Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Исследования проводились экспериментальными методами, включающими следующие физические и химические воздействия на семена: высокое гидростатическое давление, воздействие активным кислородом (оксигенация), обработки под высоким давлением водными растворами, содержащими фитогормоны и биологически активные вещества (стимуляторы роста). Последствия таких воздействий оценивались путем проращивания семян в лабораторных условиях (в чашках Петри при температуре от 20 до 23º C, при различной продолжительности проращивания), в посевах в закрытом и открытом грунте, и при изучении последующего развития сеянцев в экспериментальных посевах. В экспериментах для обработки семян высоким гидростатическим давлением выше 25 МПа использовался лабораторный гидростат (объем 5 литров, максимальное давление 250 МПа), а при более низких уровнях давления применялся гидроцилиндр (максимальное давление 30 МПа, объем 12,5 мл). На модельном образце семян солодки уральской, содержащем 86% твердых семян, исследовано влияние обработки высоким гидростатическим давлением (от 100 до 250 МПа) и одноосным сжатием (в диапазоне от 80 до 140 Н) на изменение содержания твердых семян в образце. Оценивалась перспективность таких воздействий для преодоления твердосемянности. Эксперимент включал шесть опытных вариантов: контроль (без барообработки), воздействия давлением 100 МПа, трижды по 100 МПа, дважды по 150 МПа, 200 МПа, дважды 250 МПа + 200 МПа. Каждый из шести вариантов опыта включал три повторности по 50 семян в каждой. Однократное воздействие на твердые семена солодки уральской гидростатическим давлением 100 МПа обеспечивает прорастание в среднем 42% таких семян, а после трехкратного воздействия таким уровнем давления 57% твердых семян приобретают способность к прорастанию. При возрастании интенсивности воздействия (дважды по 150 МПа и 200 МПа) наблюдалось некоторое снижение доли проросших семян (49 и 38 %, соответственно). Но при этом до 20 % проростков имели поврежденный корень. Более высокие уровни давления приводят к гибели 90% семян. Установлено, что оптимум барообработки для таких семян находится в диапазоне от 100 МПа до 150 МПа при двух- и трехкратном воздействии. Индивидуальное одноосное сжатие семян солодки с четкой регистрацией момента появления трещины в семенной кожуре обеспечило преодоление твердосемянности и хорошую сохранность зародышей семян, нормальное развитие проростков 80% обработанных семян. Такая методика воздействия на твердые семена применима для преодоления твердосемянности у солодки при селекционных исследованиях. Проведен опыт по оценке влияния предварительной обработки гидростатическим давлением на прорастание семян и последующее развитие сеянцев расторопши пятнистой в открытом грунте на Среднем Урале. Было организовано семь вариантов опыта с различной предпосевной обработкой семян расторопши гидростатическим давлением. Варианты следующие: 20 МПа, время обработки 5 мин; 10 МПа, 5мин; 10 МПа, 10 мин; 5 МПа, 5 мин; 15 МПа, 5 мин; 10 МПа, 5 мин с подсушиванием в комнатных условиях в течение суток и контрольный вариант, в котором семена не были обработаны давлением. Семена высевали в грунт в конце мая. Среди всех вариантов опыта наибольшая доля всходов (76%) получена в варианте с барообработкой семян при 10 МПа, 5 минут с последующим подсушиванием (в контроле взошло 69% семян). Во всех вариантах опыта с барообработкой семян при 10 МПа, а также при 5 МПа, растения начали быстрее плодоносить, чем в других вариантах. Разница составила 16 дней. Таким образом, подтвердился полученный результат 2021 года, что обработка семян гидростатическим давлением 10 МПа способствует ускоренному прохождению фенологических фаз у растений расторопши пятнистой. Это благоприятно для вызревания семян и последующего сбора семенного материала. Установлено, что растения расторопши в вариантах с барообработкой семян при 10 МПа характеризуются по ряду признаков наиболее высокими показателями развития среди растений других опытных вариантов. Проводилось изучение последствий воздействия гидростатическим давлением (5, 10, 15 и 20 МПа) на семена салата-латука (сорт «Успех»), на их прорастание и начальный этап развития проростков. Семена проращивались при 20º C в темноте через сутки после барообработки, в режиме 12 ч. свет/12ч. темнота в лабораторных условиях через 1,5 месяца после барообработки, а также в грунтовых посевах в теплице через 1 месяц после барообработки. Во всех этих экспериментах обнаружился четко выраженный эффект ускорения прорастания семян и увеличения линейных размеров проростков в вариантах опытов с барообработкой при 10, 15 и 20 МПа. В грунтовых посевах в теплице в этих вариантах опыта существенно возросла всхожесть семян салата (до 32-39%) по отношению к контролю (19%). Барботация семян салата положительно сказывается на их энергии прорастания в грунтовых посевах, что можно объяснить эффектом оксигенации. Эксперимент в теплице показал, что оптимальным спообом стимулирования