Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение физиолого-биохимических характеристик семян гороха (Pisum sativum L.) при хранении и обработке их фитогормонами

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Изменение физиолого-биохимических характеристик семян гороха (Pisum sativum L.) при хранении и обработке их фитогормонами"

На правах рукописи

Друшляк Наталья Геннадьевна

003467038

ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕМЯН ГОРОХА (PISUM SATIVUM L) ПРИ ХРАНЕНИИ И ОБРАБОТКЕ ИХ ФИТОГОРМОНАМИ

03.00.12 - физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

л о • - " " - "1 1 и ........-J

Воронеж-2009

003467038

Работа выполнена в Орловском государственном аграрном университете.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Павловская Нинэль Ефимовна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Защита диссертации состоится 24 апреля 2009 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.02 при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, Воронеж, Университетская пл., 1.

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке ГОУ ВПО «Воронежский государственный университет»

Автореферат разослан 20 марта 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Попов Василий Николаевич

кандидат биологических наук Семенова Елена Васильевна

Ведущая организация:

Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова

кандидат биологических наук, доцент

Брехова Л.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Особую важность имеет проблема, связанная с длительностью хранения и приемами, повышающими качество семян зернобобовых культур, как посевного материала, так и сырья для производства пищи и кормов. Несмотря на огромное стратегическое значение семян, в последние десятилетия, к сожалению, не занимаются вопросами формирования семян, накопления запасных веществ и особенно причинами низкой всхожести, изреженности посевов и как следствие снижающими продуктивность и урожай сельскохозяйственных культур [Павловская, 2006]. Вместе с тем, в последние годы произошла смена сортов важнейших культур на фоне нарушения среды обитания, изменения многих генотипов, часто с проявлением различных мутаций [Романюк, 1996, Зеленов, 2005].

Для восстановления и развития семеноведения - колыбели растениеводства необходимо вернуться к истокам и расширить круг исследований, направленных на изучение физиологии, биохимии семян новых сортов сельскохозяйственных культур, сохранения биологического разнообразия с привлечением современных методов анализа, диагностики устойчивости к биотическим и абиотическим факторам, способов регулирования онтогенеза, контроля качества и др.

Исследование физиолого-биохимических особенностей периода покоя, сроков хранения и влияния фитогормонов на прорастание семян гороха имеет большое значение в современной практике возделывания этой ценной сельскохозяйственной культуры.

Цель и задачи исследования. Целью работы явилось выявление изменений физиолого-биохимических характеристик в семенах разных по всхожести сортов гороха при хранении и воздействие на них экзогенных фитогормонов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Установить период покоя у семян разных сортов гороха.

2. Исследовать количественные изменения запасных веществ в семенах гороха, различающихся полевой всхожестью.

3. Изучить активность антиоксидантных ферментов в разных по всхожести семенах гороха.

4. Выявить влияние сроков хранения на энергию прорастания, всхожесть и запасные вещества семян гороха.

5. Исследовать влияние экзогенных фитогормонов на качественные показатели семян гороха и электрофоретические спектры белка.

6. Выявить взаимосвязь биохимических показателей семян гороха со всхожестью.

Научная новизна работы. В результате исследований выявлен факт наличия неполного периода покоя у семян гороха, длящегося от одного до четырех месяцев в зависимости от генотипа. Установлены оптимальные сроки хранения семян гороха с минимальным изменением качества, исследованы биохимические особенности различных по всхожести семян. Изучено влияние обработки семян экзогенными фитогормонами на изменение физиолого-биохимических характеристик. Исследован полиморфизм сортов гороха по электрофоретическим спектрам белков при прорастании семян.

