Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние света разного спектрального состава на рост и гормональный комплекс листа растений

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние света разного спектрального состава на рост и гормональный комплекс листа растений"

ТОМСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.В.КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи УД{ 581.143.01/.07:577.175.1 582.4/.9-15

ГОЛОВАЦКАЯ ИРИНА ФЕОКТИСТОВА

ВЛИЯНИЕ СВЕТА РАЗНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА НА РОСТ И ГОИ-ЮНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ЛИСТА РАСТЕНИЙ

03.00.12 - физиология растений 03.00.05 - ботаника

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Томск - 1992

Работа выполнена в Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственном университете имени В.В.Куйбышева.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Карначук P.A. Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Тихомиров Александр Аполлинариевич кандидат биологических наук Курбатский Владимир Иванович Ведущее учреждение: Санкт - Петербургский государственный ■ университет.

Защита диссертации состоится июня 1992 г. в часов

на заседании специализированного совета К.063.53.08 по защите диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук в Гербарии им. П.Н.Крылова Томского государственного университета им. В.В.Куйбышева

634 050, Томск - 50, нр. Ленина., 36.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан мая 1992 г.

г

Учёный секретарь

специализированного совета, . С.И.Цитленок

кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРШЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Свет, как один из важнейших факторов внешней среды, помимо субстратной, выполняет и регуля-торную функции в растении (Воскресенская, 1975). Он выступает в качестве индуктора основных механизмов эндогенного регулирования. При этом изменение интенсивности и спектрального состава света вызывает определённые сдвиги в метаболизме и, соответственно, в интегральных процессах роста и продуктивности растений. В основном исследования по действию спектрального состава света на растения проведены с использованием красного и синего света (Клеинин, 1954; Wassink et al .,1956; Воскресенская, 1965; Лзман, 1972; 1Цульгин, 1973; Протасова, Кефели, 1982; Тихомиров и др., 1983, 1991). Недостаточно изучена регуляторная роль зелёного света, хотя з некоторых экологических нишах (плотные фитоценозы и водоёмы) доля его увеличена по сравнению с синим саетом и, по-видимому, он играетэажнуя роль ' в ростовых и продукционных процессах (Карначук, 1990).

В литературе обсуждаются пути регуляторного действия света на растение. Специфическим моментом фоторегулирования считают взаимодействие фоторецептора со светом и способ передачи светового сигнала через этот пигмент в основные каналы регуля-торннх систем растения. Для восприятия отдельных участков спектра ФАР предполагают существование в растении разных фоторецепторов. Вероятными акцепторами cimero света считают флавины и каротиноиды (Kcmallik , 1967), а красного - фитохром ( Mohr, 1977). Мало исследований по фоторецепции зелёного света (Карначук и др., 1978; Зайцева и др., 1982), Возможно, что его регуляторная роль проявляется через фитохромную систему.

Обсуждается также участие фитогормонов в цепи реакций, ведущих от поглощения света к морфогенезу растений. Показано опосредованное светом действие отдельных растительных гормонов на процессы роста и морфогенеза растений (pietcher.Za-li, 1964; Kohler , 1966; Hegbi et al 1968; Кефели, 1975; Cooke st al-, 1975; лао , 1982 и др.). Вместе с тем, практически нет исследований, в которых был бы использован системный подход к одновременному анализу процессов роста и баланса гормонов листа растений при длительном действии света разного спектрального состава.

- г -

Цель и задачи исследования. Целью работы было сравнительное изучение роста и состояния гормонального комплекса листа растений в процессе его формирования на синем, зелёном и красном свету, а также исследование возможности участия фитохромной системы в регуляции гормонального баланса листа при освещении растений синим и зелёным светом.

В соответствии с целью исследования решали следующие задачи:

1. Изучить рост листа (размеры, биомасса) растений на свету разного спектрального состава.

2. Провести анализ анатомической структуры листа (число и размеры клеток мезофилла) исследуемых растений.

3. Провести комплексный аналис уровня (активность и содержание) фигогормонов листа растений при деэтиоляции.и адаптации к свету разного спектрального состава.

