Straipsnis Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio („Pisum sativum“ L.) biometriniams ir biocheminiams rodikliams

  • Bibliografinis aprašas: Regina Malinauskaitė, „Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) biometriniams ir biocheminiams rodikliams“, @eitis (lt), 2016, t. 735, ISSN 2424-421X.
  • Ankstesnis leidimas: Regina Malinauskaitė, „Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) biometriniams ir biocheminiams rodikliams“, Žemės ūkio mokslai, 2016, t. 23, nr. 2, p. 56–64, ISSN 1392-0200.
  • Institucinė prieskyra: Aleksandro Stulginskio universitetas.
Santrauka: Tyrimų, atliktų Aleksandro Stulginskio universiteto Biologijos ir augalų biotechnologijos instituto laboratorijoje 2015 m., tikslas – įvertinti nuolatiniam laistymui naudoto rūgščiojo jonizuoto (pH 5,07) vandens poveikį sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) „Kiblukų“ veislės augalų biometriniams ir biocheminiams rodikliams II ir III ontogenezės etapais, kadangi nėra aptikta duomenų apie ilgalaikio rūgščiojo vandens poveikį augalams. Kontroliniai augalai buvo laistomi vandentiekio vandeniu (pH 7,3). Rūgštusis jonizuotas vanduo buvo gaminamas iš vandentiekio vandens 0,5 val. prieš laistymą jonizatoriumi PTV-AL. Po sudygimo praėjus 7 ir 14 (II ontogenezės etapas) bei 21 ir 28 (III ontogenezės etapas) dienoms buvo nustatyti biometriniai rodikliai: augalų aukštis, antžeminės dalies žalioji ir sausoji masės, o paskutiniu tyrimų laikotarpiu – ir šaknų sausoji masė. Biocheminiai rodikliai: chlorofilų a ir b bei karotenoidų kiekis nustatyti 14, 21 ir 28 dienomis.

Nustatyta, kad laistymui naudotas rūgštusis jonizuotas vanduo neturėjo esminės neigiamos įtakos augalų aukščiui, bet slopino žaliosios ir sausosios masės kaupimąsi antžeminėje dalyje. Esmingai mažiau, 1,28 karto, palyginti su kontroliniais augalais, žaliosios masės buvo sukaupta III ontogenezės etape, 21 dieną po sudygimo. III ontogenezės etape (21 ir 28 dienomis) antžeminėje dalyje, palyginti su kontroliniais augalais, buvo sukaupta 1,26 ir 1,09 karto mažiau sausosios masės, o šaknyse – 1,11 karto mažiau. Tačiau ŠAS (šaknų–antžeminės dalies santykis) buvo panašus: kontroliniuose augaluose 0,72, o tirtuose – 0,71. Rūgščiuoju jonizuotu vandeniu laistomuose sėjamojo žirnio lapuose buvo sukaupta esmingai mažiau chlorofilų a ir b bei pirmaisiais tyrimų laikotarpiais – karotenoidų. Chlorofilų a ir b (Ca/b) santykis kontroliniuose augaluose svyravo nuo 2,31 iki 2,71, o tirtuose – tyrimų pradžioje 2,77, vėliau sumažėjo iki 1,61 ir 1,97. Paskutiniu tyrimų laikotarpiu rūgščiuoju jonizuotu vandeniu laistomų augalų lapuose pigmentų sintezė suintensyvėjo, ypač karotenoidų. Jų kiekis buvo esmingai 0,22 mg g–1 didesnis nei kontroliniuose augaluose.

Tyrimai parodė, kad ilgalaikis nuolatinis sėjamojo žirnio augalų laistymas rūgščiuoju jonizuotu vandeniu II–III ontogenezės etapais pradžioje slopino biomasės ir fotosintezės pigmentų sintezę, vėliau augalų jautrumas sumažėjo ir kaip atsakas į ilgalaikį stresą prasidėjo regeneracijos procesai.

Pagrindiniai žodžiai: sėjamasis žirnis, rūgštusis jonizuotas vanduo, biometriniai ir biocheminiai rodikliai.
 

Įvadas

Augalus aplinkoje veikia daugybė stresorių. Išskirtos dvi streso formos: eustresas (teigiamai veikia augalų augimą) ir distresas (negatyviai veikia augalų augimą). Augalo atsakas į stresą yra sudėtingas procesas, nes paprastai veikia ne vienas, o stresorių kompleksas. Todėl streso poveikis augalui yra daugialypis Žr. Ron Mittler, Eduardo Blumwald, “Genetic Engineering for Modern Agriculture: Challenges and Perspectives,” 2010. . Aplinkoje stresas augalus gali veikti ilgesnį laiką, todėl jiems neužsigrūdinus (viena iš atsakomųjų į dirgiklį augalų reakcijų) gali įvykti ir negrįžtami procesai Žr. Hong-Bo Shao, Qing-Jie Guo, Li-Ye Chu, Xi-Ning Zhao, Zhong-Liang Su, Ya-Chen Hu, Jiang-Feng Chen, “Understanding Molecular Mechanism of Higher Plant Plasticity under Abiotic Stress,” 2007. . Literatūros šaltiniuose Žr. Cheruth Abdul Jaleel, Paramasivam Manivannan, Abdul Wahid, Muhammad Farooq, Ramamurthy Somsundaram, Rajaram Panneerselvam, “Drought Stress in Plants: A Review on Morphological Characteristics and Pigments Composition,” 2009; Ron Mittler, Eduardo Blumwald, “Genetic Engineering for Modern Agriculture: Challenges and Perspectives,” 2010. nurodoma, kad adaptacijos galimybės priklauso nuo augalo rūšies arba genotipo, veikiančių veiksnių poveikio intensyvumo, stiprumo ir veikimo trukmės.

