RU2663284C1 - Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения - Google Patents

Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения Download PDF

Info

Publication number
RU2663284C1
RU2663284C1 RU2017126391A RU2017126391A RU2663284C1 RU 2663284 C1 RU2663284 C1 RU 2663284C1 RU 2017126391 A RU2017126391 A RU 2017126391A RU 2017126391 A RU2017126391 A RU 2017126391A RU 2663284 C1 RU2663284 C1 RU 2663284C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metabolites
concentration
seeds
control
experimental
Prior art date
Application number
RU2017126391A
Other languages
English (en)
Inventor
Степан Николаевич Андреев
Николай Николаевич Мельник
Валерий Васильевич Савранский
Людмила Магомедовна Апашева
Антон Валерьевич Лобанов
Наталья Анатольевна Рубцова
Елена Николаевна Овчаренко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ИХФ РАН)
Priority to RU2017126391A priority Critical patent/RU2663284C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2663284C1 publication Critical patent/RU2663284C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам тестирования эффективности регуляторов роста растений с помощью оптических характеристик, поскольку количество метаболитов, образующихся в процессе прорастания семян, характеризует степень их прорастания. Для этого водные растворы культивирования опытных и контрольных семян облучают излучением линии 514,53 нм аргонового лазера и регистрируют спектры комбинационного рассеяния света (КРС), состоящие из неизменяющегося спектра КРС воды и фотолюминесценции (ФЛ) метаболитов, зависящего от концентрации метаболитов в водном растворе культивирования. Площадь под кривой спектра ФЛ пропорциональна концентрации вещества в растворе, что позволяет определять увеличение или уменьшение концентрации метаболитов в опытном растворе по сравнению с контролем. Изобретение обеспечивает быстрый и экономичный первичный скрининг выбора стимуляторов роста растений. 1 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к способам исследования материалов путем определения их химических или физических свойств, а именно к способам тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения с помощью оптических средств.
Испытание новых регуляторов роста растений или физических факторов рострегулирующего воздействия обычно проводят при помощи морфологических тестов на различных стадиях развития растений, что является длительным и трудоемким процессом (Методические рекомендации по проведению лабораторных испытаний синтетических регуляторов роста растений. Под ред. А.А. Шаповалова. Черкассы: филиал НИИТЭХим, 1990. 35 с.; Методические рекомендации по проведению лабораторного скрининга синтетических регуляторов роста растений. Под ред. С.С. Кукаленко и А.А. Шаповалова. Черкассы: филиал НИИТЭХим, 1985. 29 с).
Тестирование эффективности стимулирования роста растений при помощи спектральных методов позволит существенно сократить временные и трудозатраты.
Известен способ тестирования активности регуляторов роста растений с использованием спектрофотометрического метода (Апашева Л.М., Мурза Л.И., Комиссаров Г.Г. Ранние стадии взаимодействия регуляторов роста и семени. // Тезисы II-го съезда Всесоюзного общества физиологов растений, Москва, 1992, с. 51 - прототип). Семена однодольных и двудольныхрастений, разделенные на контрольные и опытные, выдерживали в течение суток - опытные в растворе регулятора роста анфена (калиевая или натриевая соль 4-гидрокси-3,5-дитрет.бутил-бензиламиномалоновой кислоты - Буджиашвили Д.М., Апашева Л.М. Использование антиоксидантов для повышения ценных биолого-хозяйственных показателей сельскохозяйственных культур. // Тезисы 3-й Всесоюзной конференции «Биоантиоксидант», Москва, 1989, том I, с. 183), контрольные в дистиллированной воде, после чего семена промывали водой и культивировали в свежей дистиллированной воде в течение суток. Отбирали пробы полученных растворов (опытных и контрольных) и регистрировали спектры поглощения в УФ области в диапазоне 250-370 нм. При увлажнении семян происходит их пробуждение, что сопровождается началом синтеза метаболитов и выходом их в водную среду культивирования. Измерение оптической плотности растворов опытной и контрольной групп семян показало увеличение концентрации метаболитов в растворах опытной группы семян.
Недостатком способа-прототипа является недостаточная чувствительность.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка быстрого и высокочувствительного способа тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения при помощи метода спектроскопии комбинационного рассеяния света.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения путем измерения оптических характеристик водных растворов культивирования опытных и контрольных семян, содержащих метаболиты, образующиеся в процессе прорастания семян, в котором в качестве оптических характеристик используют спектры комбинационного рассеяния света (КРС) и фотолюминесценции (ФЛ), для чего водные растворы культивирования опытных и контрольных семян облучают излучением аргонового лазера при длине волны 514,53 нм и регистрируют спектры КРС, состоящие из неизменяющегося спектра КРС воды и спектра ФЛ метаболитов, зависящего от концентрации метаболитов в водном растворе культивирования, при этом площадь под кривой спектра ФЛ пропорциональна концентрации вещества в растворе, что позволяет количественно определять увеличение или уменьшение концентрации метаболитов в растворах опытной группы по сравнению с контролем.
Метод спектроскопии КРС относится к высокоизбирательным и чувствительным аналитическим методам.
