Спосіб підвищення стійкості сільськогосподарських рослин до дії іонів важких металів кадмію та свинцю

Реферат: Спосіб підвищення стійкості сільськогосподарських рослин до дії іонів важких металів кадмію та свинцю, за яким проводять допосівне замочування насіння у розчині саліцилової кислоти, полягає в тому, що використовують розчин саліцилової кислоти. UA 70741 U (12) UA 70741 U UA 70741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до сільського господарства, рослинництва і може бути використана для розширення посівних площ, забруднених іонами важких металів, під вирощування бобових, злакових та олійних культур. Відомий спосіб обробки рослин сої регулятором росту рослин для підвищення їхньої стійкості до дії іонів кадмію та свинцю, а саме емістимом С (Терек О., Решетило С, Величко О., Яворська Н. Інтенсивність перекисного окиснення ліпідів у паростках сої під дією емістиму С в умовах токсичного впливу іонів свинцю та кадмію // Вісник Львів. Університету, 2004. - Серія біологічна, 37. - С. 218-221). Насіння сої пророщували на фільтрувальному папері, змоченому регулятором росту. Виявлене деяке зниження вмісту стресових маркерів у тканинах рослин свідчить про незначне зростання стійкості рослин до дії іонів важких металів. Проте спосіб обробки є непридатним для використання у виробничих масштабах. До того ж спосіб стосується лише однієї рослини, що обмежує використання інших рослин. Відомий спосіб обробки рослин соняшнику та сої регуляторами росту рослин для підвищення їхньої стійкості до дії іонів кадмію та міді, а саме 6-БАП та емістимом С (Лелюк А., Терек О. Використання регуляторів росту рослин як протекторних сполук у разі забруднення важкими металами рослин сої та соняшнику // Вісник Львів. Університету, 2007. - Серія біологічна, 43. - С. 228-232). Регулятори росту рослин вносили у середовище для вирощування рослин способом гідропоніки. Спосіб є непридатним для використання у класичному сільському господарстві та рослинництві. Відомий спосіб обробки рослин ріпаку та соняшнику регулятором росту рослин трептолемом для підвищення їхньої стійкості до дії іонів важких металів (Бакун В., Пацула О., Терек О. Інтенсивність перекисного окиснення ліпідів у рослин соняшнику і ріпаку за дії трептолему в умовах токсичного впливу іонів цинку та міді // Вісник Львів. Університету, 2011. - Серія біологічна, 55. - С. 194-200). Проте дія даного препарату обмежується вибором рослин (Пономаренко С. П. Регуляторы роста растений на основе N-оксидов производных пиридина (физико-химические свойства и биологическая активность). - К.: Техника, 1999. - 270 с). Відомий спосіб обробки рослин сої регулятором росту рослин епібрасинолідом для зниження нагромадження іонів важких металів сільськогосподарськими рослинами (патент RU 2119285). Цей препарат застосовували для замочування насіння та обприскування посівів. Проте цей спосіб не передбачає значного підвищення ростових показників рослин. Найближчим за технічною суттю є спосіб підвищення стійкості рослин кукурудзи до дії іонів кадмію, за яким насіння кукурудзи замочували у розчині саліцилової кислоти (Krantev A., Yordanova R., Janda Т., Szalai G., Popova L. Treatment with salicylic acid decreases the effect of cadmium on photosynthesis in maize plants // Journal of Plant Physiology, 165, P. 920-931, 2008). Результатом впливу саліцилової кислоти було зростання ростових та фізіолого-біохімічних показників рослин кукурудзи за дії саліцилової кислоти та іонів кадмію. Проте не було досліджено впливу саліцилової кислоти на рослини за дії іонів інших важких металів, окрім кадмію, та обмежено вибір рослин. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб підвищення стійкості сільськогосподарських рослин до дії іонів важких металів кадмію та свинцю шляхом вибору оптимальної концентрації саліцилової кислоти для обробки насіння широкого спектра вибраних рослин, що дасть змогу підвищити стійкість цих рослин до дії іонів важких металів та здешевити сам процес. Поставлена задача вирішується так, що у способі підвищення стійкості сільськогосподарських рослин до дії іонів важких металів кадмію та свинцю, який полягає у допосівному замочуванні насіння у розчині саліцилової кислоти, використовують 0,5±0,025 мМ розчин саліцилової кислоти, як оптимальний для таких сільськогосподарських рослин як злакові, бобові та олійні. З літературних джерел відомо, що саліцилову кислоту застосовують для підвищення врожайності сільськогосподарських культур (патент US 7052911), стійкості до дії патогенів як самостійний засіб (патент US 20080220971) чи у складі діючого засобу (патент RU 2386252). Також відомо, що саліцилова кислота здатна підвищувати стійкість рослин до дії стресових факторів різного походження: дії високих і низьких температур (Tasgin E., Atici О., Nalbantoglu В. Effects of salicylic acid and cold on freezing tolerance in winter wheat leaves // Plant Growth Regul. 41: 231-236, 2003; Dat J. F., Foyer C. H., Scott I. M. Changes in salicylic acid and antioxidants during induced thermotolerance in mustard seedlings // Plant Physiol. 118: 1455-1461, 1998), посухи (Gunes A., Inal A., Alpaslan M. Effects of exogenously applied salicylic acid on the induction of multiple stress tolerance and mineral nutrition in maize (Zea mays L.) // Arch. Agron. Soil. Sci. 51: 1 UA 70741 U 5 10 15 20 25 30 35 40 687-695, 2005) при вирощуванні рослин на засолених ґрунтах (Tari I., Csiszar J., Szalai G. et al. Acclimation of tomato plants to salinity stress after a salicylic acid pre-treatment // Acta Biol. Szeged. 46: 55-56, 2002) і забруднених гербіцидами (Ananieva E. A., Alexieva V. S., Popova L. P.: Treatment with salicylic acid decreases the effects of paraquat on photosynthesis // J. Plant Physiol. 159: 685-693, 2002) та іонами важких металів (Pal M, Szalai G., Horvath E. Effect of salicylic acid during heavy metal stress // Acta Biol. Szeged. 46: 119-120, 2002; Drazic G., Mihailovic N. Modification of cadmium toxicity in soybean seedlings by salicylic acid // Plant Sci. 168: 511-517, 2005; El-Tayeb M. A., El-Enany A. E., Ahmed N. L. Salicylic acid-induced adaptive response to copper stress in sunflower (Helianthus annuus L.) // Plant Growth Regul. 