Блог

Nov 10, 2023

Влияние кислородного удобрения на снижение повреждений фасоли заливной (Phaseolus vulgaris L.)

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 4282 (2022) Цитировать эту статью

1624 Доступа

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Наводнение является одним из основных абиотических стрессов для производства овощей во Флориде. Были проведены гидропонные и горшечные испытания с фасолью для оценки влияния кислородного удобрения на биохимический и физиологический статус затопленных растений фасоли. В гидропонных испытаниях применялось три обработки: (1) затопление (контроль), (2) пузырьковая аэрация окружающим воздухом и (3) перекись водорода (H2O2), применяемая в начале испытания. Здоровье растений оценивали путем определения скорости поглощения азота (N) и фосфора (P). Испытания в тепличных горшках использовались для количественной оценки влияния трех различных норм внесения твердых кислородных удобрений, таких как пероксид кальция (CaO2) и пероксид магния (MgO2). Результаты показали, что скорость поглощения растениями N и P была значительно выше (p <0,05) с H2O2, чем без H2O2. Скорость поглощения N при использовании H2O2 была такой же, как и при барботировании. Скорость поглощения NH4+ была значительно выше, чем скорость поглощения NO3- в условиях барботирования и H2O2, но скорость поглощения NO3- была значительно выше, чем скорость поглощения NH4+ в условиях затопления. Высота растений, зелень листьев, биомасса побегов и урожайность были значительно выше при использовании CaO2 или MgO2, чем без твердого кислородного удобрения. Минимальное повреждение затопленной фасоли было обнаружено при содержании 2 г CaO2 или 4 г MgO2 на горшок. Эти результаты показали, что кислородное удобрение потенциально может повысить урожайность затопленных растений фасоли.

Флорида занимает первое место по площади и общей стоимости производства бобов (Phaseolus vulgaris), но продуктивность бобов часто значительно снижается из-за сильных дождей, вызванных ураганами и тропическими штормами. Фасоль подвержена затоплению и страдает от гипоксического стресса, что приводит к подавлению роста и снижению урожайности1. По мнению Холбрука и Звенецкого2, основной причиной гипоксического стресса является дефицит кислорода в почве; коэффициент диффузии кислорода в воздухе в 10 000 раз больше (2,14 × 10–1 см2 с–1), чем в воде (1,97 × 10–5 см2 с–1). У большинства видов растений3 дефицит кислорода возникает в почве прикорневой зоны с концентрацией растворенного О2 менее 2 мг/л. Таким образом, растения фасоли на затопленных полях получают недостаточно биодоступного O2 для нормального корневого метаболизма и страдают от переувлажнения.

При гипоксии активируется анаэробный метаболизм и прекращается окислительное фосфорилирование. Скорость биосинтеза АТФ, возникающая в результате гликолиза, низкая4,5,6,7. В цикле Кребса из-за отсутствия биодоступного О2 как конечного акцептора электронов происходит накопление интермедиатов, снижение уровня НАД(Ф)+, накопление пирувата и снижение концентрации АТФ. Эти изменения отрицательно влияют на метаболизм растений, включая поглощение таких питательных веществ, как азот (N) и фосфор (P), и их ассимиляцию3,8. Кроме того, растения страдают от накопления этанола и токсинов, образующихся при анаэробном метаболизме9.

Алкогольдегидрогеназа (АДГ) является хорошо изученным ферментом растений и индуцируется в корнях при воздействии гипоксических или анаэробных условий. Когда биодоступность кислорода в корневой зоне низкая, активность АДГ значительно возрастает, улучшая толерантность растения к гипоксии или аноксии10,11. Активность АДГ считается необходимой для выживания растений в гипоксических или анаэробных условиях12. Таким образом, активность АДГ в кончиках корней затопленных растений используется как индикатор потенциальной толерантности к наводнению и его тяжести.

Кислородное удобрение корневой зоны является потенциальным методом смягчения ущерба от стресса от наводнения. Существует два типа кислородных удобрений: твердые кислородные удобрения (SOF), такие как CaO2 и MgO2, и жидкие кислородные удобрения, такие как перекись водорода (H2O2)13,14. Перечисленные здесь твердые кислородные удобрения медленно выделяют биодоступный кислород, т.е. кислородные удобрения с медленным высвобождением, тогда как жидкое кислородное удобрение H2O2 быстро высвобождает биодоступный кислород и считается быстрым кислородным удобрением. Перекись водорода биологически разлагается ферментом каталазой (EC 1.11.1.16). При разложении H2O2 высвобождается 0,5 моль биодоступного O2 на моль H2O2, как показано в уравнении15: