windows-1251X Всероссийские юношеские Чтения им. В.И.Вернадскоговернуться к списку работ секции

Влияние лития на физиологию роста и развития растений фасоли

Элемент № 3 таблицы Менделеева, литий, был открыт в 1817 году. Самый легкий из металлов, с высокой теплоемкостью, литий и его соединения приобрели исключительную важность для судеб всего мира (1). Его промышленные месторождения есть на всех континентах, он содержится в водах некоторых минеральных источников, до 7-10 –60 процентов, есть и в морской воде.

Еще в 19 веке литий нашел применение в медицине, в составе углекислого и салицилловокислого соединений - для растворения мочевой кислоты при подагре и некоторых других болезнях. Он положительно влияет на размер эритроцитов и содержание в них гемоглобина (2).

Его свойство активно реагировать с азотом очень важно в металлургии. В силикатной промышленности соединения лития использовали для повышения прочности стекла и сопротивляемости его атмосферной коррозии. Такие стекла применяются в телевизионной технике и в производстве оптических приборов. Добавка гидроокиси лития к электролиту увеличивает емкость и срок службы аккумуляторов в 2-3 раза. В

60-е годы прошлого столетия литий стал незаменимым в реакциях термоядерного синтеза и для кондиционирования воздуха (1).

В монографии М.Я.Школьника (3) приведены сводные литературные данные о роли лития в растительных организмах. Известна литиевая флора среди наземных растений, в которых он может быть активатором или ингибитором ферментов, особенно у галофитов и алкалоидоносных растений (4). Другие растения содержат мало лития, даже если растут на почве с высокой его концентрацией. Отмечено, что литий повышает устойчивость к болезням растений пшеницы, причем действуя не на рост мицелия, а изменяя обмен веществ растения–хозяина.

В литературе есть данные о том, что литий вызывает тератологические изменения вегетативных и репродуктивных органов у ряда растений (6). В то же время другими авторами отмечено положительное влияние лития на катионный баланс, на проницаемость мембран и, опосредованно, на азотный обмен, водоудерживающую способность тканей (7), на урожай и содержание крахмала в клубнях картофеля (8).

ЦЕЛЬЮ нашей работы является проследить за изменениями под влиянием лития процессов прорастания семян, за ростом проростков фасоли, которая по данным Ездаковой Л.А. (9) мало поглощает лития в среде с высоким его содержанием.

ЗАДАЧА: поставить лабораторные опыты с замачиванием семян в растворах сернокислого лития различной концентрации, проследить за влиянием лития на превращения запасных веществ семени в конституционные вещества проростка, за динамикой набухания семян, нарастанием массы и объема надземной части и корней проростков, их сухого веса, накоплением и развитием листовой поверхности; определить величину общей и поглощающей поверхности корневой системы (11).

Методика постановка опытов и исследований

Проведены 4 серии опытов. В каждой серии отсчитывали 4 порции семян по 30 штук, выровненных по весу и объему. Определяли их объем по закону Архимеда, по объему вытесненной жидкости в мерном цилиндре. В чашках Петри заливали в количестве 60% от веса семян в контроле – водой, по вариантам – в том же количестве растворами сернокислого лития 0.01%, 0.02%, 0.04%. Через сутки определяли вес и объем набухающих семян и снова в том же количестве добавляли только воду. С появлением корешков проводили гистохимические реакции (9) на белки с Миллоновым реактивом, на жиры с Суданом III, на крахмал – с йодом, на моносахара – с фелинговой жидкостью и на дисахара – с фелинговой жидкостью с предварительным гидролизом (10). Измеряли длину корней и стеблей, прирост сырой и сухой массы, отмечали появление настоящих листьев. Определяли общее и активную всасывающую поверхность корней по метиленовой сини (11).

Результаты опытов

Наблюдения за динамикой набухания семян по изменению веса (рис.1) выявило лишь тенденцию преобладания процесса в контрольном варианте.

Рис.1

Аналогичны графики по динамике объема набухающих семян (рис.2).

Рис.2

Гистограммы набухающих семян (рис.3) показали, что в семенах, обогащенных литием, по сравнению с контролем, распад запасных веществ заторможен, причем интенсивность процессов распада высокополимеров пропорциональна концентрации лития, в то время как скорость превращения продуктов распада в конституционные вещества проростков обратно пропорциональна количеству лития в семенах. В следствии этого размер проростков на 25 сутки наибольший в контроле и наименьший по 0.04% концентрации соли лития (рис.4).