Практическая значимость работы. Измерение активности компонентов антиоксидантной системы может служить диагностическим признаком для выявления периода покоя и сроков хранения семян гороха. Проведенные биохимические исследования сортового разнообразия гороха выявили основной потенциал биохимической изменчивости у семян и возможность отбора наиболее ценных образцов для селекции на качество. Материалы диссертации могут быть использованы в учреждениях селекционного профиля, а также при чтении лекций по физиологии и биохимии растений.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных, всероссийских, региональных конференциях. Результаты работы были представлены на региональной конференции «Вторые чтения, посвященные памяти Ефремова Степана Ивановича» (Орел, 2006), на XII общероссийской научной конференции «Державинские чтения» (Тамбов, 2007), на региональной научно-практической конференции «Вклад молодых ученых в реализацию приоритетных направлений развития АПК» (Орел,

2007), на 41 международной научной конференции «Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур» (Москва, 2007), на I международной Интернет - конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии» (Орел, 2008).

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, экспериментальной части, выводов, практических " рекомендаций, приложения, списка литературы, включающего 109 отечественных и 65 иностранных источников. Работа изложена на 147 страницах, иллюстрирована 26 таблицами и 20 рисунками.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в научно-исследовательской испытательной лаборатории ФГОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет» в течение 2005 - 2008 годов. Экспериментальные посевы были размещены в селекционном севообороте лаборатории селекции зернобобовых культур ГНУ ВНИИЗБК, на серых лесных почвах.

Диссертационная работа выполнена в рамках программы РАСХН 04.05.09.01. «Идентифицировать сорта гороха и гречихи охраняемые патентами по однородности и стабильности с использованием белковых и ДНК-маркеров и приемы повышения экологической устойчивости за счет биологически активных веществ».

Материалом для исследований послужили 12 образцов гороха, отличающиеся друг от друга по морфотипу (листочковые и безлисточковые), направлению использования (зерновое, зерноукосное, овощное), по срокам созревания (раннеспелые, среднеспелые, позднеспелые) и по полевой всхожести (высокая, средняя, низкая). Схема эксперимента представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема эксперимента

Содержание протеина в семенах гороха определяли методом Къельдаля [Ермаков, 1987]; активность ингибиторов протеиназ - казеинолитическим методом M.J1. Какейда [Бенкен, 1982]; активность катал азы в модификации А.И. Ермакова, активность пероксидазы - спектрофотометрическим методом по Бояркину [Ермаков, 1987]; активность супероксидцисмугазы -спектрофотометрическим методом [Giannopolities, Ries, 1977] на приборе, разработанном А.И. Гринблат [патент №2293969]; содержание крахмала -поляриметрическим методом; простых Сахаров - колориметрическим способом [Ермаков, 1987]; электрофоретический анализ запасных белков гороха проводили методом SDS-ПААГ электрофореза, в модификации ВИР [Конарев, 2000].

Статистическая обработка данных. Опыты проводили в 4-х кратной повторности. Для определения достоверности результатов применяли метод вариационной статистики. В таблицах и на рисунках приведены данные

типичных исследований, где каждое значение есть среднее арифметическое. Математическую обработку проводили Методом дисперсионного анализа [Доспехов, 1995] с использованием компьютерных программ «Microsoft Excel 2000», «Catalnfo».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Выявление периода покоя у семян разных сортов гороха

Горох характеризуется длительным сроком сохранения всхожести семян, однако ни период покоя, ни условия его регулирования, до настоящего времени не изучены. Установлено лишь, что при хранении семян в лабораторных условиях при температуре 18°С всхожесть составляет на 1 -5-й год - 90%, 6-8-й - до 87%, 9-й - 57%, 10-й - 47%, 11-й - 7%, 12-й - 0% [Дорф-Петерсон, 1920, Макашева, 1979].

Проведенные нами исследования показали, что энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян гороха через шесть суток после сбора урожая составили от 76 до 98 %, но затем при хранении от одного до четырех месяцев эти показатели снижались в зависимости от сорта (рис.2).

Уменьшение энергии прорастания, лабораторной всхожести сопровождалось появлением большого количества твердых и ненормально-проросших семян, что позволяет сделать предположение о наличие неглубокого физиологического периода покоя у гороха.