Kaip teigia autoriai Žr. Kristian Rost Albert, Teis N. Mikkelsen, Anders Michelsen, Helge Ro-Poulsen, Leon van der Linden, “Interactive Effects of Drought, Elevated CO2 and Warming on Photosynthetic Capacity and Photosystem Performance in Temperate Heath Plants,” 2011. , augalai juos supančioje aplinkoje vienu metu yra veikiami įvairių aplinkos veiksnių. Todėl jų fiziologinė būsena ir atsakas į stresą gali būti įvertinti tik tada, kai augalai auginami sudėtinėmis streso sąlygomis.

 

Fiziologiniai rodikliai, kaip chlorofilo kiekis ir UV-B absorbuojančių dalelių lygis, yra informatyvūs vertinant augalų jautrumą Žr. Rima Juozaitytė, Asta Ramaškevičienė, Algirdas Sliesaravičius, Natalija Burbulis, Pavelas Duchovskis, Aušra Brazaitytė, Giedrė Samuolienė, „Sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fiziologinė ir biocheminė reakcija į ozono sukeltą stresą“, 2006. . Augimo procesas streso metu netenka būtinų metabolitinių produktų naujoms struktūroms formuotis, negauna vystymosi procesui reikalingos energijos Žr. Manuela M. Chaves, Jaume Flexas, Carla Pinheiro, “Photosynthesis under Drought and Salt Stress: Regulation Mechanisms from Whole Plant to Cell,” 2009. . Kiti autoriai Žr. Rima Juozaitytė, Asta Ramaškevičienė, Algirdas Sliesaravičius, Natalija Burbulis, Pavelas Duchovskis, Aušra Brazaitytė, Giedrė Samuolienė, „Sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fiziologinė ir biocheminė reakcija į ozono sukeltą stresą“, 2006. nurodo, kad ozono streso atveju žirnių lapuose padidėjo karotenoidų kiekis. Esant ilgesniam streso poveikiui, karotenoidų kiekis sumažėjo.

Vienas iš abiotinų stresorių yra vandens trūkumas, kuris riboja augalų augimą, slopina fotosintezę ir derlių Žr. Jaume Flexas, Josefina Bota, Josep Cifre, José Mariano Escalona, Jeroni Galmés, Javier Guli̇́as, El‐Kadri Lefi, Sara Florinda Marti̇́nez‐Cañellas, Mari̇́a Teresa Moreno, Miquel Ribas‐Carbó, Diego Riera, Bartolomé Sampol, Hipólito Medrano, “Understanding Down-regulation of Photosynthesis under Water Stress: Future Prospects and Searching for Physiological Tools for Irrigation Management,” 2004; Shardendu K. Singh, K. Raja Reddy, “Regulation of Photosynthesis, Fluorescence, Stomatal Conductance and Water-Use Efficiency of Cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) under Drought,” 2011. . Kiti autoriai Žr. Sandra Sakalauskienė, Kintančio klimato ir aplinkos veiksnių poveikio fiziologiniams rodikliams modeliavimas, 2011. nurodo, kad drėgmės trūkumo sąlygomis augalams kaip gynybinė reakcija pasireiškė suintensyvėjęs fotosintezės pigmentų kaupimasis. Reakcijos intensyvumas buvo nulemtas genotipo. Literatūros šaltiniuose Žr. Kindie Tesfaye, Sue Walker, Mitsuru Tsubo, “Radiation Interception and Radiation Use Efficiency of Three Grain Legumes under Water Deficit Conditions in a Semi Arid Environment,” 2006. nurodoma, kad pupinių šeimos C3 augalų radiacijos sugėrimo efektyvumas esant drėgmės stygiui yra jautresnis ankstyvose jų vystymosi stadijose.

 

Vandens pH lemia daugelį augalų cheminių, fizinių ir biologinių procesų, turi įtakos maisto medžiagų, sunkiųjų metalų įsisavinimui bei pesticidų poveikiui. Dėl pakitusio pH gali būti inaktyvuotos veikliosios junginių medžiagos ir konvertuotos į neaktyvias. Daugeliui augalų optimalus pH yra 5–6,5 Žr. Daniel P. Schachtman, Robert J. Reid, S. M. Ayling, “Phosphorus Uptake by Plants: From Soil to Cell,” 1998. . Jonizacijos būdu gautas rūgštusis vanduo pasižymi baktericidinėmis savybėmis, veikia prieš patogenus ir mikroorganizmus Žr. Chyer Kim, Yen-Con Hung, Robert E. Brackett, “Roles of Oxidation-Reduction Potential in Electrolyzed Oxidizing and Chemically Modified Water for the Inactivation of Food-Related Pathogens,” 2000. , o šarminis – antioksidacinėmis savybėmis Žr. Yu-Ru Huang, Yen-Con Hung, Shun-Yao Hsu, Yao-Wen Huang, Deng-Fwu Hwang, “Application of Electrolyzed Water in the Food Industry,” 2008; Rolf Pohling, Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse, 2015. . Kai kurie mokslininkai Žr. Rolf Pohling, Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse, 2015. rūgštųjį jonizuotą vandenį dėl tokio jo poveikio rekomenduoja naudoti šiltnamiuose prieš miltligę, taip sumažinti tradicinių fungicidų panaudojimą. Rekomenduojama keletą minučių apdoroti sėklas rūgščiuoju (pH 2,5–3,5) vandeniu, taip jas dezinfekuoti. Olandų mokslininkai Žr. Jantineke D. Hofland-Zijlstra, Rozemarijn S. M. de Vries, Harry Bruning, “Kennisinventarisatie naar de achtergronden en toepassingen van electrochemisch geactiveerd water in de agrarische sector,” 2011. nurodo, kad rūgštusis jonizuotas vanduo gali būti plačiai panaudojamas sodininkystėje ir daržininkystėje, derinant su fungicidais ir insekticidais gėlių, daržovių ir vaisių dezinfekcijai, kovai su bakterijomis, grybais, virusais, dumbliais ir nematodais. Daugiausia jonizuoto vandens poveikio tyrimų medicinos ir maisto technologijų srityje yra vykdoma Korėjoje, Kinijoje, Vokietijoje, tyrimai atliekami su šarminiu jonizuotu vandeniu Žr. Hendrik Hannes, „Sauere und Base im Dienst des Korpers: Aktivierter und abgereichter Wasserstoff“ 2012; Rosa Mistica C. Ignacio, Kyung-Bok Joo, Kyu-Jae Lee, “Clinical Effect and Mechanism of Alcaline Reduced Water,” 2012; Yang-Suk Yoon, Kyung-Bok Joo, Byung-Soo Chang, Kyu-Jae Lee, “The Effects of Hot Spring Water on Reactive Oxygen Species (ROS) in Human Study,” 2011. . Lietuvoje pradėti tyrimai su skirtingo šarmingumo jonizuotu vandeniu siekiant išsiaiškinti jo įtaką pupinių šeimos augalų augimui, pigmentų kiekiui lapuose, rizobijų veiklos ir gumbelių formavimosi intensyvumui. Nustatytas šarminio jonizuoto vandens poveikis pigmentų, ypač chlorofilo a ir karotenoidų, kiekiams augalų lapuose bei teigiama įtaka ankstyvesniam gumbelių susiformavimui ant lęšių, sojų ir kitų pupinių šeimos augalų šaknų Žr. Regina Malinauskaitė, Edvardas Kazlauskas, Aurelija Šaluchaitė, “Influence of Alkaline Ionized Water on Soy-bean ‘DOTNUVOS RUDOJI’ Growth,” 2013; Regina Malinauskaitė, „Šarminio jonizuoto vandens įtaka paprastojo lęšio „Smėlinukai“ morfofiziologiniams rodikliams“, 2014. .

 

Rūgštusis jonizuotas vanduo, pasižymintis baktericidinėmis, mikroorganizmus neutralizuojančiomis savybėmis, rekomenduojamas naudoti apsaugant augalus. Rūgščiojo jonizuoto vandens panaudojimas yra nurodomas kaip trumpalaikė efektyvi priemonė augalų apsaugai Žr. Chyer Kim, Yen-Con Hung, Robert E. Brackett, “Roles of Oxidation-Reduction Potential in Electrolyzed Oxidizing and Chemically Modified Water for the Inactivation of Food-Related Pathogens,” 2000; Jantineke D. Hofland-Zijlstra, Rozemarijn S. M. de Vries, Harry Bruning, “Kennisinventarisatie naar de achtergronden en toepassingen van electrochemisch geactiveerd water in de agrarische sector,” 2011. . Nuolatinis tokio vandens naudojimas laistymui, ypač ankstyvaisiais vystymosi tarpsniais, gali taip pat tapti stresoriumi ir kaip augalų atsakas į tokį poveikį pasireikšti biometrinių ir biocheminių rodiklių pokyčiais. Literatūros šaltinių, kaip rūgštusis jonizuotas vanduo veikia augalų biometrinius rodiklius, fotosintezės pigmentų kiekį, neaptikta.

Tyrimų tikslas – įvertinti nuolatiniam laistymui naudoto rūgščiojo jonizuoto vandens (pH 5,07) poveikį sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) „Kiblukų“ veislės augalų biometriniams ir biocheminiams rodikliams II (BBCH 10–19) ir III (BBCH 20–29) ontogenezės etapais.

Metodai ir sąlygos

Tyrimai atlikti Aleksandro Stulginskio universiteto Biologijos ir augalų biotechnologijos instituto laboratorijose 2015 m. rugsėjo ir spalio mėnesiais. Tyrimų objektas – sėjamasis žirnis (Pisum sativum L.), „Kiblukų“ veislės augalai, 2011 m. ši veislė įrašyta į Nacionalinį augalų veislių sąrašą kaip saugotina.
 

Laboratorinis eksperimentas atliktas 4 pakartojimais. Kiekvienam pakartojimui imta po 12 sėklų. Sėklos pasėtos rugsėjo 24 d. smėlio ir dirvožemio mišinyje (santykis 1:1). Dirvožemio pH – 5,0–6,5. Daiginimo temperatūra – (20 ± 22) °C, auginimo temperatūra – (16 ± 22) °C. Apšvietimas – natūralus. Indo talpa – 2 l. Kontroliniai augalai buvo laistomi vandentiekio vandeniu (pH 7,3). Rūgštusis jonizuotas vanduo (pH 5,07) buvo gaminamas 0,5 val. prieš laistymą jonizatoriumi PTV-AL iš vandentiekio vandens. Pagal jonizatoriaus gamintojo rekomendacijas buvo pasirinkta jonizacijos trukmė. Po 5 min. elektrolizės vienoje jonizatoriaus talpoje buvo pasigaminęs rūgštusis vanduo (pH 5,07), kitoje talpoje – šarminis jonizuotas vanduo (pH 9,66). Pirmą kartą auginimui naudojamas dirvožemis buvo prisotintas 140–150 ml bandymo variantuose naudojamu vandeniu. Auginimo metu laistoma pagal poreikį – vidutiniškai apie 50 ml, du kartus per savaitę.