Спектры КРС регистрировались на спектрометре U1000. Для возбуждения спектров КРС использовалась линия 514,53 нм излучения аргонового лазера. Наблюдаемые спектры КРС состоят из спектра КРС молекул воды и спектра ФЛ веществ (метаболитов), которые переходят в воду из семян при их прорастании. Линии КРС чистой воды (1640 см-1 и 2800-3800 см-1) не изменяются со временем, и по интенсивности последней производилась нормировка регистрируемых спектров, на которых ФЛ метаболитов проявляется широкой полосой от 300 см-1 до 4000 см-1. Количество метаболитов характеризует степень пробуждения (прорастания) семян. Анализ спектров ФЛ по интегральной интенсивности -площади под кривыми спектров контрольных и опытных растворов культивирования семян -позволяет количественно определять увеличение или уменьшение концентрации метаболитов в растворах опытной группы семян по сравнению с контролем. Площадь под кривой спектра ФЛ пропорциональна концентрации вещества в растворе, то есть количеству метаболитов, вышедших в раствор культивирования.
Следует отметить высокую наглядность и чувствительность регистрируемых спектров (см. рис. 1 и рис. 2) - разница в наблюдаемой интенсивности ФЛ опытных и контрольных водных растворов позволяет проводить первичный скрининг кандидатных соединений и новых способов стимулирования роста растений в экспресс-режиме с минимальным количеством семян - достаточно буквально одного семени растения.
Приводим примеры осуществления предлагаемого способа. В качестве рострегулирующего воздействия на растения использовали облучение электромагнитным излучением крайневысокой частоты (КВЧ) и обработку широко известным регулятором роста растений - пероксидом водорода (см., например, Апашева Л.М., Комиссаров Г.Г. Влияние пероксида водорода на развитие растений. Изв. РАН, сер. биол. 1996, №5, с. 621-623; Корзинников Ю.С.Экологически безопасные средства защиты растений. Вестник РАСХН. 1997, №2, с. 44-47; пат. США 1927988, 26.09.33, пат. США 1962996, 12.06.34; RU 2514444, A01G 1/00, A01N 59/00, 27.04.2014; Осипова З.А. С ума сойти, какие огурцы! Моя прекрасная дача, Санкт-Петербург.2017, №2, с. 30-32).
Способ стимулирования роста растений воздействием электромагнитного поля КВЧ при мощности потока излучения 0,1-5,0 мВт/см2 и экспозиции обработки 3-5 мин не был известен до настоящего времени и является предметом отдельной заявки, поданной одновременно с данной. При разработке заявляемого способа тестирования при помощи метода спектроскопии КРС были проведены исследования влияния мощности потока излучения КВЧ от 0,1 мВт/см2 до 7 мВт/см2 на эффективность воздействия. В таблице приведены данные анализа спектров ФЛ по интегральной интенсивности (площади под кривыми спектров), полученные при различной мощности потока КВЧ излучения. Площадь под кривой спектра ФЛ контрольного раствора культивирования семян принималась за 100%.
Figure 00000001
Как видно из полученных данных, стимуляция развития зародыша семени, сопровождаемая выходом метаболитов в среду культивирования, наблюдается уже при мощности потока излучения 0,1 мВт/см2, экспозиция 5 мин. При увеличении мощности излучения до 5 мВт/см2 (экспозиция 5 мин) эффект ростстимулирующего воздействия сохраняется, при дальнейшем увеличении мощности постепенно снижается, и при мощности потока излучения 7 мВт/см2 и выше (экспозиция 5 мин) наблюдается ингибирование процесса прорастания семян.
Оптимальные концентрации перекиси водорода для стимуляции развития растений лежат в диапазоне 1⋅10-5-1⋅10-3 М, концентрации 1⋅10-2 Ми выше приводят к торможению роста (RU 2423813, RU 2445759, RU 2514444, RU 2578531, RU 2584417).
Пример 1.
Семена огурца (сорт Конкурент) замачивали в дистиллированной воде в течение 3 часов при объемном соотношении семена : вода = 1:1. Затем от них отделяли контрольные семена, которые не подвергали обработке КВЧ излучением, а опытные обрабатывали полем КВЧ при мощности потока излучения 0,1 мВт/см2 и 7 мВт/см2 в течение 5 минут. Далее опытные и контрольные семена перекладывали для прорастания в свежую дистиллированную воду при объемном соотношении семена: вода=1:2 и через 3 часа регистрировали спектры КРС контрольных и опытных образцов водной среды культивирования семян. На рис. 1 приведены полученные спектры КРС: К - контроль, водная среда культивирования необлученных семян; 1 - водная среда культивирования семян, облученных при мощности потока КВЧ облучения 0,1 мВт/см2, экспозиция 5 мин (режим стимуляции прорастания); 2 - водная среда культивирования семян, облученных при мощности 7 мВт/см2, экспозиция 5 мин (режим торможения прорастания). Как видно из наблюдаемых спектров, спустя 3 часа после культивирования семян в воде видны существенные отличия спектров ФЛ опытных и контрольных растворов: количество метаболитов в среде культивирования облученных семян по варианту стимуляции значительно превосходит данные для контрольного раствора; выход метаболитов в опытном растворе с семенами, облученными по варианту торможения, наблюдается, но их количество меньше, чем в контроле.
Пример 2.
Семена огурца (сорт Конкурент) замачивали в течение 3 часов: контрольные в воде, опытные в растворе пероксида водорода при концентрации 1⋅10-3 М (3,4⋅10-2 г/л) (стимуляция прорастания) и при концентрации 5⋅10-2 М (1,7 г/л) (торможение прорастания) при объемном соотношении семена : вода = 1:1. Затем контрольные и опытные семена промывали водой, помещали для прорастания в свежую дистиллированную воду при объемном соотношении семена : вода = 1:2 и через 3 часа регистрировали спектры КРС контрольных и опытных образцов водной среды культивирования семян. На рис. 2 приведены полученные исходные и увеличенные в 10 раз спектры КРС: К - контроль; 1 - водная среда культивирования семян, обработанных пероксидом водорода при концентрации 1⋅10-3 М (3,4⋅10-2 г/л) (стимуляция прорастания); 2 - водная среда культивирования семян, обработанных пероксидом водорода при концентрации 5⋅10-2 М (1,7 г/л) (торможение прорастания). Как видно из рис. 2, спустя 3 часа после культивирования семян в воде видны существенные отличия спектров ФЛ опытных и контрольных растворов: кривые 1 и 2 заметно отличаются от контрольной кривой К.
Таким образом, из приведенных примеров видно, что тестирование эффективности рострегулирующего воздействия на растения при помощи метода спектроскопии КРС можно проводить уже в первые часы после обработки семян. Существенная разница в наблюдаемой интенсивности ФЛ опытных и контрольных водных растворов свидетельствует о высокой чувствительности предлагаемого способа.

