Effects of humic substances on seed germination of wheat under the influence of heavy metal
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
Introduction. The rapid development of industry in recent decades has caused global pollution, including heavy metals. Of particular danger is the accumulation of heavy metals in plants widely cultivated in crop production practices, such as wheat. Among growth-promoting and remedying drugs, compounds of natural origin — humic substances — deserve special attention. Currently, around the world there is an increased interest in humic substances, the technologies for their production are being improved, and the raw material base is expanding, in which all new types of raw materials are involved. Of particular interest are synthetic humic substances, which are obtained from low molecular weight phenolic precursors. Strict control of the synthesis conditions allows obtaining a product with standardized properties, which is one of the advantages over natural humic substances. In addition, it is assumed that the nature of the low molecular weight phenolic precursor affects the biological activity of the final product.
Purpose. The aim of our study was to study the effect of humic substances of various origins (a complex preparation of natural humic substances and synthetic fulvic acids from catechol) on the germination and morphological characteristics of wheat under the influence of heavy metals (Cu2+).
Methods. During the study, laboratory, accounting, analytical and mathematical-statistical methods were used.
Result. A comparative study of the effect of a complex preparation of natural humic substances and synthetic fulvic acids from catechol on the germination of wheat seeds shows their stimulating effect compared to the control by 11.2% and 8.2%, respectively. The presence in the nutrient solution of Cu2+ ions at the levels of 0.5, 1 and 5 MPC contributed to the increase of germination energy and germination of seeds in all experiments. The types of humic substances investigated intensify the growth processes in green shoots of wheat. Compared to the control, their length increased by 18.9 - 35.1%. In addition, these substances inhibit the negative effects of Cu2+ ions even at the level of 5 MPC. Aqueous solutions of Cu2+ ions have been found to stimulate the formation of primary roots in wheat. At the same time, ions of this heavy metal have a negative effect on root growth, reducing their length by 7.5 times compared to the control. The total length of all roots in wheat plants under the action of different types of humic substances exceeded the control values by 42 - 50%. At the same time, these substances significantly improved root growth when Cu2+ ions were present in the nutrient solution. The presence of Cu2+ ions in the solution adversely affected the crude mass of green shoots and roots in the studied wheat plants. However, humic substances improved these indicators compared to the control by 26.8 - 43.3%, which indicates their detoxifying effect.
Conclusion. Thus, the treatment of wheat seeds with the studied preparations of natural humic substances and synthetic fulvic acids from catechol activates biological and physiological processes in the seed, thereby affecting the vital activity of the plant at the initial stage of development, affects the formation of additional primary roots and the growth of wheat seedlings. The studied preparations have a positive effect on the accumulation of fresh mass of wheat seedlings, and allow to obtain friendly and uniform seedlings. In addition, under conditions of soil pollution with Cu2+ ions, various types of humic preparations exhibit phytoprotective properties.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
УГОДА
ПРО ПЕРЕДАЧУ АВТОРСЬКИХ ПРАВ
Я, автор статті/Ми, автори рукопису статті _______________________________________________________________________
у випадку її прийняття до опублікування передаємо засновникам та редколегії наукового видання «Вісник Черкаського Університету: Серія Біологічні науки» такі права:
1. Публікацію цієї статті українською (англійською) мовою та розповсюдження її друкованої версії.
2. Розповсюдження електронної версії статті через будь-які електронні засоби (розміщення на офіційному web-сайті журналу, в електронних базах даних, репозитаріях, тощо).
При цьому зберігаємо за собою право без узгодження з редколегією та засновниками:
1. Використовувати матеріали статті повністю або частково з освітньою метою.
2. Використовувати матеріали статті повністю або частково для написання власних дисертацій.
3. Використовувати матеріали статті для підготовки тез, доповідей конференцій, а також усних презентацій.
4. Розміщувати електронні копії статті (зокрема кінцеву електронну версію, завантажену з офіційного web-сайту журналу) на:
a. персональних web-pecypcax усіх авторів (web-сайти, web-сторінки, блоги, тощо);
b. web-pecypcax установ, де працюють автори (включно з електронними інституційними репозитаріями);
с. некомерційних web-pecypcax відкритого доступу (наприклад, arXiv.org).
Цією угодою ми також засвідчуємо, що поданий рукопис відповідає таким критеріям:
1. Не містить закликів до насильства, розпалювання расової чи етнічної ворожнечі, які викликають занепокоєння, є загрозливими, ганебними, наклепницькими, жорстокими, непристойними, вульгарними тощо.
2. Не порушує авторських прав та права інтелектуальної власності інших осіб або організацій; містить всі передбачені чинним законодавством про авторське право посилання на цитованих авторів та / або видання, а також використовувані в статті результати і факти, отримані іншими авторами чи організаціями.