4. Выяснить роль фитохрома в регуляции уровня гормонов листа растений на свету разного качества.

Научная новизна и практическая ценность работы. В настоящей работе впервые проведён сравнительный анализ роста листа растений в условиях длительной адаптации однодольных и двудольных к синему, зелёноцу и красному свету. При этом пока-' зано, что степень прироста листа зависела от длины волны облучающей ФАР, На красном свету в большей степени, чем на синем и зелёном, увеличивалась площадь и биомасса листа и число клеток мезофилла на лист (в основном за счёт палисадной паренхимы). Меньшая биомасса листа растений на зелёном свету, по сравнению с другими световыми вариантам!;, связана с меньшим числом и размерами клеток палисадной паренхимы и образованием более крупных межклетников.

. Установлено, что в основе неоднозначных ростовых ответов листа, возникающих под действием света разного спектра-, льиого состава, лежит изменение баланса гормонов. Впервые показано, что в зависимости от спектрального состава света в листе одновремешо изменяется активность, содержание ос--, НОБ1ШК групп фитогормснов и их соотношение.

Приоритетами являются исследования комплекса гормонов (гмббередл;шы,цитокинины, МУК и АБК) в листьях растений на свету разного спектрального состава и реакции гормонального баланса на действие дальней красной радиации. Последние по-

каэали возможность участия фитохрош в качестве фоторецептора зелёного света.

Полученные данные позволили сформулировать концепцию о функционировании в листе различных фоторегуляторных систем, контролирующих его рост и определяемых светом разного спектрального состава.

Результаты и выводы проведённой работы расширяют знания о гормональной регуляции роста листа : на свету разного спектрального состава. Принципиально важным для понимания механизмов саморегулирования жизнедеятельности растений является заключение об участии в фоторегуляторных системах всех компонентов гормонального комплекса. Оценка закономерностей роста и продукционного процесса в зависимости от спектрального состава света позволяет понять механизмы действия света и даёт возможность для поиска путей повышения продуктивности растений в условиях закрытого грунта. Индикатором адаптационных изменений всего растительного организма может выступать светозависимый орган - лист.

Полученные новые данные о физиологических основах адаптации растений на уровне листа -к свету разного качества внедрены в общие курсы физиологии растений для биологов и физиологии с основами биохимии для почвоведов на бполого-почвенном факультете Томского университета (акт о внедрении от 29 апреля 1988 г.). ~

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании по взаимосвязи-дыхания и фотосинтеза в ассимилирующих клетках и органах (Томск, 1986); УШ делегатском съезде Всесоюзного Ботанического общества (Алма-Ата, 1988); Всесоюзных конференциях по регуляторам роста и развития растений (Киев, 1988) и "Первичные процессы фотосинтеза и механизмы их регуляции"-(Ужгород, 1988); I Всесоюзной школе-семинаре "Иммунофермент-ный анализ регуляторов роста растений: Приложение к физиологии растений и экологии" (Уфа, 1989); 2-ом съезде Всесоюзного общества физиологов растений (Минск, 1990); Всесоюзном совещании "Спектральный состав света и продукционный процесс в управляемых условиях" (Красноярск, 1990); Всесоюзных и региональных конференциях молодых учёных (Томск, 1985, 1986; Уфа, 1987; Казань, 1988; Пущино, 1988; Минск, 1990).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 12 работ. ..

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и,методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 25 рисунков. Список литературы включает 209 наименований, из которых 118 на иностранных языках.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования служили виды однодольных ( Avena sativa L. сорта Таёжный) и двудольных ( Phaseolus vulgaris Ь., сорта Белозёрная и Lychnis chalcedonica L ., содержащий фитоэкдистероиды и представляющий интерес для медицины и сельскохозяйственной практики) растений.

Растения лихниса хальцедонского и овса длительно выращивали из семян как почвенную культуру в фитотроне (ИФР АН СССР, Москва) с дневной температурой 23° и ночной - 19°, при влажности в камерах 75 % . Источниками света служили люминесцентные лампы ЛС-150 (синие, с макс. 440 - 460 нм), ЛЗ-150 (зелёные, с макс. 510 - 550 нм), ЛК-65 (красные, с макс. 640 - 660 нм) и ДД-150 (белыэ) . Свет был вьфавнен по числу па-

дающих квантов (19,7 • Ю^квант'см'^'с"*), что соответствовало 04, 76 и 60 Вт'м-** синего, зелёного и красного. Продолжительность светового периода составила 16 часов.