Po sudygimo 7, 14, 21 ir 28 dienomis (II ir III ontogenezės etapai) buvo tirti biometriniai ir biocheminiai (išskyrus pirmąjį laikotarpį) rodikliai.

Biometrinei analizei (augalų aukštis, žalioji ir sausoji biomasės) įvertinti buvo išmatuotas kiekvieno pakartojimo atsitiktinai pasirinktų penkių augalų aukštis cm. Nupjovus augalą ir jį pasvėrus (kiekviename pakartojime po du augalus) svarstyklėmis KERN AJB, nustatyta žalioji augalo masė (g). Ji buvo panaudota nustatant sausąsias medžiagas (%). Sausųjų medžiagų kiekis įvertintas džiovinant džiovinimo spintoje 105 °C temperatūroje iki nekintamos masės (LST ISO 751:2000). Paskutiniu tyrimų laikotarpiu nustatyta sausoji šaknų masė (%). Tam tikslui augalai iškasti iš dirvožemio, atsargiai nuvalytas jo perteklius. Šaknys išplautos, nusausintos, pasvertos ir džiovintos tomis pačiomis sąlygomis kaip ir antžeminė dalis.

 

Biocheminiai rodikliai – fotosintezės pigmentai chlorofilai a ir b bei karotenoidai – nustatyti žalioje lapų masėje, 95 % etanolio ekstrakte spektrometriniu Wettstein metodu Žr. V. F. Gavrilenko, T. V. Zhigalova, Bolshoy praktikum po fotosintezu, 2003. . Fotosintezės pigmentų analizei pasverta 0,2 g žaliosios masės, sutrinta su 0,5 g CaCO3, nufiltruota celiulioziniu filtru ir praskiesta etanoliu iki 50 ml. Sugerties spektrai: chlorofilo a – 662 nm, chlorofilo b – 644 nm ir karotenoidų – 440,5 nm.

Pigmentų kiekis (mg g–1) apskaičiuotas pagal formulę:

\[ X=C\times V\times 100/n\times 1000;\tag{1} \]

C – pigmentų koncentracija mg l–1; V – pigmentų ištraukos tūris (ekstrakto kiekis) ml; n – analizuojamojo bandinio masė.

Rezultatai pateikti kaip pakartojimų vidutinė reikšmė ± standartinė paklaida, skaičiuojant buvo naudojamasi MS EXEL STATISTICA 7 programų paketu. Pakartojimų vidurkių esminiai skirtumai įvertinti esant 95 % tikimybės lygmeniui.

Rezultatai ir jų aptarimas

Organizmų reakcijos į skirtingus stresorius išraiška – įvairių biometrinių ir biocheminių rodiklių pokyčiai, pasireiškiantys kaip tiesioginis ir netiesioginis atsakas į jų poveikį. Homeostazei palaikyti augalai slopina augimui skirtą kvėpavimą, eikvoja papildomą, palaikymui skirtą, energiją ir dažniausiai lėtina fitomasės kaupimąsi Žr. K. V. Madhava Rao, A. S. Raghavendra, K. Janardhan Reddy (eds.), Physiology and Molecular Biology of Stress Tolerance in Plants 2006. . Mūsų tyrimuose nebuvo nustatytas neigiamas ilgalaikio laistymo rūgščiuoju jonizuotu vandeniu poveikis žirniams, kurie tik tyrimų pabaigoje, 28-ą augimo dieną, buvo neesmingai, 1,50 cm, žemesni nei kontroliniai augalai (1A pav.).
 
1 pav. Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio augalų aukščio (A) ir žaliosios masės (B) dinamikai II–III ontogenezės etapais * Lyginant su kontroliniais augalais skirtumai yra esminiai, P < 0,05. Pastaba: k – kontroliniai augalai / * Is statistically significant difference, p < 0.05. Note: c is control. / Fig. 1. Impact of acidic ionized water on the pea plant height and above-ground mass accumulation during stages II–III of ontogenesis

Šiam tyrimų laikotarpiui nustatytas eksperimento augalų augimo tempų sumažėjimas. Per tiriamąjį laikotarpį kontrolinių augalų aukštis padidėjo 2,0 karto, o rūgščiuoju jonizuotu vandeniu laistomų augalų – 1,9 karto.
 

Žirniams optimalus pH yra 6,5–7,2. Nuolatiniam augalų laistymui naudojant rūgštųjį jonizuotą vandenį, kurio pH 5,07, negatyvus poveikis (stresorius) turėjo pasireikšti per kitus biometrinius ir biocheminius rodiklius. Mūsų tyrimuose rūgštusis jonizuotas vanduo slopino žirnių žaliosios ir sausosios masės kaupimąsi (1B–2 pav.).

Vandentiekio vandeniu laistomų žirnių žalioji masė buvo neesmingai didesnė nei eksperimento augalų. Tik 21 sudygimo dieną nustatytas esmingai, 1,28 karto, didesnis kontrolinių augalų žaliosios masės kiekis. Šoninių šakelių formavimosi metu (paskutinis tyrimų laikotarpis) rūgštusis jonizuotas vanduo teigiamai veikė žaliosios biomasės prieaugį. Jis padidėjo 1,44 karto, o kontrolinių augalų – 1,16 karto. Įvertinus žirnių aukščio ir žaliosios biomasės pokyčius, matyti, kad rūgštusis jonizuotas vanduo turėjo įtakos tolygesniam augalų augimui, nes buvo nustatyti mažesni standartiniai nuokrypiai, palyginti su kontroliniais augalais. Panašų poveikį (tolygesnis augimas ir fitomasės kaupimas) turėjo ir laistymui naudotas šarminis jonizuotas vanduo Žr. Regina Malinauskaitė, „Šarminio jonizuoto vandens įtaka paprastojo lęšio „Smėlinukai“ morfofiziologiniams rodikliams“, 2014. .