прорастания семян салата в грунтовых посевах является барообработка давлением 10 МПа и посев сразу после обработки, без периода хранения. Хранение семян салата, обработанных давлением 10 МПа, в течение 6 месяцев в комнатных условиях приводит к резкому снижению их способности к прорастанию по сравнению с хранением этих же семян в тех же условиях в течение 1 месяца. В экспериментальных грунтовых посевах в теплице изучались последствия обработки семян водными растворами фитогормонов и других стимуляторов роста при гидростатическом давлении 10МПа у двух сортов редиса. Исследование позволило выявить неоднозначную реакцию семян на физико-химическую обработку. Такие показатели, как энергия прорастания, всхожесть семян, интенсивность развития и сохранность растений могут зависеть как от разновидности химического стимулятора, концентрации его раствора, так и от уровня давления при барообработке, а также от длительности хранения барообработанных семян перед посевом. Для получения высоких показателей энергии прорастания и всхожести семян редиса оптимальной предпосевной подготовкой семян является замачивание на 1 час в 3% растворе перекиси водорода без барообработки. Оптимальным химическим стимулятором для повышения сохранности сеянцев можно назвать 0,02% раствор гетероауксина, который положительно воздействует, как при замачивании, так и при барообработке семян редиса. Влияние физико-химической обработки семян на последующее развитие растений редиса неоднозначно. Если раствор перекиси водорода проявляет стимулирующий эффект, то раствор экопина может оказывать как стимулирующий, так и тормозящий эффект. Темпы развития растений редиса проявляют сортоспецифичность, более ранний сорт «Розово-красный с белым кончиком» быстрее проходит этапы формирования на растении настоящих листьев, чем более поздний сорт «Красный великан». Результаты работы научного коллектива представлены в семи докладах (3 устных, 4 стендовых) на четырех представительных и хорошо известных конференциях. Опубликованы тезисы семи докладов.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В течение 2023 года в рамках настоящего проекта наш коллектив продолжал изучение влияния (последствий воздействий) экстремальных физико-химических факторов на проявления биологических свойств семян и на последующее развитие растений из обработанных семян хозяйственно ценных растений, относящихся к семействам бобовых, сложноцветных (астровых), крестоцветных. Проводились различные эксперименты по обработке семян гидростатическим давлением (от 5 до 250 МПа) с использованием универсальной испытательной машины и гидроцилиндра заполненного водой (для давлений до 30 МПа), в гидростатах (давления до 250 МПа, передающие среды: машинное масло, вода) и сжиженными газами высокой чистоты в специально сконструированном криостате (кислородом, аргоном) либо азотом в сосуде Дьюара. Применение криостата было продиктовано необходимостью разделения вкладов различных веществ (аргон, кислород, азот), содержащихся в атмосфере Земли и обладающих различной химической активностью. Дело в том, что температуры их кипения близки и при проведении обработок или при хранении семян в открытой таре в жидком азоте в течение длительного времени эти газы могут образовывать смеси, что влияет на результат эксперимента. Использовались и другие дополнительные методики обработки семян для стимуляции их прорастания и последующего развития проростков в посевах. Обработанные семена проращивали в лабораторных условиях в различных режимах и высевали в открытый грунт экспериментальных участков (в Ботаническом саду УрО РАН и в Ботаническом саду Курганского госуниверситета). Эксперименты с семенами бобовых растений были направлены в основном на поиск эффективных способов преодоления твердосемянности – формы физического покоя семян, обусловленной особым строением семенной кожуры и ее полной непроницаемостью для воды. Доля таких твердых семян в образцах исследованных нами видов (по результатам проращивания контрольных групп) достигала 70-100%. Для оценивания прочности оболочки семян солодки разных видов были применены стандартные методики, используемые в области материаловедения. Использовали поштучное одноосное сжатие семян солодки и как метод механической скарификации семян. При этом проводили анализ деформационных кривых с получением информации о прочности семенной кожуры. Индивидуальное одноосное сжатие твердых семян солодки уральской при максимальном усилии от 85 до 130 Н позволило разрушить семенную кожуру до образования первой трещины и обеспечило хорошую сохранность зародышей. Возможно использование этих данных для прогнозирования необходимых параметров гидростатического сжатия семян с целью преодоления твердосемянности. Высоким гидростатическим давлением (трижды по 100 МПа) воздействовали на семена солодки голой (смесь семян от разных клонов и двух обособленных клонов из Астраханской области), на семена гибридной формы солодки (клона из южноуральской популяции в коллекции Бот. сада УрО РАН) и на семена