В опытах по деэтиоляции 8 дневных проростков овса и Ю дневных проростков фасоли, выращенных во влажной камере, использовали свет, выделенный с помощью интерференционных светофильтров с макс.' 436 , 653, 670 нм и полушириной пропускания 7 - 14 нм от проекционной лампы накаливания мощностью 400 Вт. Дальнюю красную радиацию снимали 0,2 % раствором сернокислой меди. В опытах при исследовании действия света на гормональный баланс листа через фитохромную систему применяли свет с макс. 748 нм. При освещении этиолированных растений свет был выравнен по поглощённым квантам и его интенсивность составила соответственно 2,1, 3,3 и 2,8 Вт'м"2 синего, зелёного и красного. Для-снятия фитохромного эффекта применяли свет 1,29 Бт'кГ^. После I, 5 и 30 минутного освещения растения выдер--' живали в темноте 30 мин (при определении гормонов) и 24, 48ч

(при измерении длины и площади листа).

Выращивание зелёных 10 дневных проростков фасоли проводили в камерах с люминесцентными лампами ЛК-40 (красные), JI3-4Q )эелёные) и_ДЦ-40 (белые). Свет выравнен по падающим

квантам (Й.Эо'Ю*0 квант), что соответствовало 9 и

2

11,4 Вт'м красного и зелёного.

При взятии образцов у овса и фасоли использовали первый лист, у лихниса - молодой и взрослый лист седьмого яруса. Для определения возраста листа лихниса изучался график формирования листа по площади листовой пластинки ( макзугао-wych , 1958; Васильев и др., 1974; Мокрокосов, 1981)."Молодой", растущий, лист имел пластинку 1/2 -2/3 окончательного размера. "Взрослый", закончивший рост, лист был с полностью сформированной пластинкой.

Площадь листьев определяли весовым методом.

Структурную организацию мезофилла изучали при микроско-пировании поперечных срезов и мацератсв высечек листа (Цель-никер, 1976; Мокроносов, Борзенкова, 197В). Для подсчёта числа клеток высечки из листьев общей площадью 3,8 см*" фиксировали этанолом, а-затем мацерировалн в 2,5 и HCl при температуре 90° (15-20 мин). Суспензию мацерата доводили до 5 мл и подсчитывали число клеток в камере Горяева (не менее 16 камер). Для измерения клеток палисадной паренхимы приготавливали с помощью замораживающего микротома срезы, перпендикулярные плоскости листовой пластинки. На каждом срезе, помещённом в глицерин, измеряли высоту и ширину 10 клеток при помощи окуляр-микрометра (увеличение 40 х 12), всего не менее 50 клеток. Объём клеток вычисляли по формуле объёма цилиндра с введением поправочного коэффициента (Цель-никер, 1978).

Для выделения гормонов растительный материал фиксировали жидким азотом с последующей лиофилиэацией (лихнис) или спиртовой экстракцией (овёс, фасоль) (Кефели, Турецкая, 1966; Плотникова, 1977). Выделение свободных и связанных ауксинов и-ингибиторов кислой природы проводили по методикам В.И.Кефе-ли с соавторами (1966, 1973) и Ф.М.Шакировой с соавторами (1986). Фракцию гиббереллиноподобных веществ из листьев лихниса и овса выделяли по методике В.Н.Ложниковой с соавторами (1973), а свободную и связанную фракции гиббереллинов овса и

фасоли - по методике (Вольиец, 1976; Власов и др., 1979), Определение цитокининов в растительном материале осуществляли по методике Б.А.Негрецкого с соавторами (1984, 1985, I98B).