50: 191-199, 2006; Wang H., Feng Т., Peng X. et al. Up-regulation of chloroplastic antioxidant capacity is involved in alleviation of nickel toxicity of Zea mays L. by exogenous salicylic acid // Ecotoxicol. Environ. Saf. 72: 13541372,2009). Також відомо, що у рослин при зростанні на ґрунтах, забруднених важкими металами, найвищий вміст іонів важких металів спостерігається у коренях, менше у листках та стеблі; у насінні виявлені слідові кількості іонів важких металів (Головач О., Козловський М., Демків О. Забруднення сільськогосподарських ґрунтів важкими металами та характер їхнього перерозподілу у рослинах кукурудзи // Вісник Львів. Університету, 2004. - Серія біологічна, 38. С. 205-211). Автори пропонують спосіб для підвищення стійкості сільськогосподарських культур до дії іонів важких металів на рослинах, насіння яких використовують для вживання людиною чи для годування тварин, з використанням розчину дешевої саліцилової кислоти для допосівного замочування насіння таких рослин, як олійні, бобові та злакові, що дасть змогу здешевити сам процес. Окрім цього дослідження проводили за умов впливу іонів не лише кадмію, а і свинцю. Спосіб можна проілюструвати прикладами: Приклад 1. У лабораторному досліді, проведеному в лабораторії кафедри фізіології та екології рослин Львівського національного університету імені Івана Франка, для допосівного замочування насіння рослин пшениці, кукурудзи, соняшнику, льону, гороху та сої у розчині саліцилової кислоти з метою підвищення стійкості цих рослин до дії іонів важких металів кадмію і свинцю, використовують концентрацію саліцилової кислоти 0,5±0,025 мМ, яка є оптимальною для усіх названих рослин і була визначена експериментально. Насіння рослин замочують у розчині саліцилової кислоти концентрацією 0,001; 0,01; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 0,75; 1; 2,5 мМ та пророщують у термостаті при температурі 24 °C протягом 3 діб. Контролем слугує насіння, замочене у дистильованій воді. Далі рослини вирощують способом гідропоніки з додаванням у розчин іонів кадмію у вигляді 1 мкМ розчину кадмію хлориду та іонів свинцю у вигляді 10 мкМ розчину плюмбуму ацетату. Рослини вирощують у теплиці за контрольованих умов, на 10-у добу росту вимірюють довжину кореня та висоту пагона рослин. Дані досліджень представлені у таблиці 1. Показано, що оптимальною концентрацією для допосівного замочування насіння рослин з метою підвищення їхньої стійкості до дії іонів важких металів кадмію та свинцю є 0,5±0,025 мМ розчин саліцилової кислоти. 2 UA 70741 U Таблиця 1 Іони важких Концентрація саліцилової кислоти, мМ металів 0 0,001 0,01 0,05 0,1 0,25 Соняшник (Helianthus annum L.) д.к. 3,8 4,9 4,2 4,1 5,6 4,5 2+ Cd в.п. 4,0 3,5 4,8 2,9 5,3 5,6 д.к. 3,0 4,3 3,0 3,4 4,1 5,4 2+ Pb в.п. 3,4 2,0 2,0 2,1 2,8 4,2 Льон (Linum usitatissimum L.) д.к. 4,3 5,1 3,6 2,3 3,4 5,0 2+ Cd в.п. 5,6 7,5 4,7 6,2 6,9 6,9 д.к. 3,5 3,4 2,8 3,7 3,1 2,3 2+ Pb в.п. 5,2 6,1 3,9 7,2 5,9 4,7 Горох (Pisum sativum L.) д.к. 3,3 3,6 3,7 3,4 3,5 3,8 2+ Cd в.п. 2,0 2,1 1,5 2,2 2,5 1,6 д.к. 2,7 3,4 3,2 3,3 2,9 2,7 2+ Pb в.п. 2,2 3,1 1,5 0,9 1,3 1,1 Соя (Glycine max (L.) Merr.) д.к. 1,7 1,8 2,4 4,7 5,1 5,6 2+ Cd в.п. 3,5 3,9 4,5 8,2 8,7 13 д.к. 4 3 2 5,2 4 2+ Pb в.п. 2,5 2,5 2,3 5,3 Пшениця (Triticum aestivum L.) д.к. 5,2 5,7 6,5 7,4 6,0 6,1 2+ Cd в.п. 5,5 8,4 7,8 7,9 6,7 5,6 д.к. 5,5 5,5 5,7 5,2 5,6 5,9 2+ Pb в.п. 4,7 6,2 4,7 4,5 5,2 4,6 Кукурудза (Zea mays L.) д.к. 5,9 6,3 6,0 6,1 5,8 6,1 2+ Cd в.п. 3,4 5,4 5,0 4,9 4,7 5,3 д.