Темп

- энергия прорастания

100

40

2005

2006

2007

е-2008

месяц год

Рис.2. Изменение лабораторной всхожести семян гороха после уборки урожая и в течение трех лет хранения

Через пять месяцев хранения всхожесть увеличилась на 15 -'20% в зависимости от сорта, а в дальнейшем наблюдались колебания значений энергии прорастания и величин лабораторной всхожести. Так у всех сортов в январе-феврале каждого года исследования прослеживалось повышение энергии прорастания и лабораторной всхожести, а к августу-сентябрю их значительное снижение. Происходящие колебания энергии прорастания и лабораторной всхожести у семян гороха связаны с сезонными ритмами.

После трех лет хранения лабораторная всхожесть у гороха уменьшилась в среднем на 10 - 15%. Величина этого показателя составила для сортов Темп - 84%, Орлус - 84%, Спартак - 86%, Наташа - 85%, Орловчанин - 82%, Мультик - 82%, Аз-1420 - 81%, Зарянка - 72%, Изумруд -68%, Орел - 69%, Алла - 76%, Татьяна - 78%.

Таким образом, семена гороха обладают неглубоким физиологическим периодом покоя, длящимся от одного до четырех месяцев в зависимости от генотипа. Период покоя продолжался всего один месяц у сортов Алла, Орловчанин, Спартак, два месяца - Орлус, Наташа, три месяца - Изумруд, Орел, Зарянка, четыре месяца - Мультик, Татьяна, Аз-1420, Темп. В процессе хранения семян всех сортов гороха происходит определенное снижение значений энергии прорастания и лабораторной всхожести.

Изменение полевой всхожести семян гороха в процессе их хранения

Полевая всхожесть семян гороха в течение трех лет хранения снижалась в зависимости от сорта и метеорологических условий, складывающихся в период от посева до всходов (рис.3).

Сорта Темп, Наташа, Орлус, Зарянка, Алла оказались наиболее устойчивыми к срокам хранения, их полевая всхожесть уменьшилась незначительно. У сортов Орловчанин, Орел, Спартак, Татьяна, Аз-1420, Мультик полевая всхожесть снизилась на 5 - 12%, по сравнению с первым годом посева.

Обращает на себя внимание тот факт, что сорта Зарянка и Наташа, имеющие темноокрашенные семена, лучше сохраняют в полевых условиях высокую всхожесть.

сорта гороха

Рис. 3. Изменение полевой всхожести семян гороха в процессе хранения, %

Решающее значение в длительности сохранения всхожести семян гороха имеют сортовая специфика, а также погодные, агроэкологические факторы и условия хранения.

1Т Запасные вещества в семенах гороха в процессе хранения

В процессе хранения семян гороха содержание белка снижается незначительно у всех исследованных сортов в среднем на 1,26 %. ' • '' •

Наиболее «экономные» в отношении сохранения своего белкового потенциала оказались сорта гороха: Зарянка, Наташа, Орлус, показатель белка в них уменьшился всего на 0,56 - 1,80 %. Второе место занимают сорта Орловчанин, Аз-1420, Мультик, Орёл, Татьяна, Спартак, Изумруд. Их потеря белка составила 1,9 - 2,5 % соответственно. Сорта Темп и Алла обладают, видимо, более высокой интенсивностью дыхания, показатель количества белка снизился на 2,70 и 3,25 %. ■ '"

Более существенные изменения происходят в содержании крахмала (рис.4). Потеря крахмала в семенах гороха составила в среднем за три года хранения 5,29 %.

Наиболее устойчивые к действию времени оказались сорта Изумруд и Темп. Показатель количества крахмала в их семенах снизился всего на 2,43 % и 3,14%.