Очистку эфирных экстрактов проводили хроматографировани-ем на бумаге иг- 4 ("putrak ", ГДР) для определения ауксинов в системе растворителей иэопропанол - аммиак - вода (10: :1:1), для гиббереллинов- иэопропанол - вода (5:2) и на тонкослойных пластинках "silufoi uv - 254", 20 х 20 см (ЧССР) для определения ауксинов в системе растворителей хлороформ--этилацетат - уксусная кислота (100:100:1), для гиббереллинов - хлороформ - этилацегат - уксусная кислота (70:30:5), для цитокининов - н-бутанол - аммиак - вода (86:5:9) ( Atzorn , 1983).

Идентификацию веществ на хроматограммах и построение калибровочных графиков осуществляли по стандартным метчикам ИУК ("Serva", SPD, АБК, зеатин и рибозид зеатина ("Signa США),, и TAj, ГА^ г, и ГАд, любезно предоставленным А.В.Холодарь (институт цитологии и генетики СО АН СССР, г.Новосибирск).

Биологическую активность ауксинов и ингибиторов кислой природы определяли rio степени удлинения отрезков колеоптилей пшеницы обыкновенной сорта Альбвдум-43 и Скала (Кефели и др., 1973). Активность гиббереллинов оценивали по биотесту на рост гипокотилей салата сорта Берлинский (Муромцев, Агнистикова, 1973) и измерению активности et- амилазы в алейроновом слое ячменя сорта Гималайский ( Chrispeels, Varner , 1967). Прирост выражали в % к контролю на 2 % сахарозе (колеоптильный биотест) и на воде (гипокотильный и амилазный биотест).

Количественное определение ИУК, АБК и цитокининов осуществляли с помощью жидкостной хроматографии высокого разрешения (ВЭМХ) на колонках хроматографа " Pye Unicam 4000" (Англия), наполненных силикагелем с нанесённой обращаемой фазой Cjg и твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) на полистироловых планшетах (Негрецкий, 1987; Кудоярова и др., 1986). Идентификация пиков проводилась методом внутрен-. них стандартов, а количественное определение - методом абсолютной калибровки.

Повторность всех опытов 3-5 кратная. Данные обработаны статистически и представлены в таблицах в виде средних величин со стандартными ошибками. Для графиков показан довери-

тельный интервал. Для расчётов числа и размеров клеток была составлена программа для м;пш-ЭЬМ "Электроника ДЗ-28", которая прилагается к диссертации.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОВСУВДЕНИЕ

ВЛИЯНИЕ СВЕТА РАЗНОГО СПЙСГРАЛЬНОГО СОСТАВА' НА РОСТ ЛИСТА

Приспособление растений к условиям освещения (при прочих равных факторах внешней среды) осуществляется через координацию ростовых реакций его органов. Так, наиболее зависимый от света орган - лист - изменяет свои размеры и структуру. В результате исследований процессов роста листа на све у разного спектрального- состава обнаружено, что при адаптации к красному свету лихниса и овса формировалась наибольшая листовая пластинка как по площади, так и сухой массе. Рост листа определялся активным и продолжительным клеточным делением (табл.1) .

Таблица I

Площадь и сухая биомасса листьев лихниса на свету разного качества

Свет Площадь, см2 Сухая биомасса, г х Ю-3 УПП

Синий 3,4 + 0,2 9,2 + 0,5 0,29 .

Зелёный 3,7 + 0,2 8,8+0,7 0,23 .

Красный 4,3 + 0,3 12,2 + 0,8 0,32

Белый 3,5 + 0,3 10,0 + 0,8 0,30

Наименьшая площадь листа у всех исследуемых видов растений была на г-инем свету. Однако, в молодом листе лихниса шло активное деление клеток, а в листе овса этот процесс ингиби-ровался на самых ранних этапах его роста (3 сутки).

На зелёном свету по сравнении с другими световыми вариантами замедлялись процессы деления и растяжения клеток как у однодольных, так и двудольных растений(табл. 2, 3). Общее число клеток в молодом листе лихниса составило 76 % от варианта ни синем свету, а размеры клеток палисаддой паренхимы были наименьшими.

Дифференциация мезофилла листа лихниса на губчатую и палисадную паренхиму также зависела от спектрального состава ФАР. В листе на синем свету наблюдали большее число клеток губчатой ткани в единице площади листа по сравнении с другими вариантам!.

