Способы обработки, позволяющие нарушить органическую стабильность семян Ceratoniasiliqua L. в лаборатории

Полный текст

Введение

Рожковое дерево или цератония (Ceratonia siliqua L.) относится к семейству Fabaceae (бобовые) [1], оно широко культивируется в районах Средиземноморья, одним из них является Сирия [2]. Цератония характеризуется высоким экологическим значением (обладает высокой степенью адаптации, выносит относительно суровые условия обитания и характеризуется устойчивостью к вредителям и болезням, приспособляемостью к засухе, бедным и каменистым почвам), ее выращивание приносит экономическую выгоду (на национальном и региональном уровнях — в  качестве стабильного источника дохода местного населения за счет получения продукции из плодов и семян) [3—5]. Семена бобов цератонии используются как промышленное сырье для производства ценного полисахарида, являющегося пищевой добавкой —  камедь рожкового дерева (Е-410), представляющей собой порошок измельченного эндосперма семени [6, 7]. Камедь Е 410 используют для производства фармацевтических продуктов [8—10]. Цератония более огнестойка, чем хвойные, из-за отсутствия эфирного масла. Это качество объясняет, почему многие страны в засушливых регионах мира занимаются выращиванием цератонии [11]. В Сирии рожковое дерево не является чисто лесной агломерацией, так как оно встречается в остатках средиземноморских термальных лесов с оливковыми деревьями и др. [12—15]. Семена рожкового дерева необходимо обработать перед посадкой, чтобы нарушить механический покой, так как у них твердый слой кожуры, который препятствует поступлению воды или воздуха. Таким образом, мы можем сделать вывод, что органический покой семян цератонии связан с их водонепроницаемостью. Твердосемянность является видовой особенностью Ceratonia silique. Обычно покой семян из-за твердого слоя кожуры встречается у климатически адаптированных видов растений, произрастающих в сухих и влажных регионах [16, 17].

Цель исследования — и зучить способы предпосевной обработки покоящихся семян рожкового дерева и определить наиболее эффективный. Предпосевная подготовка семян рожкового дерева, главным образом, решает задачу повышения полевой всхожести семян.

Материалы и методы исследования

Материалы: десять зрелых стручков рожкового дерева, собранных в районе Алеппо в Сирии с разных экземпляров растений. Пять деревьев были выбраны случайным образом в течение 2019 г., идентификация проведена в дендрологической лаборатории на аграрном факультете Университета Алеппо в Сирии, оставшиеся пять —  в аграрно-технологическом институте Российского университета дружбы народов (Москва). В этом исследовании стручки сушили в тени и хранили в бумажных мешках до использования, стручки разбивали на отдельные сегменты, а семена изолировали.

Контроль патогенов: техника асептики —  это важный способ уменьшения заражения патогенными грибами, плесенью и бактериями, уничтожающий их либо убивающий и сводящий их присутствие к минимуму. Семена замачивали в 70 % этаноле в течение 1 мин, затем тщательно промывали 4—5 раз в стерилизованной дистиллированной воде с целью сведения к минимуму развития микроорганизмов на ранних стадиях прорастания.

Тест на жизнеспособность семян: семена были помещены в химический стакан, затем замачивались в воде; всплывающие семена выбраковали.

Мы применили четыре различные предпосевные обработки и проверили их эффективность для стимуляции прорастания семян рожкового дерева.

В лаборатории во всех опытах анализировали по 100 семян в каждом опыте. Постоянную температуру (25 °C) тестировали на прорастание в стеклянных чашках Петри с двумя фильтровальными бумагами для предотвращения пересыхания (предварительно наполненных на 4,5 мл дистиллированной водой). По мере необходимости фильтровальную бумагу смачивали дистиллированной водой, после чего подсчитывали число проросших семян.

Наше исследование проводилось в следующих вариантах:

1. Контроль (необработанные семена): семенам давали прорасти без какой-либо обработки.
2. Замачивание в горячей воде (70 °C) на 10 мин: семена погружали в горячую дистиллированную воду (3 объема воды на каждый объем семян), а затем оставляли для охлаждения при комнатной температуре (примерно 25 °С) в течение 10 мин.
3. Замачивание в горячей воде (70 °C) в течение 10 мин + замачивание в дистиллированной воде на 24 ч: семена погружали в горячую дистиллированную воду (3 объема воды на каждый объем семян), а затем оставляли для охлаждения при комнатной температуре (примерно 25 °С) в течение 24 ч.
4. Скарификация концентрированной серной кислотой H₂SO₄: 96 % H₂SO₄ использовалась для замачивания семян в течение 30 мин (3 объема кислоты на каждый объем семян), затем семена промывали проточной водой в течение 1 ч с целью удаления всех следов кислоты перед проверкой на всхожесть.
5. Скарификация концентрированной серной кислотой H₂SO₄ и замачивание в дистиллированной воде на 24 ч: 96 % H₂SO₄ использовалась для замачивания семян в течение 30 мин (3 объема кислоты на каждый объем семян), затем семена промывали проточной водой с целью удаления всех следов кислоты перед проверкой на всхожесть, после чего семена замачивали в дистиллированной воде на 24 ч.