3. Не був опублікований раніше в інших видавництвах та не був поданий до публікації в інші видання.
4. Не включає матеріали, що не підлягають опублікуванню у відкритій пресі, згідно з чинним законодавством.
____________________ ___________________
підпис П.І.Б. автора
"___"__________ 20__ р.
Посилання
Baker, A. J. M. (1981). Accumulators and excluders-strategies in response of plants to heavy metals. J.of Plant Nutrition. Vol. 3, 643-654.
Yruela, I. (2009). Copper in plants: acquisition, transport and interactions. Funct. Plant Biol. Vol. 36, No 5, 409-430.
Hall, J. L. (2002). Cellular Mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance. J. Experimental Botany. 53, 1-11.
Kaschl, A., Chen, Y. (2002). Interaction of humic substances with trace metals and their stimulatory effects on plant growth. Use of humic substances to remediate polluted enviroments from theory to practice / eds. I. V. Perminova, K. Hatfield, N. Hertkorn. Dordrecht : Springer,. Vol. 52, 83–115.
Asadi, M., Sedghi, M., Sharifi, R. S. (2013). Effects of Humic Acid on the Germination Traits of Pumpkin Seeds under Cadmium Stress. Not Sci Biol. Vol. 5, No 4, 480-484.
Stevenson, F. J. (1994). Humus chemistry. Genesis, compositions, reactions. NY: Wiley and Sons. 512.
Orlov, D. S. (1995). Humic substances of soils and general theory of humification. New Delhi : Oxford & IBH Publishing, 266.
Gomes, de Melo B. A., Motta, F. L., Santana, M. H. A. (2016). Humic acids: Structural properties and multiple functionalities for novel technological developments. Mat. Sci. Eng. C. Vol. 62, 967–974.
Rice, J. A., Maccarthy, P. (1991). Statistical evaluation of the elemental composition of humic Substances. Org. Geochem. Vol. 17, No 5, 635-648.
Canellas, L. P., Olivares, F. L. (2014). Physiological responses to humic substances as plant growth promoter / Canellas and Olivares. Chem. biol. technol. agric. Vol. 1, No 3, 11.
Ali, H., Akbar, Y., Razaq, A., Muhammad, D. (2014). Effect of humic acid on root elongation and percent seed germination of wheat seeds. Intl J Agri Crop Sci. Vol. 7, No 4, 196-201.
Kiprop, K., Coumon, M.C., Pourtier, E., Kimutai, S., Kirui, S. (2013). Synthesis of humic and fulvic acids and their characterization using optical spectroscopy (ATR-FTIR and UV–visible). Int. J. Appl. Sci. Technol. Vol. 3, No 8, 28-35.
Sławińska, D., Polewski, K., Rolewski, P., Sławiński J. (2007). Synthesis and properties of model humic substances derived from gallic acid. Int. Agrophys. Vol. 21, 199-208.
Litvin, V.A., Minaev, B.F., Baryshnikov, G.V. (2015). Synthesis and properties of synthetic fulvic acid derived from hematoxylin. J. Mol. Struct. Vol. 1086, 25-33.
Eyheraguibel, B., Silvestre, J., Morard, P. (2008). Effects of humic substances derived from organic waste enhancement on the growth and mineral nutrition of maize. Bioresour. Technol. 99, 4206-4212.
Ebrahimi, M., Miri, E. (2016). Effect of Humic Acid on Seed Germination and Seedling Growth of Borago officinalis and Cichorium intybus. Ecopersia. Vol. 4, No 1, 1239-1249.
Szczepanek, M., Wilczewski, E. (2011). Effect of humic substances on germination of wheat and barley under laboratory conditions. Acta Sci. Pol. Agric. Vol. 10, No 1, 79-86.
Sposib oderzhannia syntetychnykh fulvativ [The method of preparing synthetic fulvates]: pat. 78162 Ukraine. № а200511458; stated. 02.12.2005; publ. 15.02.2007, Bul. № 2. (in Ukr.)
Bewley, J.D., Bradford, K.J., Hilhorst, H.W.M., Nonogaki, H. (2013). Seeds: physiology of development, germination and dormancy. New York : Springer. 392.
Kader, M.A. (2005). A Comparison of Seed Germination Calculation Formulae and the Associated Interpretation of Resulting Data J. proc. R. Soc. New South Wales. Vol. 138, 65–75.
Singh, D., Nath, K., Sharma, Y. K. (2007). Response of wheat seed germination and seedling growth under copper stress. J Environ Biol. Vol. 28, 409-14.