Таблица 2

3 3

Объём клетки палисадной паренхимы листа лихниса, мкм х 10

Свет Молодой лист • Взрослый лист

Синий Зелёный Красный Белый 10,49 + 0,40 7,44+0,41 9,24 + 0,38 9,98 + 0,45 23,74 + 1,15 12,63 + 0,61 15,51 + 0,81 12,73 + 0,98

Число клеток Таблица 3 в листе лихниса на свету разного качества, х ю'

Свет. Молодой лист Взрослый лист

Тип ткани

губчатая столбчатая губчатая столбчатая

Синий Зелёный Красный Белый 3,0+0,48 4,2+0,52 2,44-0,02 3,0+0,01 ' 1,8+0,02 ' 4,8+0,11 2,4+0,06 3,4+0,07 2,6+0,11 2,4+0,07 1,3+ 0,07 1,7+0,04 1,1+0,05 3,1+0,16 1,6+0,03 1,8+0,03

На красном свету отмечено наибольшее число клеток, образующих палисадную паренхиму. В то же время на зелёном свету число клеток палисадной паренхимы было наименьшим.

Накопление биомассы листом растений также зависело от спектрального состава ФАР. Красный свет способствовал увеличению массы сухого Еещества для листьев всех видов. На зелёном свету как молодой, так и взрослый лист лихниса имели наименьшую величину сухой массы и малую удельную поверхностную.плотность (табл.1, УГШ). Лист овса накапливал одинаковую суху-л массу на зелёном и синем свету.

Регуляторное действие света разного качества, обнаруженное при длительном выращивании растений, проявляется и при кратковременном освещении. Красный свет изменял скорость роста листа овса и фасоли, увеличивая листовую поверхность в последующей за -облучением 24 часовой темноте. После действия зелёного света скорость роста листа обоих-видов сохранялась на уровне этиолированного листа того же возраста. Однако, обнаружены таксономические различия в ростовых реакциях листа овса и фасоли на импульсное облучение синим светом. Импульс синего света не изменял скорость роста листа фасоли, но активировал

рост листа злака в первые 24 ч темноты. Поскольку обнаружена неоднозначная ростовая реакция листа на свет разного спектрального состава, встаёт вопрос о его действии на эндогенную систему регуляции, включающую гормональный комплекс и систему фоторецепторов.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СВЕТА И ГОРМОНЫ ЛИСТА

Гормональная регуляция занимает важное место в системе контроля жизнедеятельности растений как на уровне целого организма, так и на уровне отдельных органов, в том числе и листа. Однако, недостаточно изучено действие света разного спектрального состава на гормональный баланс листа растений.

Состояние гормонального комплекса при деэтиоляции листа.

Удобной моделью для исследования взаимодействия свет-фито-гормоны является деэгиоляц;« злаков и бобовых, исключающая фоторецепторы - зелёнке пигменты и влияние трофической регуляции, обусловленной особенностями фотосинтеза и метаболизма растений на изучаемом участке спектра ФАР.

Ауксины. Анализ первых этиолированных листьев 8 суточных проростков овса к 10 суточных проростков (фасоли показал наличие свободной и связанной ¿1УК, при этом содержание свободных форм в два раса превышало связанные (табл. 4).

Таблица 4

Содержание >1УК в первом листе фасоли и овса при деэтиоляции на

свету разного качества

Вариант ' опыта Фасоль Овёс

ИУК, мкг'г 1 сырой массы •10'^

свободная связанная свободная связанная

Темнота 38 + 3,0 19 + 1,0 50,0 22,3

Синий 14 + 0,6 13 + 0,7 62,9 201,3

Зелёный 16 + 1,6 II + 0,3 65,0 68,5

Красный 34 + 3,0 16 + 1,8 0,4 59,4

Примечание. ИФА. Схема облучения:30 мин света+30 мин темноты.