астрагала серпоплодного из коллекции Ботанического сада УрО РАН. В двух вариантах (трижды по 100 МПа и однократно 200 МПа) обрабатывали семена донника желтого. В контрольных группах перечисленных образцов было выявлено 92-95% твердых семян. После барообработки всхожесть семян смешанного образца солодки голой составила 14%, а у семян двух обособленных клонов не превысила 10%. То есть эффект барообработки оказался очень слабым. В противоположность этому семена гибридной формы солодки и астрагала серпоплодного после барообработки показали хорошую всхожесть (50% и 40% соответственно). Оба варианта барообработки у донника желтого обусловили высокую лабораторную всхожесть семян (50% и 80% соответственно), но более половины проростков имели искривленные и плохо развивающиеся корни, и оказались нежизнеспособными. То есть была выявлена видоспецифичная реакция семян бобовых растений (а также разная реакция клонов солодки), вводимых в культуру, на воздействия высоким гидростатическим давлением в плане преодоления твердосемянности. Выдерживание указанных образцов семян бобовых растений в сжиженных газах привело к иным результатам. Твердосемянность у солодки и астрагала не удалось преодолеть обработкой жидкими газами, а семена донника желтого после различных вариантов обработки в сжиженных газах (азоте, кислороде, аргоне) имели высокую энергию прорастания и всхожесть 95-98%. Существенно повысилась всхожесть (до 53-77%) семян клевера лугового из природной популяции после обработки в жидком кислороде и жидком аргоне. Семена сортовых образцов клевера лугового при почти полном отсутствии в их составе твердых семян хорошо выдерживали быстрое замораживание в жидких газах и последующее оттаивание при комнатной температуре, то есть сохраняли высокую жизнеспособность после таких обработок. Это дает дополнительную информацию о возможности криохранения сортовых семян клевера лугового. Всхожесть сортовых семян клевера лугового в условиях открытого грунта существенно снизилась, но, в целом, пропорционально показателям их лабораторной всхожести. В полевых опытах с сортовыми семенами клевера у контрольной группы семян положительное влияние на всхожесть оказывает замачивание в воде, по сравнению с другими способами предпосевной подготовки. Для свежих семян (1-2 года хранения) сортов Орион и Дракон предварительная обработка жидким азотом может оказывать положительный эффект на полевую всхожесть при предпосевном замачивании в 3% растворе перекиси водорода и 10% гумата калия. На сравнительно старые семена (8 лет хранения) сорта Добряк положительный эффект показывает предпосевное замачивание в 10% растворе гумата калия, как после предварительной обработки семян жидким азотом, так и жидким кислородом и аргоном. Значимость обработки и предпосевной подготовки семян для регуляции темпов развития растений клевера может зависеть как от сортовых особенностей (одно- и двуукосность), так и от сроков хранения семян. Проведено количественное определение суммы флаволигнанов и жирного масла в плодах-семянках расторопши пятнистой. Показано стимулирующее воздействие обработки плодов различными уровнями гидростатического давления на экстракцию этих ингредиентов, а также на их накопление в плодах расторопши у растений, выращенных из семян, прошедших предпосевную барообработку. Предварительная обработка семян гидростатическим давлением 5 МПа и 10 МПа ускоряет рост и развитие растений расторопши. Выявлен предпочтительный хемотаксис личинок дрозофилы по отношению к экстракту семян расторопши, предварительно не обработанных давлением. Семена зеленых культур по разному реагируют на воздействие высоким давлением в зависимости от вида и сорта растения. Было обнаружено, что обработка семян салата сорта «Успех» гидростатическим давлением 15 МПа и 20 МПа существенно повышает скорость роста корня и гипокотиля проростков по сравнению с контрольным вариантом, причем, при хранении семян в течение 4-х месяцев эффект обработки сохраняется. Обработка высоким давлением 100 МПа также может быть перспективным методом улучшения посевных качеств семян салата, но несколько снижает всхожесть. Более высокий уровень давления приводит к угнетению прорастания. В то же время семена редиса сорта "розово-красный с белым кончиком" обладают слабой реакцией на обработку давлением 5-20 МПа, а семена редиса "красный великан" развиваются активнее после обработки. Обработка семян укропа сортов "Аллигатор" и "Грибовский" приводит к ухудшению их посевных качеств, что, вероятно, связано со значительным содержанием эфирных масел и необходимостью дополнительной предпосевной обработки. Таким образом, реакция семян зеленых культур на обработку зависит от вида и сорта растений. Обработка семян салата в течение суток в жидком кислороде угнетает развитие проростков, в то время как обработка в жидком аргоне стимулирует их рост, что наглядно демонстрирует необходимость использования инертного газа для предпосевной обработки и хранения, конечно, если речь не идет о химическом воздействии на семена.