Evaluation of the effect of oyster mushroom polysaccharide on the resistance of plants to the toxic effects of oil pollution by biotesting

Full Text

Введение Высшие грибы - базидиомицеты имеют в своем составе широкий спектр различных биологически активных веществ, таких как полисахариды, терпены, протеины, пигменты, фенольные соединения, в том числе флавоноиды и др. [1]. Среди вышеперечисленных веществ наиболее широкий спектр применения имеют полисахариды, которые являются сырьевым источником в фармацевтической, пищевой и косметологической промышленности [2-7]. Кроме того, полисахариды высших грибов активно применяются и в сельском хозяйстве. Установлено, что биопрепараты, содержащие в своем составе полисахариды, увеличивают всхожесть и энергию роста растений. Растения, обработанные препаратами на основе полисахаридов, активно поглощают воду и минеральные вещества, тем самым катализируя фотосинтетическую активность и ускоряя созревание урожая [8; 9], способствуют повышению устойчивости растений к стрессам и фитопатогенным организмам на ранних стадиях онтогенеза, а также защищают от негативного воздействия экстремальных факторов (температуры, высушивания, УФ-радиации). Целью данной работы явилось изучение защитных свойств полисахаридов высших базидиальных грибов по отношению к токсическому воздействию нефтезагрязнений, широко распространенных в урбанизированных средах. Методы и объекты исследования Для оценки воздействия полисахаридов высших грибов - вешенки обыкновенной (Pleurotus ostreatus) на прорастание семян растений в условиях загрязнения нефтепродуктами методом биотестирования использовали следующие тест-объекты: райграс многоукосный (Lolium multiflorum L.) (семейство Злаковые), используемый в травосмесях для газонов, применяемых в озеленении городской среды [10; 11] и кресс-салат (Lepidium sativum L.), сорт Ажур (семейство Крестоцветные). В качестве загрязнителя использовали бензин марки АИ-92, дизельное топливо (ДТ), моторное масло Sintec, в трех концентрациях: 1, 5, 10 %. Опытные образцы были обработаны раствором полисахарида P. ostreatus 0,06 % концентрации путем замачивания на 15 минут. По количеству проросших семян определяли энергию прорастания и всхожесть семян: у кресс-салата - на 3-й и 5-й день, у райграса на 4-й и 8-й, в соответствии с ГОСТ 32592-2013[5]. При учете энергии прорастания подсчитывали нормально проросшие и незагнившие семена, а при учете всхожести отдельно - нормально проросшие, набухшие, твердые, загнившие и ненормально проросшие семена. К числу нормально проросших относят хорошо развитые корешки, развитые и неповрежденные подсемядольное колено, две семядоли. К числу непроросших относят набухшие семена, которые к моменту окончательного учета всхожести не проросли, но имеют здоровый вид, твердые семена, которые не набухли и не изменили своего внешнего вида, в соответствии с ГОСТ 32592-2013 [12][6]. Энергию прорастания В, %, определяли в процентах по формуле где а - число проросших семян; b - общее число семян, взятых для опыта. Для получения сопоставимых результатов по итогам тестирования рассчитывали индекс токсичности оцениваемого фактора для каждого биологического тест-объекта. Статистическую обработку полученных данных осуществляли по стандартным методам с использованием параметрического t-критерия Стъюдента (достоверными считали различия при вероятности ошибки р < 0,05), а также с помощью методов параметрического и непараметрического анализа с использованием пакетов прикладных программ Statistica 8.0 for Windows (StatSoft Russia) и Microsoft Office Exсel 2007. Результаты исследований Изучение влияния полисахарида P. ostreatus на некоторые процессы жизнедеятельности райграса многоукосного и кресс-салата проводили в смоделированных условиях техногенного загрязнения методом биотестирования [12; 13]. Полисахарид грибов выделяли по методу Т.В. Тепляковой и др.[7] Для этого загрязнение создавали внесением на дно чашки Петри загрязнителя и воды в расчете: для концентрации 1 % - 0,01 загрязнителя и 1 мл воды, для концентрации 5 % - 0,05 загрязнителя и 1 мл воды, для концентрации 10 % - 0,1 загрязнителя и 1 мл воды, затем на увлажненную фильтровальную бумагу помещали изучаемые семена тест-объектов в количестве 100 шт. (по 10 в каждую). В процессе исследований, результаты которых отражены в табл. 1, было показано, что при воздействии бензина АИ-92 разных концентраций (1, 5 и 10 %) на семена райграса многоукосного в опытных образцах, обработанных раствором полисахарида вешенки, отмечался больший процент всхожести, превышающий контрольные значения (семена, не обработанные полисахаридом) в 1,1; 1,2 и 1,4 раза соответственно, а энергия прорастания превышала контроль в 5 раз (только при концентрации АИ-92 10 %). Таблица 1. Влияние полисахарида вешенки на всхожесть и энергию прорастания семян райграса в условиях загрязнения / Table 1. Effect of oyster mushroom polysaccharide on germination and germination energy of ryegrass seeds under pollution conditions Загрязнитель/ Pollutant