И 2005 ■ 2006 □ 2007

сорта гороха

Рис.4. Изменение содержания крахмала в семенах гороха, %

У сортов Наташа, Татьяна, Орлус, Спартак, Мультик, Орловчанин, Зарянка, Аз-1420, количество крахмала понизилось на 4,37 - 6,32%.

Сорта Алла и Орел оказались менее «экономичными» по сохранению крахмала в семенах и его содержание уменьшилось на 8,13% и 8,76%.

В процессе хранения семян гороха происходило в большей степени, уменьшение количества простых Сахаров, что объясняется, естественными тратами углеводов на дыхание и частичным разрушением низкомолекулярных фракций белка. Однако обнаруживается четкая зависимость интенсивности утилизации органических веществ от сорта гороха при длительном хранении.

Влияние сроков хранения на активность антиоксидантных ферментов в

семенах гороха

По мере старения семян их всхожесть и интенсивность дыхания падают, вместе с тем наблюдается увеличение активности супероксиддисмутазы в среднем за три года на 1,35 мл/мг (рис.5А).

Наиболее устойчивыми к действию времени оказались сорта гороха Орловчанин и Орел. У сортов Темп, Спартак, Наташа изменения более значимые. Активность супероксиддисмутазы повысилась в 7 - 7,5 раз, по сравнению со свежесобранными семенами. У сортов со средней и низкой полевой всхожестью всего в 1,3 - 2,7 раз.

и

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

сорта гороха В

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 сорта гороха

Рис. 5. Изменение активности антиоксидантных ферментов в семенах гороха, А - активность супероксиддисмутазы; Б - активность каталазы; В - активность пероксидазы: 1-Темп, 2-Спартак, З-Наташа, 4-Орлус, 5-Орловчанин, 6-Мультик, 7-Аз-1420, 8-Зарянка, 9- Изумруд, 10-Татьяна,

И-Орел, 12-Алла

Увеличение активности супероксиддисмутазы связано с накоплением супероксидрадикалов, инициирующихся при хранении и представляющих опасность для живой клетки [Ермаков, 2007].

Активность каталазы у большинства сортов при хранении уменьшается в среднем в 2 раза (рис. 5Б). Устойчивыми к действию времени оказались сорта гороха Татьяна и Алла. Их каталазная активность увеличилась в 2006 году на 12,3% и 5,6%. А через год (2007) величина данного показателя снизилась на 8,6% и 4,7%. < .

Понижение активности каталазы может иметь компенсаторный характер и является следствием повышения активности су пероксиддасмутазы.

Снижение активности каталазы приводит к накоплению пероксидов, необходимых пероксидазе для дезактивации низкомолекулярных антиоксидантов, способных реактивировать оксидоредуктазы [Медведев, 2004].

Значения пероксидазной активности при хранении семян изменялись в зависимости от сорта гороха (рис. 5В).

Постоянный рост активности пёроксидазы является показателем увеличения мощности высокомолекулярного сегмента антиоксидантной системы гороха. Снижение же активности каталазы и пёроксидазы, свидетельствует о прекращении каталитической деструкции перекисей в клетке.

Общая мощность естественной системы, обеспечивающей антиоксидантную защиту, уменьшается у гороха в процессе хранения, так как активные формы кислорода накапливаются с возрастающей скоростью и требуют адекватного ответа системы детоксикации антиоксидантов.

Изменение активности ферментов в процессе старения объясняется мутационными нарушениями первичной структуры молекулы фермента, либо постсинтетической модификаций белковых молекул [Павловская, 1987]. Это, в свою очередь, ведет к нарушению системы синтеза ряда ферментов, необходимых для регуляции процессов роста.

Анализ активности ферментов можно использовать в диагностических целях при выявлении серьезных нарушений целостного генетического аппарата, а также при подборе условий для длительного хранения семян.