Рис.3

Рис.4

В фазе четко дифференцированных у проростков стеблей и корней в сопоставлении по вариантам их размеров по массе и объему сохраняется также в обратной зависимости с концентрацией обогативших семена растворов сернокислого лития (рис.5, 6).

Рис.5

Рис.6

Однако у 30-суточных растений и далее заметно выделяются по весу и объему варианты с замачиванием семян в растворах сернокислого лития. По видимому, это может быть связано с более интенсивными процессами роста корней и надземной массы (рис.7).

Рис.7а

Рис.7б

В опытах Ездаковой Л.А. установлено, что повышенная концентрация лития оказывает существенное влияние на проницаемость мембран и, опосредованно на обмен азот-содержащих соединений, белков, аминокислот, хлорофилла и алколоидов (4). По видимому, в наших опытах таким действием лития объясняется положительное влияние повышенных концентраций на прирост массы стеблей и корней в процессе адаптации, во времени.

У опытных растений больше накапливается сухого вещества, что стимулирует процессы формообразования (рис.8).

Рис.8

Обсуждение результатов

Проведенные исследования и наблюдения выявили на наш взгляд интересные закономерности в отношении растений, не являющихся концентраторами лития. Так, сравнительное действие лития на стартовые процессы прорастания семян связаны с его ингибирующим влиянием не распад запасных веществ семени и соответственно на превращение их в конституционные вещества проростка. Власюк П.А. связывает участие микроэлементов, в том числе лития, в процессе депрессии ядерных структур и активного участия хроматина, что может привести к влиянию на энергию прорастания и всхожесть семян. Поэтому у опытных растений тормозится нарастание массы и формирование надземной части корней на начальном этапе. Однако, с течением времени проростки из семян, обогащенных литием, адаптируются к введенному в них литию, которые и не входят в состав ферментов, но являются их неспецифическим активатором, что опсредованно интенсифицирует ростовые и формообразовательные процессы. Накопление большего количества сухого вещества, интенсификация ростовых и формообразовательных процессов возможно в дальнейшем повлияет и на урожайность. Исследования будут продолжены.

Выводы

1. Растения фасоли на начальных этапах набухания и прорастания семян введением в семена лития ингибируются пропорционально его концентрации.
2. С течением времени, на последующих этапах роста по видимому возможна адаптация растений фасоли к литию и стимуляция ростовых и формообразовательных процессов.

Литература

1. Популярная библиотека химических элементов. Н-Сr. М., Наука, 1976, с.202-203
2. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. Л., Наука, 1974, с.207
3. Дребицкас В.В., Мишкинене М.В., Дорофеевайте В.В., Жалинайте М.И. Некоторые аспекты физиологической роли йода, кадмия, никеля и лития. Тез.докладов 9 Всесоюзной конференции по проблемам микроэлементов в биологии. Кишинев, 1981, с.194-195
4. Ездакова Л.А. Поступление, распределение лития у растений и вызываемые им реакции. Микроэлементы и их применение в медицине и сельском хозяйстве. Тез.докладов 10 Всесоюзной конференции. Чебоксары, 1986, т.3 с.102-103
5. Дерепаскина С.И. Особенности биологии накопления редких щелочных элементов в экстремальных условиях. Микроэлементы в биологии и их применение в медицине и сельском хозяйстве. Тез.докладов 10 Всесоюзной конференции. Чебоксары, 1986, т.3 с.73-74
6. Школьник М.Я., Смирнов Ю.С. О возможных молекулярно-биохимических механизмах, тератологических изменений у растений, встречающихся в биогеохимических провинциях с недостатком и избытком микроэлементов. Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине. М., Наука, 1974, с.29-40
7. Ездакова Л.А., Дерепаскина С.И., Козюрина Т.Г. Катионный баланс растений в связи с подкормкой литием. Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине. Тез.докладов 6 Всесоюзного совещания по микроэлементам. Л., 1970, с.314
8. Охрименко М.Ф., Кузьмина Л.М., Спивак Л.А. Эффективность применения сложных выскоконцентрированных удобрений с литием на культуре картофеля. 9 Всесоюзная конференция по применению микроэлементов в биологии. Киев, Штиинца, 1981, с.155
9. Ездакова Л.А. Литий в растениях. Ботанический журнал, 1964, т.49 вып.12 с.1798
10. Паламарчук И.А., Веселова Т.Д. Учебное пособие по ботанической гистохимии. Изд.Москв.университета, 1965
11. Методические рекомендации в помощь руководителям секций филиалов научного общества учащихся и школьных предметных кружков. Челябинск, 1987

вернуться к списку работ секции