин, С. И., Носиков, В. В., & Торшин, С. П. (2022). Основоположник коллоидной химии почв. Плодородие, (125)(2), 71–73. https://doi.org/10.25680/S19948603.2022.125.17. EDN: https://elibrary.ru/TPZPJT
Щенникова, И. Н., & Шуплецова, О. Н. (2019). Источники для селекции ячменя устойчивого к токсичности алюминия. Теоретические и прикладные проблемы агропромышленного комплекса, (39)(1), 22–25. https://doi.org/10.32935/2221-7312-2019-39-1-22-25. EDN: https://elibrary.ru/QOOAXA
Bláha, L. (2019). Importance of root shoot ratio for crops production. J Agron Agri Sci, 2, 012. https://doi.org/10.24966/AAS-8292/100012
Lin Tong, Y., Yi Ping, Q., Huan Xin, J., & Li Song, C. (2013). Roles of organic acid anion secretion in aluminium tolerance of higher plants. BioMed Research International, 2013, 16. https://doi.org/10.1155/2013/173682
Huanhuan, G., Sang, Y., Jiayi, W., Liuyan, W., Ruili, W., Wei, L., Lijiao, M., Fang, Y., Qingyuan, Z., & Cui, C. (2020). Genome wide association analysis of aluminum tolerance related traits in rapeseed (Brassica napus L.) during germination. Genetic Resources and Crop Evolution, 68, 335–357. https://doi.org/10.1007/s10722-020-00989-2. EDN: https://elibrary.ru/DFVVFQ
Muyuan, Y. Z., Jianwe, P., Lilin, W., Qing, G., & Chunyuan, H. (2003). Mutation induced enhancement of Al tolerance in barley cell lines. Plant Science, 164, 17–23. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(02)00317-5. EDN: https://elibrary.ru/BBTJTP
Loskutov, I. G., Butris, V., Kosareva, I. A., Blinova, E. V., & Yu, L. Novikova. (2022). Aluminum tolerance and micronutrient content in the grain of oat cultivars with different levels of breeding improvement from the VIR collection. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding, 183(3), 96–110. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2022-3-96-110. EDN: https://elibrary.ru/WCLSXA
References
Aseeva, T. A., Zenkina, K. V., & Trifuntova, I. B. (2021). Assessment of spring grain crops for aluminum resistance. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK, 35(4), 35–40. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2021-10405. EDN: https://elibrary.ru/POIKYW
Barykina, I. P., Veselova, T. D., & Devyatov, A. G. (2004). Handbook on botanical microtechnique: Fundamentals and methods [Educational manual]. Lomonosov Moscow State University. ISBN: 5 211 06103 9. EDN: https://elibrary.ru/RBBHDP
Batalova, G. A., Shirokikh, I. G., Tulyakova, M. V., et al. (2015). Some results and methodological issues in oat breeding for resistance to edaphic stress. Agrarnaya Nauka Evro Severo Vostoka, 47(4), 9–15. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2015.44.4.09-15. EDN: https://elibrary.ru/UCBQWX
Batalova, G. A., Tulyakova, M. V., Permyakova, S. V., et al. (2014). New adaptive varieties of hulled oats. Agrarnaya Nauka Evro Severo Vostoka, 41(4), 4–8. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2014.41.4.04-08. EDN: https://elibrary.ru/SGWETP
Babenko, L. M., Shcherbatyuk, N. N., Klimchuk, D. A., et al. (2018). Structural and functional features of mesophyll cells in leaves of Triticum aestivum varieties contrasting in thermotolerance under short term temperature stresses. Tsitologiya, 60(2), 128–135. https://doi.org/10.31116/tsitol.2018.02.08. EDN: https://elibrary.ru/NRQINH
Vologzhanina, E. N. (2025). Feed productivity and adaptive traits of hulled and naked oat genotypes in the Kirov region. Agrarnaya Nauka Evro Severo Vostoka, 26(2), 239–250. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2025.26.2.239-250. EDN: https://elibrary.ru/EKDKOO
Vologzhanina, E. N., & Batalova, G. A. (2023). Assessment of adaptability of spring hulled oats by yield and grain quality in the Kirov region. Rossiyskaya Sel’skokhozyaystvennaya Nauka, (4), 8–12. https://doi.org/10.31857/S2500262723040026. EDN: https://elibrary.ru/JXAKVR
Gonchar Zaikin, P. P., & Chertov, V. G. (2003). An add in for EXCEL for statistical evaluation and analysis of field and laboratory experiment results. In Rational nature management and agricultural production in the southern regions of the Russian Federation: Proceedings of the scientific and practical conference “Development of adaptive systems of environmental protection technologies for agricultural production in arid regions of Russia” (pp. 559–565). Moscow.