Действие гиббереллина на полевую всхожесть семян гороха, хранившихся три года

Обработка семян гиббереллином с концентрацией увеличила

полевую всхожесть по сравнению с контролем у сортов Орел, Изумруд на 2%, Алла на 4%, Темп, Орловчанин на 6%, Татьяна, Аз-1420 на 8%, за исключением Спартак, Мультик, Зарянка (рис.6). Это, по-видимому, свидетельствует о том, что в данных семенах фитогормональный статус самодостаточен.

Сорта гороха Орлус и Наташа являются самыми отзывчивыми на действие гиббереллина, их полевая всхожесть превысила контроль на 10% и 16%.

сорта гороха

Рис.6. Влияние гиббереллина на полевую всхожесть семян гороха

Действие гиббереллина на горох более отзывчивых сортов заключается не только в повышении полевой всхожести, но и в увеличении роста клеток растяжением.

Влияние экзогенных фитогормонов на всхожесть и электрофоретические спектры белков семян гороха

Обработка семян гороха сортов Орлус, Орловчанин, Орёл гиббереллином увеличивает лабораторную всхожесть на 2 - 8%, а-нафтилуксусной кислотой на 4 - 10% по сравнению с контролем.

Действие фитогормонов сказывалось на росте и развитии проростков. Так, на восьмые сутки длина корешков в среднем превышала контроль на 0,5 - 4,7см в вариантах с а-нафтилуксусной кислотой и на 1,5 - 9,1см в вариантах с гиббереллином. Изменения длины побега проростков гороха по сравнению с контролем под влиянием нафтилуксусной кислоты составили 0,5 - 1,8см, а под действием гиббереллина - 0,5 - 2,5см в зависимости от сорта гороха.

Таким образом замачивание семян гороха в растворах гиббереллина и а-нафтилуксусной кислоте способствует повышению лабораторной всхожести, росту и развитию проростков.

Анализ электрофоретических спектров сортов Орлус, Орловчанин, Орел позволил провести их идентификацию и регистрацию и установить изменения в полипептидном составе белков семян гороха в процессе прорастания (рис.7).

££гки ЙЕ?

$*§' ■ 14

* я« ш и

2"! 4 5 Й 7 8 9 Ю ¡Н' ]ТЬ 14 ¡5 Орлус ' Орловчанин Орёл

1 2 3 4 5' <Г 71! '9 ¿0 .1112 13 14 Г5 Орлус Орловчанин Орёл

Рис. 7. Электрофоретические спектры белков семян гороха: 0 - соя; 1,6, 11 - контроль вода; 2, 7, 12 - а-нафтилуксусная кислота 10"4М; 3, 8,13 - а-нафтилуксусная кислота 10"5М; 4, 9,14 - гиббереллин 10"4М; 5,10,15 - гиббереллин 10"5М.

Наши исследования выявили различия в белковых спектрах сортов гороха при обработке фитогормонами, которые проявились по наличию-отсутствию компонентов, их интенсивности, количеству спектров характерных для образца и диапазону распределения позиций.

Под влиянием фитогормонов общее количество компонентов белка (табл. 1) во всех вариантах у Орлус и Орловчанин на 2 сутки прорастания семян снижается, на 3 сутки возрастает, на 6 сутки уменьшается. У сорта Орёл под действием гиббереллина и а-нафтилуксусной кислоты с концентрацией Ю^М общее количество компонентов белка на 1 - 3 сутки прорастания возрастает, на 6 сутки уменьшается. При обработке меньшей концентрацией фитогормона (10"5М) их число снижается в течение 6 суток.

Таблица 1.