 

Panašios tendencijos nustatytos tiriant sausosios masės kaupimąsi augaluose (2 pav.).

2 pav. Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio augalų sausosios masės dinamikai II–III ontogenezės etapais ** Š – sausosios masės kiekis šaknyse (* lyginant su kontroliniais augalais skirtumai yra esminiai, P < 0,05). Pastaba: k – kontroliniai augalai / ** R is root dry matter content (* is statistically significant difference, p < 0.05). Note: c is control. / Fig. 2. Acidic ionized water influence on the dynamics of pea dry matter content during stages II–III of ontogenesis

Kontroliniuose augaluose, palyginti su rūgščiojo jonizuoto vandens poveikiu, esmingai daugiau buvo sukaupta sausosios masės III ontogenezės etapuose (21 ir 28 dienos po sudygimo). Paskutiniu tyrimų laikotarpiu dėl rūgščiojo jonizuoto vandens poveikio sausosios masės prieaugis buvo 1,48 karto didesnis nei kontroliniuose augaluose. Pirmųjų trijų tyrimo laikotarpių sukaupti mažesni sausosios masės kiekiai dėl rūgščiojo jonizuoto vandens poveikio patvirtina literatūros šaltinių Žr. Irena Januškaitienė, Jurgita Mikelionytė, „UV-B spinduliuotės poveikis sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fotosintezei ir augimui“, 2009. duomenis, kad ilgalaikio stresoriaus (mažesnės UV spinduliuotės) atveju žirniuose mažėjo sausosios masės kiekis.
 

Įvertinus sausosios masės persiskirstymą tarp atskirų augalo dalių, galima konstatuoti, kad rūgštusis jonizuotas vanduo šiam biometriniam rodikliui neturėjo neigiamos įtakos, nes šaknų ir antžeminės dalies sausosios masės santykiai kontroliniuose ir eksperimento augaluose buvo panašūs – atitinkamai 0,72 ir 0,71. Šie rezultatai rodo nesutrikusį asimiliatų pasiskirstymą augale. Tai patvirtina ir literatūros šaltinių Žr. Sandra Sakalauskienė, Aušra Brazaitytė, Gintarė Šabajevienė, Sigitas Lazauskas, Jurga Sakalauskaitė, Akvilė Urbonavičiūtė, Giedrė Samuolienė, Pavelas Duchovskis, „Kompleksinis aplinkos veiksnių poveikis sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fiziologiniams rodikliams organogenezės III–IV etapais“, 2009. duomenys, kad pakankamas drėgmės kiekis skatino sėjamojo žirnio augalų augimo procesus, o po streso poveikio palankiomis sąlygomis greitai įvyko regeneracija.

Literatūros šaltiniuose Žr. Arun K. Shanker, V. Ravichandran, G. Pathmanabha, “Phytoaccumulation of Cromium by Some Multipurpose-Tree Seedings,” 2005. nurodoma, kad fermentų, dalyvaujančių chlorofilo sintezėje, inaktyvinimas yra dažniausiai pagrindinė chlorofilo sintezės slopinimo priežastis. Mūsų tyrimuose dėl rūgščiojo jonizuoto vandens poveikio chlorofilų a ir b kiekiai visais tyrimų laikotarpiais buvo esmingai (Ca 0,12–0,69 mg g–1 ir Cb 0,10–0,14 mg g–1) mažesni nei kontroliniuose sėjamojo žirnio lapuose (3 pav.).

3 pav. Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio augalų chlorofilo a ir chlorofilo b dinamikai II–III ontogenezės etapais * Lyginant su kontroliniais augalais skirtumai yra esminiai, P < 0,05. Pastaba: k – kontroliniai augalai / * Is statistically significant difference, p < 0.05. Note: c is control. / Fig. 3. Acidic ionized water influence on the dynamics of pea chlorophyll a and b synthesis during stages II–III of ontogenesis
 
Didesnis pagrindinių fotosintezės pigmentų sumažėjimas augaluose nustatytas jiems pereinant į III ontogenezės etapą. Šiuo laikotarpiu buvo nustatytas tik 0,41 mg g–1 chlorofilo a kiekis, arba 0,40–0,46 mg g–1 mažiau, nei kitais tyrimų laikotarpiais. Skirtumai esminiai. Chlorofilo b kiekio sumažėjimas (atitinkamai 1,19–1,56 karto) buvo esminis, bet ne toks didelis, kaip pagrindinio fotosintezės pigmento – chlorofilo a. Tai galima paaiškinti padidėjusiu augalų jautrumo atsaku į stresorių – jonizuotą rūgštųjį vandenį. Literatūros šaltiniuose Žr. Regina Malinauskaitė, Edvardas Kazlauskas, Aurelija Šaluchaitė, “Influence of Alkaline Ionized Water on Soy-bean ‘DOTNUVOS RUDOJI’ Growth,” 2013; Regina Malinauskaitė, „Šarminio jonizuoto vandens įtaka paprastojo lęšio „Smėlinukai“ morfofiziologiniams rodikliams“, 2014. nurodoma, kas šarminiu jonizuotu vandeniu laistomų pupinių šeimos augalų lapuose buvo sukaupta didesni chlorofilo a kiekiai. Tokie rezultatai rodo, kad šarminiam jonizuotam vandeniui būdingos antioksidacinės savybės Žr. Yu-Ru Huang, Yen-Con Hung, Shun-Yao Hsu, Yao-Wen Huang, Deng-Fwu Hwang, “Application of Electrolyzed Water in the Food Industry,” 2008. ir augalams reikia mažiau sąnaudų homeostazei palaikyti.

