Кремний (Si) является вторым по распространенности элементом в земной коре после кислорода. В одних травах поглощается больше Si, чем макроэлементы, а в других - больше Si, чем фосфор, магний и сера.
Кремний не считается существенным веществом, поскольку нет доказательств его участия в каких-либо физиологических процессах.
На сегодняшний день собрано очень мало информации о специфической роли Si в растениях, однако этот элемент (прямо или косвенно) вовлечен в клеточный метаболизм, хотя способ его действия остается неясным, особенно у растений в условиях биотического и абиотического стресса.
--------------------------------------------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------------------------------------------
В растениях Si поглощается в виде монокремниевой кислоты (H4SiO4), которая сразу же переносится на листья.
Там, по мере потери воды в результате транспирации, H4SiO4 постепенно концентрируется и полимеризуется, сначала в коллоидной форме, а затем в виде кремнеземагеля или аморфного или биогенного кремнезема (SiO2.nH2O) и иммобилизируется.
Поэтому более зрелые ткани содержат большее количество кремнезема. Si может откладываться как внутри, так и внеклеточно, в основном в эпидермальных клетках.
Кремнезем, осажденный внутри клетки, может заполнить почти всю клетку, а внеклеточно помещается под кутикулу.
Ассоциация с кутикулярным слоем кремнезема обычно называется двойным кутикулярно-кремнеземным слоем.
Кремний полезен для сельскохозяйственных культур несколькими способами, например, минимизирует биотические и абиотические стрессовые условия (вредители и болезни, токсичность, вызванные избытком металлов, засоление, низкие температуры и засуха) (MA, 2015).
Большинство преимуществ, предоставляемых Si растениям, вызваны внутриклеточными отложениями аморфного кремнезема и двойным кутикуло-кремнеземным слоем, которые повышают жесткость и устойчивость тканей растений.
В таких травах, как рис, помимо внеклеточных отложений, Si оседает внутри кремнистых клеток (также известных как кварцевые тела), в буллиформных клетках и в пучках сосудов.
Место осаждения, однако, зависит, по-видимому, от вида или ботанического семейства. Ученые оценили 14 декоративных видов и обнаружили, что местоположение скопления кремнезема зависит от вида, но происходит в основном в трихомах листа и на полях лезвия листа.
Более высокая устойчивость к водному стрессу, наблюдаемая в обработанном кремнием подсолнухе, сорго, может быть вызвана анатомическими изменениями, вызванными Si, что в результате приводит к снижению транспирации и увеличению скорости фотосинтеза.
Эти эффекты делают растения более эффективными в использовании воды. В случае риса более высокую устойчивость к водному стрессу можно объяснить наличием двойного кремнеземистого слоя в листьях, вызывающего уменьшение дыхания за счет уменьшения желудочного отверстия и кутикулярной транспирации, что ограничивает потери воды и уменьшает потребность растения в воде.
Использование Si в выращивании некоторых декоративных горшечных растений может повысить урожайность и качество конечного продукта, но возможные физиологические и анатомические изменения, вызванные этим элементом, нуждаются в оценке.
Поэтому целью исследования была оценка анатомии листьев и газообмена декоративного подсолнечника "Sunbright" в ответ на нанесение Si на подложку.
Эксперимент проводился с октября по декабрь 2008 года в теплице, принадлежащей Федеральному университету Висосы.
Среднесуточная минимальная и максимальная температуры воздуха составляли 17,3 и 33,9°C соответственно, дневная и ночная средняя влажность воздуха - 65,6 и 85,5% соответственно.
Пять норм Si (0, 0,25, 0,50, 0,75 и 1,00 г/кг-1) были применены к субстрату в пластиковых горшках с использованием раствора метасиликата калия (K2SiO3). Эксперимент проводился с методами лечения, организованными в рандомизированные полные блоки с четырьмя репликами.
Одна экспериментальная установка состояла из одного подсолнечника в горшке (высота 10 см, объем 800 см3), содержащего 600 г субстрата Plantmax. Проростки подсолнечника выращивались из семян сорта "Sunbright".
Через шесть дней после появления семян, когда ростки были около 8 см высотой и имели один полностью развернутый лист, растения были пересажены в горшки.
Растения поливались ежедневно и снабжали каждый второй полив питательным раствором, рекомендованным для декоративных цветов. Ниже перечислены питательные вещества, поступающие в питательный раствор в ходе эксперимента и их дозы (мг кг-1 субстрата): 200 N, 350 P, 150 Ca, 100 Mg, 80 S, 1,2 B, 0,5 Cu, 2 Fe, 1,5 Mn, 0,1 Mo и 1 Zn.
Каждая ставка Si была разделена на пять заявок (20% от общей ставки Si). Первое заявление было подано через пятнадцать дней после трансплантации, а остальные четыре заявления были поданы в течение последующих недель.
Так как K2SiO3 (120 г кг-1 Si и 150 г-1 K2O) образует щелочной раствор (pH > 10), pH был снижен до 6,0 при использовании 2 моль L-1 HCl. В обработках без применения Si или с низкими дозами Si (K2SiO3), K поставлялся в виде KCl для установления баланса питательных веществ между обработками.
Для изучения анатомии листа были отобраны образцы 9,0 кв. см из промежуточной области лезвия шестого листа с вершины каждого растения. Затем образцы фиксировали в FAA50 в течение 48 ч, пропитывали этанолом 70 мл L-1 и вставляли в метакрилат гликоля, в соответствии с рекомендациями производителя.
Тонкие сечения (5 мкм) были вырезаны поперечно из блока в автоматическом микротоме. Сечения окрашивали в течение 5 мин толуидиновым синим pH 4.0, для метахроматического окрашивания тканей.
Срезы были установлены на покровных листах из синтетической смолы. Метод диафанизации использовался для анализа трихомов листьев.
Полученные данные были подвергнуты анализу ANOVA, и уравнения регрессии были скорректированы для оцениваемых переменных в зависимости от доз Si, применяемых с коэффициентами, протестированными F-тестом.
Для исследуемых переменных были протестированы линейная, квадратная, квадратная корневая, квадратичная и кубическая модели.
Выбор моделей осуществлялся исходя из значимости коэффициентов регрессии, биологической значимости и коэффициента детерминации.
Продолжение следует…