Claims (1)

  1. Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения путем измерения оптических характеристик водных растворов культивирования опытных и контрольных семян, содержащих метаболиты, образующиеся в процессе прорастания семян, отличающийся тем, что в качестве оптических характеристик используют спектры комбинационного рассеяния света (КРС) и фотолюминесценции (ФЛ), для чего водные растворы культивирования опытных и контрольных семян облучают излучением аргонового лазера при длине волны 514,53 нм и регистрируют спектры КРС, состоящие из неизменяющегося спектра КРС воды и спектра ФЛ метаболитов, зависящего от концентрации метаболитов в водном растворе культивирования, при этом площадь под кривой спектра ФЛ пропорциональна концентрации вещества в растворе, что позволяет количественно определять увеличение или уменьшение концентрации метаболитов в растворах опытной группы по сравнению с контролем.
RU2017126391A 2017-07-24 2017-07-24 Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения RU2663284C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017126391A RU2663284C1 (ru) 2017-07-24 2017-07-24 Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017126391A RU2663284C1 (ru) 2017-07-24 2017-07-24 Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2663284C1 true RU2663284C1 (ru) 2018-08-03

Family

ID=63142684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017126391A RU2663284C1 (ru) 2017-07-24 2017-07-24 Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2663284C1 (ru)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2009122236A (ru) * 2009-06-10 2010-12-20 Александр Сергеевич Демидов (RU) Способ оценки стимулирующих свойств у физиологически активных веществ (фав)
EA201200777A1 (ru) * 2009-11-27 2012-12-28 Зингента Партисипейшнс Аг Регуляция роста растений

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2009122236A (ru) * 2009-06-10 2010-12-20 Александр Сергеевич Демидов (RU) Способ оценки стимулирующих свойств у физиологически активных веществ (фав)
EA201200777A1 (ru) * 2009-11-27 2012-12-28 Зингента Партисипейшнс Аг Регуляция роста растений