Kita fotosintezės pigmentų grupė – karotenoidai – yra svarbūs chlorofilų apsaugai streso sąlygomis ir veikia kaip nefermentiniai antioksidantai Žr. Kristina Dėdelienė, Priežemio ozono ir UV-B spinduliuotės diferencijuotas kompleksinis poveikis miežiams (Hordeum vulgare L.), 2007. . Literatūros šaltiniuose Žr. Rima Juozaitytė, Asta Ramaškevičienė, Algirdas Sliesaravičius, Natalija Burbulis, Pavelas Duchovskis, Aušra Brazaitytė, Giedrė Samuolienė, „Sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fiziologinė ir biocheminė reakcija į ozono sukeltą stresą“, 2006. nurodoma, kad ozono streso atveju sėjamojo žirnio lapuose padaugėjo karotenoidų. Mūsų tyrimuose tik 28 dieną po sudygimo buvo nustatytas esmingai 1,48 karto, arba 0,22 mg g–1, didesnis karotenoidų kiekis rūgščiuoju jonizuotu vandeniu laistomų sėjamojo žirnio augalų lapuose (4 pav.). Kitais atvejais kontrolinių augalų lapuose buvo sukauptas esmingai didesnis karotenoidų kiekis.

 
4 pav. Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio augalų karotenoidų kiekio dinamikai II–III ontogenezės etapais * Lyginant su kontroliniais augalais skirtumai yra esminiai, P < 0,05. Pastaba: k – kontroliniai augalai / * Is statistically significant difference, p < 0.05. Note: c is control. / Fig. 4. Acidic ionized water influence on the pea carotenoid content during stages II–III of ontogenesis

Tokie fotosintezės pigmentų pokyčiai turėjo įtakos ir chlorofilų a ir b bei jų sumos ir karotenoidų kiekio santykiams (5 pav.).

 
5 pav. Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka chlorofilų a ir b (Ca / Cb) bei chlorofilų a + b ir karotenoidų (C(a + b)/K) kiekio santykiams sėjamojo žirnio augalų lapuose dinamikai II–III ontogenezės etapais * Lyginant su kontroliniais augalais skirtumai yra esminiai, P < 0,05. Pastaba: k – kontroliniai augalai / * Is statistically significant difference, p < 0.05. Note: c is control. / Fig. 5. Acidic ionized water influence on the dynamics of chlorophyll a/b (Ca/Cb) and chlorophyll (a + b) ratio with carotenoids (C(a + b)/K) in pea plant during stages II–III of ontogenesis
 
Kontrolinių augalų lapuose chlorofilų a ir b santykis (Ca/b) tyrimų pradžioje buvo esmingai (0,38) mažesnis nei eksperimentiniuose augaluose. Tačiau visais atvejais Ca/b santykis kontrolinių augalų lapuose buvo didesnis nei 2, eksperimento augaluose III ontogenezės etape (21 ir 28 dienos po sudygimo) – mažesnis nei 2. Toks pagrindinių fotosintezės pigmentų pasiskirstymas turėjo įtakos eksperimentinių augalų biomasės kaupimui. Tai rodo, kad ilgalaikis laistymas rūgščiuoju vandeniu veikė augalo homeostazę, o jos palaikymui, kaip teigia literatūros šaltiniai Žr. K. V. Madhava Rao, A. S. Raghavendra, K. Janardhan Reddy (eds.), Physiology and Molecular Biology of Stress Tolerance in Plants 2006. , augalai lėtino fitomasės kaupimą. Panašias tendencijas atspindi ir chlorofilų (C(a + b)) bei karotenoidų santykis. Paskutiniu tyrimų laikotarpiu eksperimentiniuose augaluose santykis buvo 1,85, arba esmingai 1,34 mažesnis, nei kontrolinių augalų lapuose. Šie pokyčiai susiję su žymiu karotenoidų kiekio padidėjimu.

Paskutiniu tyrimų laikotarpiu rūgščiuoju jonizuotu vandeniu laistomuose sėjamojo žirnio augaluose prasidėjo adaptaciniai procesai, nes biometriniai ir biocheminiai rodikliai po žymaus sumažėjimo, palyginti su kontroliniais augalais, pradėjo didėti. Galima daryti prielaidą, kad ilgalaikis augalų laistymas rūgščiuoju, augalams nepalankiu (pH 5,07) jonizuotu vandeniu ankstyvais jų vystymosi laikotarpiais slopino fiziologinius procesus, vėliau – augalai suaktyvino gynybines reakcijas intensyviau sintetindami karotenoidus.

 

Išvados

1. Sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) „Kiblukų“ veislės augalų nuolatiniam laistymui II–III ontogenezės etapais naudojant rūgštųjį (pH 5,07) jonizuotą vandenį buvo nustatyta, kad jis neturėjo esminės neigiamos įtakos augalų aukščiui, nes eksperimento pabaigoje jie buvo neesmingai 1,50 cm žemesni už kontrolinius augalus (laistoma vandentiekio vandeniu, pH 7,3).

2. Rūgštusis jonizuotas vanduo slopino žaliosios ir sausosios antžeminės masės kaupimąsi. Esminiai sukauptos antžeminės masės skirtumai, palyginti su kontroliniais augalais, nustatyti 21 dieną po sudygimo (žalioji masė) ir 21 bei 28 dienomis (sausoji masė). Minėtais laikotarpiais eksperimento augaluose buvo sukaupta esmingai 1,28 karto mažiau žaliosios ir 1,26 bei 1,09 karto sausosios masės. Tačiau šaknų ir antžeminės masės santykis (ŠAS) eksperimentinių ir kontrolinių augalų buvo panašus – atitinkamai 0,71 ir 0,72.