Общее число компонентов белка в процессе прорастания семян гороха

Сорта гороха Вариант опыта Число компонентов белка

1 сутки 2 сутки 3 сутки 6 сутки

Орлус контроль 32 36 38 34

НУ К, 10-4 М 31 29 '37 26

НУК, 10"5 М 40 31 , . 41 37

Аз, 10"4М 38 36 40 33

А3, 10'5М 39 29 40 42

Орловчанин контроль 43 37 38 20

НУК, 10"4 М 42 39 45 34

НУК, 10"5 М 42 37 47 19

Аз, Ю"4М 40 35 49 23

Аз, КГ5М 41 34 47 36

Орёл контроль 41 38 45 28

НУК, 10"4 М 38 40 48 25

НУК, 10"5 М 36 36 32 . 24

Аз, 10"4М 41 34 47 31

Аз, 10'5М 41 33 32 27

Под влиянием а-нафтилуксусной кислоты и гиббереллина в процессе прорастания семян гороха наблюдается убыль идентичных контролю компонентов белка, но возрастает число. компонентов de novo, связанное с гормональной регуляцией.

В контроле у данных сортов число компонентов на 1 - 3 сутки прорастания возрастает, что можно объяснить гидролизом запасных белков. На 6 сутки у сортов Орловчанин и Орел число компонентов в два раза меньше, что, по-видимому, связано с вовлечением пептидов в синтез белков de novo.

При прорастании семян гороха увеличивается диапазон разгонки по всем образцам.

Сравнительный анализ электрофореграмм по изучению действия гиббереллина,, а-нафтилуксусной кислоты на полипептидный состав белков у исходных сортов позволяет выделить наличие общих спектров и специфических позиций.

Различия между белковыми спектрами в пределах одного образца, но обработанных разными концентрациями а-нафтилуксусной кислоты и гиббереллина, как правило, незначительны и выражались в наличии или отсутствии некоторых компонентов спектра, а также в их интенсивности.

Специфическая особенность действия фитогормонов состоит, по-видимому, в том, что у сорта Орлус а-нафтилуксусная кислота способствует снижению интенсивности синтеза белков de novo, а гиббереллин вызывает их индукцию, что отражается на увеличении всхожести и длины проростков. Аналогичные изменения прослеживаются у сорта Орел, но специфичность действия препаратов заключается в скорости биосинтеза белков. У сорта Орловчанин гиббереллин замедляет синтез низкомолекулярных компонентов, что снижает накопление белков de novo, а а-нафтилуксусная кислота повышает интенсивность синтеза средне и низкомолекулярных белков.

Представленные результаты свидетельствуют о существующей определенной общности механизма адаптации растений на воздействие фитогормонов, в результате чего индуцируются одинаковые белки, синтез, которых кодируется ядерным геномом. Однако при этом важную роль играет скорость индукции специфических пептидов, свойственных определенному генотипу на конкретной фазе прорастания под влиянием регуляторов роста.

Разработка биохимической матрицы генотипов гороха, различающихся по всхожести

Наши исследования показали, что отличия между сортами гороха, различающимися полевой всхожестью, по биохимическим параметрам

проявляются в абсолютных значениях. Преимущество одних изученных параметров компенсируется низкими значениями других (табл. 2).

Таблица 2.

Биохимические показатели семян сортов гороха, различающихся полевой всхожестью

Сорта гороха Белок, % Крахмал,% Простые сахара, % Активность СОД, мл/мг Активность каталазы, усл.ед. Активность пероксидазы, усл.ед. ТЙА, мг/г (%) ХНА, мг/г (%) Общее число компонентов белка

Высокая всхожесть 20,26 51,3 2,89 10,667 7.35 4,211 1.92 2,71

Средняя всхожесть 21.8Л 49.25 2,'25. 0,9731 7,0? | 4.77 1,7) 2,95 1

Низкая всхожесть 22.75 46,76 2,15 1.016 5,08 3,91 1,65 Д 1

Примечание:

высокие показатели - ■ЦН средние показатели -низкие показатели - | |

Анализ изменения биохимических параметров семян исходных сортов позволил выявить некоторые закономерности. Сорта с высокой полевой всхожестью характеризуются высокими показателями содержания крахмала, простых Сахаров, каталазной и трипсин ингибирующей активностями. Сорта с низкой полевой всхожестью имеют самые маленькие значения перечисленных показателей, но обладают большим количеством белка, высокой активностью супероксиддисмутазы и химотрипсин ингибирующей активностью. Сорта со средней полевой всхожестью по исследованным характеристикам ближе к сортам с высокой всхожестью. . . ■

Полученные данные дают основание говорить о возможности использования биохимических показателей семян для раннего выявления сортов с высокой, средней, низкой полевой всхожестью и сокращения сроков исследовательской и селекционной работы.

