Развитие зародыша семян укропа после воздействия кратковременного температурного стресса

Изложены новые данные о процессах роста зародыша семян укропа, сформированных на первом и втором порядках ветвления после воздействия на них кратковременного теплового стресса (40 °С). Использованы морфометрический метод и анализ роста зародыша семян укропа в динамике. Исследования проводили в 2015-2017 гг. во Всероссийском научно-исследовательском институте овощеводства – филиале ФГБНУ ФНЦО. Объектом исследований служили семена укропа (Anethum graveolens L.) сорта Кентавр с первого и второго порядков ветвления. Проращивание семян проводили в термостате. Набухающие семена подвергали воздействию температуры 40°С в соответствии со схемой опыта: 0 (контроль); 1; 2; 3; 4 и 5 суток. После инкубации семена переносили в стандартные условия (температура 20 °С) и проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге без доступа света в течение 21 суток. Размер зародыша измеряли с использованием программного обеспечения для анализа изображений. Определяли критическую длину зародыша и степень его недоразвития, рассчитывали отношение длины зародыша к длине эндосперма (I_з/э). Для построения кривой роста зародыша использовали лог-логистическую регрессию с четырьмя параметрами: b, с, d, e. Взаимосвязь между параметрами оценивали с использованием корреляционного анализа Пирсона. Различия считали статистически значимыми при P ≤ 0,05. Выявлена продолжительность действия температуры, которая оказывает ингибирующее действие на рост зародыша, скорость прорастания, количество проросших семян. Установлено, что зародыши семян, полученных с разных порядков ветвления, имеют разные размеры и обладают разной интенсивностью роста в стрессовых и стандартных условиях. Показано, что эффект краткого температурного (40 °С) воздействия на рост зародыша зависит от порядка ветвления и что зародыши семян второго порядка ветвления более чувствительны к действию высокой температуры. Выявлено, что морфометрические параметры зародыша играют ключевую роль в способности семян укропа противостоять действию температурного стрессора в процессе прорастания.

1. Maraghni M., Gorai M., Neffati M. Seed germination at different temperatures and water stress levels, and seedling emergence from different depths of Ziziphus lotus // South African Journal of Botany. – 2010. – Vol. 76. – P. 453–459. – doi.org/10.1016/j.sajb.2010.02.092.

2. Wen B. Effects of high temperature and water stress on seed germination of the invasive species Mexican sunflower // PLoS One. – 2015. – Vol. 10. – e0141567. – doi.org/10.1371/journal.pone.0141567.

3. Effect of temperature on seed germination in spinach (Spinacia oleracea) / J. Chitwood, A. Shi, M. Evans [et al.] // Hort Science. – 2016. – Vol. 51. – P. 1475–1478. – doi.org/10.21273/hortsci11414-16.

4. Nascimento W.M., Huber D.J., Cantliffe D.J. Carrot seed germination and respiration at high temperature in response to seed maturity and priming // Seed Science and Technology. – 2013. – Vol. 41. – P. 164–169. – doi.org/10.15258/sst.2013.41.1.19.

5. Role of plant heat-shock proteins and molecular shaperones in the abiotic stress response / W. Wang, B. Vinocur, O. Shoseyov, A. Altman // Trends in Plant Science. – 2004. – Vol. 9. – P. 244–252. – doi.org/10.1016/j.tplants.2004.03.006.

6. Tariq M., Waseem S., Bilal H.A. An overview on the small heat shock proteins // African Journal of Biotechnology. – 2010. – Vol. 9. – P. 927-949. – doi.org/10.5897/ajb09.006.

7. Балеев Д.Н., Бухаров А.Ф. Специфика прорастания семян овощных зонтичных культур при различных температурных режимах // Овощи России. – 2012. – № 3 (16). – С. 38–46.

8. Балеев Д.Н., Бухаров А.Ф. Долговечность семян овощных зонтичных культур и физиология их прорастания // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2013. – № 11 (109). – С. 22–25.

9. Балеев Д.Н., Бухаров А.Ф., Бухарова А.Р. Анализ параметров качества семян укропа разной степени зрелости // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. – 2012. – № 2. – С. 5–7.

10. Gray D., Steckel J.R.A. Parsnip (Pastinaca sativa) seed production: effects of seed crop plant density, seed position on the mother plant, harvest date and method, and seed grading on embryo and seed size and seedling performance // Annals of Applied Biology. – 1985. – Vol. 107. – P. 559–570. – doi.org/10.1111/j.17441748.1985.tb03172.x.

11. Bianco V.V., Damato G., Defilippis R. Umbel position on the mother plant: “seed” yield and quality of seven cultivars of Florence fennel // Acta Horticulturae. – 1994. – Vol. 362. – P. 51–58. – doi.org/10.17660/actahortic.1994.362.5.

12. Szafiroska A.I. The correlation between mother plant architecture, seed quality and field emergence of carrot // Acta Horticulturae. – 1994. – Vol. 354. – P. 93–98. – doi.org/10.17660/actahortic.1994.354.10.

13. Effects of production factors on germination responses of carrot seeds to temperature and oxygen / F. Corbineau, M.A. Picard, A. Bonnet, D. Côme // Seed Science Research. – 1995. – Vol. 5. – P. 129–135. – doi.org/10.1017/s0960258500002749.

14. Panayotov N. Heterogeneity of carrot seeds depending on their position on the mother plant // Folia Horticulturae. – 2010. – Vol. 22. – P. 25–30. – doi.org/10.2478/fhort-2013-0147.

15. Vandelook F., Bolle N., Van Assche J.A. Morphological and physiological dormancy in seeds of Aegopodium podagraria (Apiaceae) broken successively during cold stratification // Seed Science Research. – 2009. – Vol. 19. – P. 115–123. – doi.org/10.1017/s0960258509301075.

16. Scholten M., Donahue J., Shaw N.L., Serpe M.D. Environmental regulation of dormancy loss in seeds of Lomatium dissectum (Apiaceae) // Annals of Botany. – 2009. – Vol. 103. – P. 1091– 1101. – doi.org/10.1093/aob/mcp038.

17. Holubowicz R., Morozowska M. Effect of umbel position on dill (Anethum graveolens L.) plants growing in field stands on selected seed stalk features // Folia Horticulturae. – 2011. – Vol. 23. – P. 157–163. – doi.org/10.2478/v10245-011-0024-3.

18. Бухаров А.Ф., Балеев Д.Н., Иванова М.И. Морфометрия разнокачественности семян овощных зонтичных культур в процессе формирования и прорастания // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2014. – № 7 (117). – С. 26–32.

19. Бухаров А.Ф., Балеев Д.Н., Бухарова А.Р. Кинетика прорастания семян. Система методов и параметров: учеб.-метод. пособие. – М.: Изд-во РГАЗУ, 2016. – 64 с.

20. Martin A.C. The comparative internal morphology of seeds // American Midland Naturalist. – 1946. – Vol. 36. – P. 513–660. – doi.org/10.2307/2421457.

21. – Stokes P. A physiological study of embryo development in Heracleum sphondylium L. I. The effect of temperature on embryo development // Annals of Botany. – 1952. – Vol. 16. – P. 441–447. doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a083326.

22. Necajeva J., Ievinsh G. Seed dormancy and germination of an endangered coastal plant Eryngium maritimum (Apiaceae) // Estonian Journal of Ecology. – 2013. – Vol. 62. – P. 150–161. – doi.org/10.3176/eco.2013.2.06.

23. Грушвицкий И.В. Роль недоразвития зародыша в эволюции цветковых растений // Комаровские чтения. XIV. – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1961. – 46 с.

24. Hawkins T.S., Baskin C.C., Baskin J.M. Morphophysiological dormancy in seeds of three eastern North American sanicula species (Apiaceae subf. Saniculoideae): evolutionary implications for dormancy break // Plant Species Biology. – 2010. – Vol. 25. – P. 103–113. – doi.org/10.1111/ j.1442-1984.2010.00273.x.

25. Балеев Д.Н., Бухаров А.Ф. Биология формирования и прорастания семян укропа // Овощи России. – 2012. – № 1 (14). – С. 54–59.

26. Pereira R.S., Nascimento W.M., Vieira J.V. Carrot seed germination and vigor in response to temperature and umbel orders // Scientia Agricola. – 2008. – Vol. 65. – P. 145–150. – doi.org/10.1590/s0103-90162008000200006.

27. – The heat-shock response: regulation and function of heat-shock proteins and molecular chaperones / R.I. Morimoto, M.P. Kline, D.N. Bimston, J.J. Cotto // Essays Biochem. – 1997. – Vol. 32. P. 17–29. – ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9493008

28. Бухаров А.Ф., Балеев Д.Н. Температурный стресс и термопокой семян овощных зонтичных культур. Ч. I. Особенности индукции, проявления и преодоления // Овощи России. – 2013. № 2 (19). С. 36-41.

29. Балеев Д.Н., Бухаров А.Ф. Аллелопатия овощных зонтичных (Umberliferae): торможение прорастания и индукция состояния покоя семян. Saarbrucken, Germany, 2012.

30. Бухаров А.Ф., Балеев Д.Н. Аллелопатическая активность у семян овощных сельдерейных культур // Сельскохозяйственная биология. – 2014. – Т. 49, № 1. – С. 86–90.

31. Батыгина Т.Б. Семязачаток и семя с позиции надежности биологических систем // Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. – СПб.: Мир и семья, 1994. – Т. 1. – С. 263–266.