3. Sėjamojo žirnio augalų, laistytų rūgščiuoju jonizuotu vandeniu, lapuose nustatyti esmingai mažesni chlorofilų a (atitinkamai 1,13–2,60 karto) ir b (atitinkamai 1,05–1,52 karto) kiekiai.

4. Rūgštusis jonizuotas vanduo esmingai slopino karotenoidų kiekį, bet tyrimų pabaigoje jų sintezė suintensyvėjo – tarp paskutinių tyrimo laikotarpių nustatytas jų kiekio (2,09 karto) padidėjimas.

5. Nuolatinis ilgalaikis sėjamojo žirnio augalų laistymas rūgščiuoju jonizuotu vandeniu II ontogenezės etape ir pereinat į III slopino fitomasės kaupimąsi, pigmentų sintezę, bet vėliau šių rodiklių, ypač karotenoidų kiekio padidėjimas, galėjo pasireikšti kaip gynybinė reakcija atstatant homeostazę.

 

Literatūra

  • Albert, Kristian Rost; Teis N. Mikkelsen, Anders Michelsen, Helge Ro-Poulsen, Leon van der Linden, “Interactive Effects of Drought, Elevated CO2 and Warming on Photosynthetic Capacity and Photosystem Performance in Temperate Heath Plants,” Journal of Plant Physiology, 2011, no. 168, pp. 1550–1561.
  • Chaves, Manuela M.; Jaume Flexas, Carla Pinheiro, “Photosynthesis under Drought and Salt Stress: Regulation Mechanisms from Whole Plant to Cell,” Annals of Botany, 2009, no. 103, pp. 551–560.
  • Dėdelienė, Kristina, Priežemio ozono ir UV-B spinduliuotės diferencijuotas kompleksinis poveikis miežiams (Hordeum vulgare L.), daktaro disertacija, Kaunas, 2007.
  • Flexas, Jaume; Josefina Bota, Josep Cifre, José Mariano Escalona, Jeroni Galmés, Javier Guli̇́as, El‐Kadri Lefi, Sara Florinda Marti̇́nez‐Cañellas, Mari̇́a Teresa Moreno, Miquel Ribas‐Carbó, Diego Riera, Bartolomé Sampol, Hipólito Medrano, “Understanding Down-regulation of Photosynthesis under Water Stress: Future Prospects and Searching for Physiological Tools for Irrigation Management,” Annals of Applied Biology, 2004, vol. 144, pp. 273–283.
  • Gavrilenko, V. F.; T. V. Zhigalova, Bolshoy praktikum po fotosintezu, Moskva, 2003.
  • Hannes, Hendrik, „Sauere und Base im Dienst des Korpers: Aktivierter und abgereichter Wasserstoff“, Raum & Zeit Newsletter, Juni 2012, S. 1–36.
  • Hofland-Zijlstra, Jantineke D.; Rozemarijn S. M. de Vries, Harry Bruning, “Kennisinventarisatie naar de achtergronden en toepassingen van electrochemisch geactiveerd water in de agrarische sector,” Bleiswijk: Wageningen UR Glastuinbouw, 2011 [žiūrėta 2016 m. sausio 19 d.].
  • Huang, Yu-Ru; Yen-Con Hung, Shun-Yao Hsu, Yao-Wen Huang, Deng-Fwu Hwang, “Application of Electrolyzed Water in the Food Industry,” Food Control, 2008, vol. 19, no. 4, pp. 329–345.
  • Ignacio, Rosa Mistica C.; Kyung-Bok Joo, Kyu-Jae Lee, “Clinical Effect and Mechanism of Alcaline Reduced Water,” Journal of Food and Drug Analysis, 2012, vol. 20, suppl. 1, pp. 394–397.
  • Yoon, Yang-Suk; Kyung-Bok Joo, Byung-Soo Chang, Kyu-Jae Lee, “The Effects of Hot Spring Water on Reactive Oxygen Species (ROS) in Human Study,” Korea Journal Waters, 2011, vol. 2, pp. 20–24.
  • Jaleel, Cheruth Abdul; Paramasivam Manivannan, Abdul Wahid, Muhammad Farooq, Ramamurthy Somsundaram, Rajaram Panneerselvam, “Drought Stress in Plants: A Review on Morphological Characteristics and Pigments Composition,” International Journal of Agriculture and Biology, 2009, vol. 11, pp. 100–105.
  • Januškaitienė, Irena; Jurgita Mikelionytė, „UV-B spinduliuotės poveikis sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fotosintezei ir augimui“, Žemdirbystė, 2009, t. 96, nr. 2, p. 125–137.
  • Juozaitytė, Rima; Asta Ramaškevičienė, Algirdas Sliesaravičius, Natalija Burbulis, Pavelas Duchovskis, Aušra Brazaitytė, Giedrė Samuolienė, „Sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fiziologinė ir biocheminė reakcija į ozono sukeltą stresą“, Sodininkystė ir daržininkystė, 2006, t. 25, nr. 2, p. 53–60.
  • Kim, Chyer; Yen-Con Hung, Robert E. Brackett, “Roles of Oxidation-Reduction Potential in Electrolyzed Oxidizing and Chemically Modified Water for the Inactivation of Food-Related Pathogens,” Journal of Food Protection, 2000, vol. 63, no. 1, pp. 3–14.
  • Madhava Rao, K. V.; A. S. Raghavendra, K. Janardhan Reddy (eds.), Physiology and Molecular Biology of Stress Tolerance in Plants, Dordrecht: Springer, 2006.
  • Malinauskaitė, Regina, „Šarminio jonizuoto vandens įtaka paprastojo lęšio „Smėlinukai“ morfofiziologiniams rodikliams“, Vytauto Didžiojo universiteto Botanikos sodo raštai = scripta horti botanici universitatis Vytauti Magni, 2014, t. 18, p. 43–53.
  • Malinauskaitė, Regina; Edvardas Kazlauskas, Aurelija Šaluchaitė, “Influence of Alkaline Ionized Water on Soy-bean ‘DOTNUVOS RUDOJI’ Growth” / Vilma Atkočiūnienė (ed.), Rural Development 2013: Proceedings of the 6th International Scientific Conference, Akademija, Kaunas: Aleksandro Stulginskio universiteto Leidybos centras, 2013, vol. 6, b. 2, pp. 164–167.
  • Mittler, Ron; Eduardo Blumwald, “Genetic Engineering for Modern Agriculture: Challenges and Perspectives,” Annual Review of Plant Biology, 2010, no. 61, pp. 1–20 [žiūrėta 2016 m. sausio 13 d.].
  • Pohling, Rolf, Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse, Berlin: Springer, 2015, S. 59–65.
  • Sakalauskienė, Sandra, Kintančio klimato ir aplinkos veiksnių poveikio fiziologiniams rodikliams modeliavimas, daktaro disertacija, biomedicinos mokslai, agronomija (06B), Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centras, 2011 [žiūrėta 2016 m. sausio 17 d.].
  • Sakalauskienė, Sandra; Aušra Brazaitytė, Gintarė Šabajevienė, Sigitas Lazauskas, Jurga Sakalauskaitė, Akvilė Urbonavičiūtė, Giedrė Samuolienė, Pavelas Duchovskis, „Kompleksinis aplinkos veiksnių poveikis sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) fiziologiniams rodikliams organogenezės III–IV etapais“, Žemdirbystė–Agriculture, 2009, t. 96, nr. 3, p. 93–101.
  • Schachtman, Daniel P.; Robert J. Reid, S. M. Ayling, “Phosphorus Uptake by Plants: From Soil to Cell,” Plant Physiology, 1998, vol. 116, pp. 447–453.
  • Shanker, Arun K.; V. Ravichandran, G. Pathmanabha, “Phytoaccumulation of Cromium by Some Multipurpose-Tree Seedings,” Agroforestry Systems, 2005, vol. 60, no. 13, pp. 83–87.
  • Shao, Hong-Bo; Qing-Jie Guo, Li-Ye Chu, Xi-Ning Zhao, Zhong-Liang Su, Ya-Chen Hu, Jiang-Feng Chen, “Understanding Molecular Mechanism of Higher Plant Plasticity under Abiotic Stress,” Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2007, vol. 54, no. 1, pp. 37–45.
  • Singh, Shardendu K.; K. Raja Reddy, “Regulation of Photosynthesis, Fluorescence, Stomatal Conductance and Water-Use Efficiency of Cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) under Drought,” Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2011, vol. 105, pp. 40–50.
  • Tesfaye, Kindie; Sue Walker, Mitsuru Tsubo, “Radiation Interception and Radiation Use Efficiency of Three Grain Legumes under Water Deficit Conditions in a Semi Arid Environment,” European Journal of Agronomy, 2006, no. 25, pp. 60–70.
 