ВЫВОДЫ

1. Выявлено наличие неглубокого физиологического покоя, длящегося с августа по декабрь в зависимости от генотипа. Продолжительность периода покоя у семян гороха может варьировать от одного месяца (сорта Алла, Орловчанин, Спартак) до четырех (сорта Мультик, Татьяна, Темп).

2. Анализ важнейших биохимических характеристик семян гороха (содержание белка, крахмала, простых Сахаров) показывает их четкую связь с метеорологическими условиям и генотипическими особенностями. Установлено, что теплая и сухая погода способствует большему накоплению углеводов, а влажная и прохладная приводит к увеличению содержания белка. Чем выше полевая всхожесть семян гороха, тем меньше белка и больше крахмала и Сахаров.

3. Активность ингибиторов протеиназ обусловлена количеством белка в семенах гороха и не зависит от условий выращивания. Трипсин ингибирующая активность уменьшается у сортов с низкой полевой всхожестью, при этом величина химотрипсин ингибирующей активности увеличивается. Сорта с высокой всхожестью имеют низкую активность ингибиторов химотрипсина и высокую активность ингибиторов трипсина

4. Установлено, что сорта гороха с высокой полевой всхожестью обладают низкой супероксиддисмутазной, высокой каталазной и средней пероксидазной активностями. Сорта с низкой полевой всхожестью характеризуются слабой каталазной, пероксидазной и высокой супероксиддисмутазной активностями. У сортов со средней полевой всхожестью выявлены промежуточные значения активностей антиоксидантных ферментов.

5. При длительном хранении в семенах гороха происходит снижение энергии прорастания, лабораторной и полевой всхожести, содержания запасных веществ, активности ферментов (каталазы, пероксидазы, ингибиторов трипсина и химотрипсина), однако увеличивается супероксидцисмутазная активность.

6. Обработка семян гороха гиббереллином и а-нафтилуксусной кислотой с концентрациями 10"4 - 10"бМ повышает лабораторную всхожесть на 2 - 10%, полевую на 2 -16% и способствует прерыванию периода покоя у всех сортов.

7. Показано, что под влиянием экзогенных фитогормонов в прорастающих семенах гороха синтезируются общие и специфические пептиды, возрастает число компонентов белка de novo, а число идентичных контролю компонентов снижается.

8. Предложена матрица биохимических показателей семян гороха, которая может служить диагностическим признаком их скорости прорастания.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Следует учитывать оптимальные сроки хранения семян гороха в лабораторных условиях, составляющие два - три года в зависимости от сорта.

2. Рекомендуется использовать обработку семян гороха гиббереллином и а-нафтилуксусной кислотой в концентрации 10"4 - 1(Г6М для прерывания покоя и стимулирования всхожести.

3. Система на основе антиоксидантных ферментов (тест) может служить диагностическим признаком полевой всхожести семян гороха и использоваться селекционерами при создании новых сортов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Друшляк, Н.Г. К вопросу о сроках физиологического покоя семян гороха / Н.Г. Друшляк // Вторые чтения, посвященные памяти Ефремова Степана Ивановича: регион, сб. стат. - Орел: ОГУ, 2006. - С. 102-105.

2. Павловская, Н.Е., Друшляк, Н.Г. Влияние сроков хранения на содержание белка в семенах гороха, различающихся полевой всхожестью / Н.Е. Павловская, Н.Г. Друшляк // Научная жизнь. - 2007. - № 2 - С. 10-13.