Всхожесть/Germination Энергия прорастания/Germination energy Опыт/Experience Контроль/Control Опыт/Experience Контроль/Control М±m М±m М±m М±m АИ 92 1 % 94,0±2,0* 85,0±2,9 74,0±5,9 64,0±5,9 АИ 92 5 % 75,0±2,9* 60,0±4,5 36,0±6,6 24,0±6,1 АИ 92 10 % 40,0±4,1* 28,0±1,8 30,0±5,1* 6,0±5,0 ДТ 1 % 88,0±3,8 80,0±4,1 50,0±10,7 34,0±6,9 ДТ 5 % 60,0±2,3 56,0±8,6 34,0±5,1* 20,0±4,5 ДТ 10 % 52,0±5,5* 38,0±1,5 24,0±5,9* 10,0±3,2 Масло/ Oil 1 % 52,0±3,8 42,0±3,8 30,0±3,2* 6,0±2,5 Масло/ Oil 5 % 43,9±4,0* 30,0±4,5 16,0±2,5* 0 Масло/ Oil 10 % 14,0±4,0 4,0±1,9 4,0±2,0 0 Примечание: * р ≤ 0,05 относительно контроля. Источник: составлено авторами. Note: * p < 0.05 relative to the control. Source: compiled by the authors. В отношении ДТ положительное влияние ПС вешенки на всхожесть было установлено только при концентрации ДТ 10 %, которая превышала контроль в 1,4 раза, а скорость прорастания в опыте была больше в 1,7 и 2,3 раза при концентрации 5 и 10 %. В случае загрязнения маслом семян райграсса, как видно из данных табл. 1, положительное влияние ПС вешенки на всхожесть было обнаружено только при концентрации 5 % (всхожесть растений была больше по сравнению с контролем в 1,5 раза), а энергия прорастания при концентрации 1 % была больше контроля в 5 раз, а при концентрации 5 % в контроле энергия прорастания не выявлена. В отношении семян кресс-салата результаты отражены в табл. 2, видно, что при воздействии бензина АИ-92 разных концентраций (1, 5 и 10 %) в опытных образцах, обработанных раствором полисахарида вешенки, отмечался больший процент всхожести по сравнению с контролем только в отношении 1%-й концентрации в 1,2 раза, а энергия прорастания превышала контроль в 1,6 раза при концентрации АИ-92 5 %, а при концентрации 10 % энергия прорастания была обнаружена только в опыте. Таблица 2. Влияние полисахарида вешенки на всхожесть и энергию прорастания кресс-салата в условиях загрязнения / Table 2. The effect of oyster mushroom polysaccharide on the germination and germination energy of watercress in polluted conditions Загрязнитель/ Pollutant Всхожесть/Germination Энергия прорастания/Germination energy Опыт/Experience Контроль/Control Опыт Опыт/Experience М±m М±m М±m М±m АИ 92 1 % 95,0±4,1* 78,0±4,8 80,0±5,0 68,0±4,2 АИ 92 5 % 58,0 ±2,4 60,0±3,2 56,0±7,1* 36,0±5,1 АИ 92 10 % 50,0 ±3,1 50,0±3,2 12,0±2,5* 0 ДТ 1 % 24,0±2,5 18,0±2,5 28,0±4,2* 12,0±2,7 ДТ 5 % 16,0±2,6* 8,0±0,9 14,0±2,5 12,0±2,0 ДТ 10 % 12,0±2,6* 6,0±2,0 8,0±3,4* 0 Масло/ Oil 1 % 16,0±2,5* 10,0±4,5 14,0±5,2 8,0±3,8 Масло/ Oil 5 % 2,0±2,2 4,0±3,0 6,0±2,5* 0 Масло/ Oil 10 % 4,0±2,5 0 0 0 Примечание: * р ≤ 0,05 относительно контроля. Источник: составлено авторами. Note: * p < 0.05 relative to the control. Source: compiled by the authors. В отношении ДТ положительное влияние ПС вешенки на всхожесть было установлено при концентрации ДТ 5 и 10 %, которая превышала контроль в 2 раза в обоих случаях, а энергия прорастания при концентрации данного загрязнителя 1 % в опыте была больше в 2,3, а при концентрации ДТ 10 % энергия прорастания была обнаружена только в опыте. В отношении масла положительное влияние ПС вешенки на всхожесть было установлено при концентрации 1 и 5 %, которая превышала контроль в 1,6 раза, а энергия прорастания была обнаружена в опыте при концентрации 5 %. Заключение Таким образом, показано, что полисахариды вешенки (P. ostreatus) способны оказывать положительное влияние на всхожесть и энергию прорастания семян райграса многоукосного и семян кресс-салата в условиях загрязнения. Наибольшая всхожесть при обработке семян райграса многоукосного полисахаридом вешенки была обнаружена при загрязнении бензином АИ-92 в концентрации 1, 5 и 10 % и ДТ - 10 %, моторным маслом Sintec - 5 %, а энергия прорастания - при загрязнении 10 % бензина АИ-92, 5 и 10 % ДТ, 1 и 5 % моторного масла Sintec; при обработке семян кресс-салата при загрязнении бензином АИ-92 в концентрации 1, 5 и 10 %, а ДТ - 10 %, моторным маслом Sintec - 1 %, а энергия прорастания - при загрязнении 10 % бензина АИ-92, 5 и 10 % ДТ, 1 и 5 % моторного масла Sintec.

About the authors

Ekaterina A. Logacheva

Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilov

Email: Logacheva-Katia@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-0738-9932
SPIN-code: 3020-7184

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Botany and Ecology

4, bldg 3, Pr-kt im. Pyotr Stolypin, Saratov, 410012, Russian Federation

Olesya O. Babicheva

Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilov

Author for correspondence.
Email: olesya.sultanova.98@mail.ru
graduate student 4, bldg 3, Pr-kt im. Pyotr Stolypin, Saratov, 410012, Russian Federation

Lidia V. Karpunina

Saratov State University of Genetics, Biotechnology and Engineering named after N.I. Vavilov

Email: karpuninal@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9985-9944
SPIN-code: 4160-5383

Doctor of Biological Sciences, Professor

4, bldg 3, Pr-kt im. Pyotr Stolypin, Saratov, 410012, Russian Federation

References

Supplementary files