The Impact of Acidic-Ionized Water on the Biometric and Biochemical Parameters of Peas

  • Bibliographic Description: Regina Malinauskaitė, „Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) biometriniams ir biocheminiams rodikliams“, @eitis (lt), 2016, t. 735, ISSN 2424-421X.
  • Previous Edition: Regina Malinauskaitė, „Rūgščiojo jonizuoto vandens įtaka sėjamojo žirnio (Pisum sativum L.) biometriniams ir biocheminiams rodikliams“, Žemės ūkio mokslai, 2016, t. 23, nr. 2, p. 56–64, ISSN 1392-0200.
  • Institutional Affiliation: Aleksandro Stulginskio universitetas.
Summary: The aim of research was to investigate the impact of pH 5.07 acidic ionized water on the biometric and biochemical parameters of pea (Pisum sativum L.) “Kiblukai” during stages II and III of ontogenesis. The control variant was watered with tap water.

The results indicated that the acidic ionized water did not show a significant impact on the plant height, but at the same had an inhibitory effect on the accumulation of dry matter in the above-ground part and roots of pea. During the 21st day after germination (stage III of ontogenesis) the acidic water application resulted in the significantly reduced biomass accumulation, by 1.28 times, compared to that of the control variant. During the 21st and 28th days of measurement the above-ground dry matter content in the experimental variant was reduced by 1.26 and 1.09 times, respectively, whereas the root dry mass was lower by 1.11 times, compared to that of the control. In both variants the ratio between the root and above-ground biomass was almost the same – 0.7. The biochemical analysis revealed that the acidic ionized water significantly reduced the synthesis of chlorophyll a and b, whereas the synthesis of carotenoids was inhibited only at the first stage of the experiment. The chlorophyll a/b ratio in control plants varied from 2.31 to 2.71, while after the treatment of acidic water the ratio was 2.77 at the beginning of the experiment and later decreased to 1.61 and 1.97. The long-term effect of acidic ionized water was seen as an increasing synthesis of carotenoids, when the concentration at the last stage of the experiment significantly increased to 0.22 mg g–1.

Keywords: pea, acidic ionized water, biometric and biochemical parameters.