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНТИПОВ В.И., Эффективность регуляторов роста и микроудобрений на продуктивность и качество сырья лекарственных растений в Среднем Поволжье, авт. кбн, Самара, 2009, стр. 1-10, найдено 15.03.2018 в Интернете [on-line] на сайте http://earthpapers.net/effektivnost-regulyatorov-rosta-i-mikroudobreniy-na-produktivnost-i-kachestvo-syrya-lekarstvennyh-rasteniy-v-srednem-povo#ixzz59oP6qgR1. *
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ И РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА РАСТЕНИЙ, Куб ГАУ, Краснодар, 2010, стр. 19-22, найдено 15.03.2018 в Интернете [on-line] на сайте http://www.darostim-conference.info/2010/2010%20ru/Word%20Formulare/Radostim_2010_Talk_Catalogue.pdf. *
ЖИГАЧЕВА И.В., Роль адаптогенов в регуляции биоэнергетических функций митохондрий в условиях стресса, Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии, 2013, стр. 1-6, найдено 15.03.2018 в Интернете [on-line] на сайте http://naukarus.com/rol-adaptogenov-v-regulyatsii-bioenergeticheskih-funktsiy-mitohondriy-v-usloviyah-stressa. *
ЖИГАЧЕВА И.В., Роль адаптогенов в регуляции биоэнергетических функций митохондрий в условиях стресса, Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии, 2013, стр. 1-6, найдено 15.03.2018 в Интернете [on-line] на сайте http://naukarus.com/rol-adaptogenov-v-regulyatsii-bioenergeticheskih-funktsiy-mitohondriy-v-usloviyah-stressa. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ И РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА РАСТЕНИЙ, Куб ГАУ, Краснодар, 2010, стр. 19-22, найдено 15.03.2018 в Интернете [on-line] на сайте http://www.darostim-conference.info/2010/2010%20ru/Word%20Formulare/Radostim_2010_Talk_Catalogue.pdf. АНТИПОВ В.И., Эффективность регуляторов роста и микроудобрений на продуктивность и качество сырья лекарственных растений в Среднем Поволжье, авт. кбн, Самара, 2009, стр. 1-10, найдено 15.03.2018 в Интернете [on-line] на сайте http://earthpapers.net/effektivnost-regulyatorov-rosta-i-mikroudobreniy-na-produktivnost-i-kachestvo-syrya-lekarstvennyh-rasteniy-v-srednem-povo#ixzz59oP6qgR1. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Conklin et al. Fluorescence lifetime imaging of endogenous fluorophores in histopathology sections reveals differences between normal and tumor epithelium in carcinoma in situ of the breast
Sweeney et al. Action spectra for two effects of light on luminescence in Gonyaulax polyedra
CN111103272B (zh) 细胞特异性光敏效应的实时筛查与测量***及方法
Racuciu et al. Inhibitory effects of low thermal radiofrequency radiation on physiological parameters of Zea mays seedlings growth
Racuciu et al. Biochemical changes induced by low frequency magnetic field exposure of vegetal organisms
Barletta et al. The direct measurement of intracellular pigments in phytoplankton using resonance Raman spectroscopy
RU2663284C1 (ru) Способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия на растения
Ursache et al. The effects of high frequency electromagnetic waves on the vegetal organisms
Naumova et al. Methods of studying ultraweak photon emission from biological objects: I. History, types and properties, fundamental and application significance
RU2364077C2 (ru) Оптический способ оценки устойчивости растений к фотоингибированию и фотодеструкции
Sun et al. Photosynthetic activity of Prorocentrum donghaiense Lu acclimated to phosphorus limitation and its photosynthetic responses to nutrient depletion
Kuleshova et al. Interrelation of absorption spectra of plant pigments and LED lighting with different spectral compositions
Ghetti et al. Environmental UV Radiation: Impact on Ecosystems and Human Health and Predictive Models: Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Environmental UV Radiation: Impact on Ecosystems and Human Health and Predictive Models Pisa, Italy June 2001
RU2592574C2 (ru) Оптический способ оценки функционального состояния растений
RU2657476C1 (ru) Способ стимулирования роста растений на ранних стадиях развития воздействием электромагнитного поля крайневысокой частоты
RU2688464C1 (ru) Способ неразрушающей диагностики функционального состояния растений ex vitro и in vitro
RU2790449C1 (ru) Способ повышения всхожести семян и стрессоустойчивости сеянцев хвойных пород
Kalmatskaya et al. Luminescent and physiological indices of triticale plants under treatment of seeds with growth regulators
RU2542524C1 (ru) Способ лесоводственного ухода за запасом насаждения
RU2604302C2 (ru) Способ оценки функционального состояния растений in vitro без нарушения стерильности
RU2569241C2 (ru) Оптический способ оценки устойчивости фотосинтезирующих тканей растений к фотоингибированию и устройство для его осуществления
RU2651284C1 (ru) Способ оценки адаптивного потенциала зерновых культур при стрессовом воздействии
Kovtun et al. Tolerance of potato plants to chloride salinity is regulated by selective light
RU2652185C2 (ru) Способ предпосевной обработки семян
RU2653016C2 (ru) Способ определения морозостойкости винограда