Измерения: всхожесть семян, или доля проросших семян (%) и среднее время прорастания (в днях) регистрировали для всех обработок. Всхожесть рассчитывали по следующей формуле [11]: всхожесть = количество проросших семян / общее количество семян ×100.

Результаты исследования и обсуждение

При обработке для нарушения фазы органического покоя инертных семян цератонии самая высокая скорость прорастания семян рожкового дерева наблюдалась после скарификации концентрированной серной кислотой H₂SO₄ и замачивания в дистиллированной воде на 24 ч. Результаты обработок всеми способами приведены в таблице и на рис. 1—4.

Влияние вида обработок на показатели всхожести семян

Тип обработки	Всхожесть,%	День начала прорастания	Последний день прорастания	Период прорастания всех семян в пробе, дни
Контроль (необработанные семена)	5	10	56	46
Замачивание в горячей воде (70 °C) на 10 мин	84	7	16	9
Замачивание в горячей воде (70 °C) на 10 мин и замачивание в дистиллированной воде на 24 ч	89	6	11	5
Скарификация концентрированной серной кислотой H2SO4  в течение 30 мин	91	4	8	4
Скарификация концентрированной серной кислотой H2SO4 в течение 30 мин и замачивание в дистиллированной воде на 24 ч	98	3	7	4

Influence of treatments on seed germination

Treatment	Seed germination,%	First germination day	Last germination day	Germination period for all seeds, days
Control (untreated seeds)	5	10	56	46
Soaking in hot water (70 °C) for 10 minutes	84	7	16	9
Soaking in hot water (70 °C) for 10 minutes + soaking in distilled  water for 24 hours	89	6	11	5
Scarification with concentrated sulfuric acid H2SO4 for 30 minutes	91	4	8	4
Scarification with concentrated sulfuric acid H2SO4 for 30 minutes + soaking  in distilled water for 24 hours	98	3	7	4

Рис. 1. Обработка семян замачиванием в горячей дистиллированной воде (70 °C) в течение 10 мин: а —  сразу после обработки; б — д евятый день после обработки
Fig. 1. Soaking seeds in hot distilled water (70 °C) for 10 minutes:  а —  immediately after treatment; б —  nine days after treatment

Рис. 2. Обработка семян замачиванием в горячей дистиллированной воде (70 °C)  в течение 10 мин, а затем замачивание в дистиллированной воде в течение 24 ч:  а —  сразу после обработки; б —  девятый день после обработки
Fig. 2. Soaking seeds in hot distilled water (70 °C) for 10 minutes + soaking in distilled water for 24  hours: а —  immediately after treatment; б —  nine days after treatment

Рис. 3. Обработка семян H₂SO₄: а —  сразу после обработки; б —  девятый день после обработки
Fig. 3. Scarification seeds with H₂SO₄ for 30 minutes: а —  immediately after treatment; б —  nine days after treatment

Рис. 4. Обработка семян H₂SO₄ и замачивание в дистиллированной воде в течение 24 ч:  а —  сразу после обработки; б —  девятый день после обработки
Fig. 4. Scarification seeds with H₂SO₄ for 30 minutes + soaking in distilled water for 24 hours:  а —  immediately after treatment; б —  nine days after treatment

Полученные данные свидетельствуют о том, что, как при обработке семян горячей водой (70 °C), так и при скарификации серной кислотой, последующее замачивание в дистиллированной воле сокращает и сроки начала прорастания семян, и период их прорастания.

По результатам сравнения методик были сделаны выводы, что скорость прорастания семян рожкового дерева и их всхожесть лучше после обработки серной кислотой с последующим замачиванием в дистиллированной воде на 24 ч ввиду того, что, как правило, покой семян встречается у климатически адаптированных видов растений и обусловлен твердым слоем кожуры, который препятствует поступлению воды или воздуха.

Заключение

Предложенный нами способ скарификации семян путем обработки их концентрированной серной кислотой с последующим 24-часовым замачиванием в дистиллированной поде позволяет значительно повысить выход всхожего семенного материала для последующей закладки питомников.

Кроме того, предложенная методика существенно сокращает время прорастания семян по сравнению с традиционно используемыми методами скарификации, что также ускоряет период высадки новых растений в питомники.

Об авторах

Фатима Дукси

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: f.duksi@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7353-7816

аспирант Аграрно-технологического института

Российская Федерация, г. Москва, ул. Миклухо-маклая, д. 6

Список литературы

Дополнительные файлы