3. Друшляк, Н.Г., Лазарева, Е.К. О проблеме жизнеспособности семян / Н.Г. Друшляк, Е.К. Лазарева // Державинские чтения: Материалы XII Общероссийской научной конференции. - Тамбов, 2007. - С. 26-28.

4. Друшляк, Н.Г. Влияние сроков хранения на всхожесть семян гороха. / Н.Г. Друшляк // Вклад молодых ученых в реализацию приоритетных направлений развития АПК: Региональная научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов сб.стат. — Орел: ОрелГАУ, 2007. - С. 44-46.

5. Друшляк, Н.Г. Содержание белка в семенах гороха различной полевой всхожести при их хранении / Н.Г. Друшляк // Агрохимические приемы рационального применения средств химизации как основа повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур: Материалы 41 международной научной конференции (ВНИИА). - М.: ВНИИА, 2007. - С. 256-258.

6. Павловская, Н.Е., Друшляк, Н.Г Влияние фиторегуляторов на период покоя семян гороха / Н.Е. Павловская, Н.Г. Друшляк // Научные записки ОГУ. - 2007. - № 2.-С. 100-101.

7. Друшляк, Н.Г Некоторые биохимические показатели семян гороха, различающихся полевой всхожестью / Н.Г. Друшляк. // Фундаментальные и прикладные исследования в АПК на современном этапе развития химии. Материалы I международной Интернет - конференции [сборник]. - Орел: ОрелГАУ, 2008. - С. 10-11.

8. Павловская, Н.Е., Друшляк, Н.Г. Соответствие полевой и лабораторной всхожести семян гороха и ее регуляция / Н.Е. Павловская, Н.Г. Друшляк // Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов: Межрегион, сб. научн. работ. Вып. 10. - Воронеж. ВГУ, 2008. - С. 196-200.

9. Павловская, Н.Е., Друшляк, Н.Г. Влияние фиторегуляторов на период покоя и электрофоретические спектры белка семян гороха / Н.Е.Павловская, Н.Г. Друшляк. // Хранение и переработка сельхозсырья -2008. - №9. - С. 25-27.

10.Друшляк, Н.Г. Сравнительное изучение сортов гороха по биохимическим показателям, полевой и лабораторной всхожести / Н.Г. Друшляк. // Научные записки ОГУ. - 2008. - № 2. - С. 6-9.

Статья № 9 опубликована в журнале, входящем в список ВАК.

Издательство Орел ГАУ, 2009, Орел, Бульвар Победы, 19. Заказ 35. Тираж 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Друшляк, Наталья Геннадьевна, Орел

Приложение 12

Активность пероксидазы в семенах гороха репродукция 2005 г., усл. ед.

Сорта гороха 2005 2006 2007

Высокая всхожесть Темп 4,33 4,19 4,95

Спартак 3,18 2,98 4,07

Наташа 3,46 3,28 2,66

Орлус 5,22 5,61 7,99

Средняя всхожесть Орловчанин 6,98 5,89 2,46

Мультик 4,77 4,43 4Д1

Аз-1420 4,89 6,22 4,62

Зарянка 3,06 2,88 1,39

Низкая всхожесть Изумруд 6,73 6,40 4,66

Татьяна 2,34 2,52 3,01

Орел 3,81 3,58 2,82

Алла 2,69 2,48 3,49

НСР05 0,86 0,99 1,72

Приложение 13

Влияние гиббереллина на полевую всхожесть семян гороха.

Сорта гороха Полевая всхожесть, %

контроль гиббереллин Аз, Ю-6

Высокая всхожесть Темп 70 76

Спартак 84 78

Наташа 76 92

Орлус 72 82

Средняя всхожесть Орловчанин 66 72

Мультик 84 80

Аз-1420 66 74

Зарянка 90 80

Низкая всхожесть Изумруд 74 76

Татьяна 66 74

Орёл 74 76

Алла 84 88

НСР05 1,87 0,76