Eremin, D. I., Lyubimova, A. V., & Akhtyamova, A. A. (2023). Elements of yield structure as a method for identifying drought tolerance in modern oat varieties. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK, 37(7), 50–57. https://doi.org/10.53859/02352451_2023_37_7_50. EDN: https://elibrary.ru/MYBXXF
Zaikina, E. A., Rumyantsev, S. D., Sarvarova, E. R., et al. (2019). Genes of transcription factors involved in the plant response to abiotic stress factors. Ekologicheskaya Genetika, 17(3), 47–58. https://doi.org/10.17816/ecogen17347-58. EDN: https://elibrary.ru/IUIILV
Kayugina, S. M., & Eremin, D. I. (2022). Physicochemical properties of gray forest soils in the eastern margin of the Trans Ural Plateau. Journal of Siberian Federal University. Biology, 15(4), 471–490. https://doi.org/10.17516/1997-1389-0399. EDN: https://elibrary.ru/YOCLPO
Kononenko, N. V., Chaban, I. A., Smirnova, E. A., et al. (2019). Testing the resistance of different barley (Hordeum vulgare L.) forms to the toxic effect of aluminum. Teoreticheskaya i Prikladnaya Ekologiya, (2), 121–130. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-2-121-130. EDN: https://elibrary.ru/LGPVFJ
Krivobok, A. S., & Bibikova, T. N. (2019). Regulation of growth and spatial orientation of lateral roots in Arabidopsis thaliana L. Izvestiya Timiryazevskoy Sel’skokhozyaystvennoy Akademii, (3), 80–94. https://doi.org/10.34677/0021-342X-2019-3-80-94. EDN: https://elibrary.ru/UDOPLG
Fomina, M. N., Ivanova, Yu. S., Bragin, N. A., et al. (2024). Feed productivity and energy value of breeding samples of common oat (Avena sativa L.) in the conditions of Northern Trans Urals. Trudy po Prikladnoy Botanike, Genetike i Selektsii, 185(2), 116–127. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2024-2-116-127. EDN: https://elibrary.ru/ISJLVL
Fomina, M. N. (2015). Spring oat ‘Foma’. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK, 29(10), 63–66. EDN: https://elibrary.ru/UMKOET
Shirokikh, I. G., Nazarova, Ya. I., Ogorodnikova, S. Yu., et al. (2020). Transformation of tobacco with the glycine betaine synthesis gene did not reduce plant sensitivity to aluminum toxicity in acidic soil. Teoreticheskaya i Prikladnaya Ekologiya, (2), 103–110. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-2-103-110. EDN: https://elibrary.ru/VQMKSA
Shkurkin, S. I., Nosikov, V. V., & Torshin, S. P. (2022). The founder of soil colloid chemistry. Plodorodie, 125(2), 71–73. https://doi.org/10.25680/S19948603.2022.125.17. EDN: https://elibrary.ru/TPZPJT
Shchennikova, I. N., & Shupletsova, O. N. (2019). Sources for breeding aluminum tolerant barley. Theoretical and Applied Problems of the Agro Industrial Complex, 39(1), 22–25. https://doi.org/10.32935/2221-7312-2019-39-1-22-25. EDN: https://elibrary.ru/QOOAXA
Bláha, L. (2019). Importance of root shoot ratio for crops production. J Agron Agri Sci, 2, 012. https://doi.org/10.24966/AAS-8292/100012
Lin Tong, Y., Yi Ping, Q., Huan Xin, J., & Li Song, C. (2013). Roles of organic acid anion secretion in aluminium tolerance of higher plants. BioMed Research International, 2013, 16. https://doi.org/10.1155/2013/173682
Huanhuan, G., Sang, Y., Jiayi, W., Liuyan, W., Ruili, W., Wei, L., Lijiao, M., Fang, Y., Qingyuan, Z., & Cui, C. (2020). Genome wide association analysis of aluminum tolerance related traits in rapeseed (Brassica napus L.) during germination. Genetic Resources and Crop Evolution, 68, 335–357. https://doi.org/10.1007/s10722-020-00989-2. EDN: https://elibrary.ru/DFVVFQ
Muyuan, Y. Z., Jianwe, P., Lilin, W., Qing, G., & Chunyuan, H. (2003). Mutation induced enhancement of Al tolerance in barley cell lines. Plant Science, 164, 17–23. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(02)00317-5. EDN: https://elibrary.ru/BBTJTP
Loskutov, I. G., Butris, V., Kosareva, I. A., Blinova, E. V., & Yu, L. Novikova. (2022). Aluminum tolerance and micronutrient content in the grain of oat cultivars with different levels of breeding improvement from the VIR collection. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding, 183(3), 96–110. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2022-3-96-110. EDN: https://elibrary.ru/WCLSXA
Copyright (c) 2026 Anastasia A. Akhtyamova
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