к. 2,9 3,1 2,8 3,0 2,7 3,0 2+ Pb в.п. 2,7 3,5 3,0 3,3 2,8 2,6 5 10 15 Контроль 0,5 0,75 1 2,5 5,6 5,5 5,2 3,9 4,9 2,6 4,2 2,5 5,0 2,3 4,6 2,9 4,5 2,3 3,1 1,5 4,4 7,5 5,7 6,9 4,3 5,7 4,6 6,2 4,8 5,7 3,9 6,5 2,5 5,8 1,3 2,8 2,0 3,1 4,7 6,4 3,7 2,4 3,3 2,9 3,5 3,0 3,0 2,2 2,5 1,5 4,8 4,3 4,5 10 4,8 3,2 3,6 5,8 2,3 2,4 3,5 1,3 2,2 5,0 14,1 6,2 6,5 5,8 4,8 6,0 6,5 5,6 4,9 5,0 5,7 5,0 4,5 4,0 4,3 4,3 3,9 5,8 9,9 7,0 7,9 3,4 3,8 6,3 6,5 3,2 4,0 6,9 7,6 3,5 3,7 1,5 4,8 1,3 4,2 6,8 5,0 Примітка. Наведено усереднені дані з 3-кратних незалежних досліджень, вибірка n ≥ 20. Д.к. - довжина кореня; в.п. - висота пагона. Приклад 2. Проводять лабораторні дослідження на рослинах пшениці, кукурудзи, соняшнику, льону, гороху та сої з метою оцінки впливу саліцилової кислоти способом замочування насіння у 0,5±0,025 мМ розчині даної сполуки на підвищення стійкості рослин до дії іонів кадмію та свинцю. Умови дослідів описані у прикладі 1. У рослин визначають вміст фотосинтетичних пігментів хлорофілів і каротиноїдів та білка, визначення проводять за стандартними методиками (Мусієнко М. М., Паршикова Т. В., Славний П. С. Спектрофотометричні методи у практиці фізіології, біохімії та екології рослин. - К.: Фітосоціоцентр, 2001. - 199 с; Bradford M. M. A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein-dye binding // Anal. Biochem. - 1976. - 72. - P. 248-254). Дані представлені у таблиці 2. 3 UA 70741 U Таблиця 2 Вміст білка в Іони важких Вміст хлорофілів, % Вміст каротиноїдів, Вміст білка в пагонах, коренях, % до металів до контролю % до контролю % до контролю контролю Соняшник (Helianthus annum L.) СК 100 82 97 149 2+ Cd 80 73 81 87 + 2+ CK Cd 140 100 110 113 2+ Pb 113 109 110 100 2+ CK+Pb 127 100 142 115 Льон (Linum usitatissimum L.) CK 100 83 103 93 2+ Cd 80 67 90 93 + 2+ CK Cd 120 100 100 95 2+ Pb 106 92 74 84 2+ CK+Pb 127 84 90 95 Горох (Pisum sativum L.) CK 81 120 110 112 2+ Cd 50 140 100 102 + 2+ CK Cd 96 60 124 126 2+ Pb 61 100 88 107 2+ CK+Pb 89 200 110 117 Соя (Glycine max (L.) Merr.) CK 144 67 100 106 2+ Cd 45 33 59 91 + 2+ CK Cd 106 89 91 102 2+ Pb 63 2+ CK+Pb 69 45 67 72 Пшениця (Triticum aestivum L.) CK 111 105 115 103 2+ Cd 78 75 81 74 + 2+ CK Cd 107 100 85 80 2+ Pb 82 79 72 69 2+ CK+Pb 94 95 81 78 Кукурудза (Zea mays L.) CK 112 114 115 114 2+ Cd 50 57 85 98 + 2+ CK Cd 88 86 91 118 2+ Pb 51 43 77 97 2+ CK+Pb 97 100 86 103 5 Примітка. Наведено усереднені дані з 3-кратних незалежних досліджень. Результати досліджень підтверджують передбачуваний технічний результат, а саме обробка насіння таких сільськогосподарських рослин як злакові (пшениця, кукурудза), бобові (горох, соя) та олійні (соняшник, льон) у 0,5 ± 0,025 мМ розчині саліцилової кислоти підвищує їхню стійкість до дії таких іонів важких металів, як кадмій та свинець. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Спосіб підвищення стійкості сільськогосподарських рослин до дії іонів важких металів кадмію та свинцю, за яким проводять допосівне замочування насіння у розчині саліцилової кислоти, який відрізняється тим, що використовують 0,5±0,025 мМ розчин саліцилової кислоти, як оптимальний, для таких сільськогосподарських рослин як злакові, бобові та олійні. 4 UA 70741 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5