В процессе деэтиоляции проростков на свету разного спектрального состава (через 30 мин освещения) увеличивалось содержание связанных форм в листе овса , но сохранялось в листе фасоли. Облучение синим и зелёным светом снижало содержание сво-

бодной ИУК в листе фасоли по сравнению с темновым контролем, ро не изменяло содержание и активность этого гррмона в листе овса. Отмечена разная реакция листа овса и фасоли на действие красного света. В листе злаковых происходило падение уровня активности и содержания свободных форм ИУК, а в листе бобовых - не наблюдалось изменений в уровне этого гормона.

Гиббереллины.'Исследование растений овса 40 дневного возраста показало наличие разных групп эндогенных гиббереллинов, среди которых определены ГАд, ГА4 и ГАг, (рнагХв е-Ъ а1., 1981). Нашими опытами показано изменение активности этих групп гормонов при деэтиоляции листа овса на свету разного качества и обнаружен ГАд• Этиолированный лист имел свободные ГА| д с активностью 120 %. Красный свет (I мин экспозиция) повышал её более чем на 40 % (табл.5). С увеличением экспозиции красного света проявлялась активность свободных ГАд $ ГА^ у, отсутствующих в этиолированных листьях.

Кратковременные экспозиции синего света при деэтиоляции листа овса способствовали увеличению активности ГА^ у,ГАд. При этом активность этих гормонов возрастала с увеличением продолжительности освещения. Действие зелёного света на гиббереллины обнаружили после получасовой экспозиции : появлялась активность ГАд.

Изменения качественного состава гиббереллинов обнаружены и при деэтиоляции листа фасоли на свету разного спектрального состава. Этиолированный лист фасоли содержал несколько гиббереллинов: Г'А| з в свободной и связанной форме, ГА^ у и ГАд - только в связанной форме. Деэтиоляция на свету разного качества неоднозначно изменяла актиьность гиббереллинов листа. При минутной экспозиции синего света увеличивалась активность ГА^ г, и снижался уровень ГАд. Красный свет повышал активность связанных форм ГА^ у при сохранении темнового уровня ГА| д. Импульс зелёного света, в отличие от других участков спектра ФАР, снижал активность свободной ГА^ д, значительно повышая при этом уровень связанной формы ГА^ д и.ГА^ у и свободной ГАд.

Таким образом, свот разного спектрального состава неоднозначно действовал на комплекс гиббереллинов. Однако, в листе обоих видов синий свет активировал ГА^ у, 'зеленый - ГАд, а на красном была активна группа ГА^- 3.

Цитокинины. В этиолированном листе овса обнаружили зеатин

Таблица 5

Активность свободных гиббереллинов листа овса при деэтиоляции

Вариант опыта Время, мин ГА1,3 ГА4,7 ' ГАд

Темнота - 120,0' + 15,75 68,8 £ 15,75 95,5 + 9,25

Синий I 120,2 + 9,33 129,3 + 9,00 100,0 + 4,15

5. 116,6 + 16,58 107,3 + 6,50 122,0 + 9,50

30 123,0 +• 7,50 160,5 + 25,25 178,5 + 10,50-

Зелёный Г 109,3 + 5,75 86,8 + 10,52 97,1 + 7,16

5 95,3 + 7,14 107,3 5,25 93,4 + 9,30

30 94,1 + 8,20 96,7 + 6,10 120,8 + 8,25

Красный I 169,3 + 8,25 118,8 13,25 123,2 + 14,24

5 134,4 + 13,06 118,8 + 7,50 127,0 + 8,00

30 154,5 + 8,00 113,0 + 8,00 109,3 + 8,75

Примечание. Схема опыта : свет+30 ¡,шн темноты. Биотест: прирост гипскотилей салата, % к контроле на воде.

и рибоэид зеатина. При деэтиоляции листа зеатин либо отсутствовал (красный и зелёный свет), либо находился в слрдовых количествах (синий свет). Уровень рибозида зеатина после действия синего и красного света увеличивался в два раза по сравнению.с содержанием гормона в этиолированном листе (28 мг'г" сырой массы). Зелёный свет (30 мин экспозиция) не оказывал влияние на содержание, рибозида зеатина в листе овса.

Абсциз'овая кислота. В этиолированном листе овса отмечено низкое содержание свободной формы АБК, Кратковременное действие . света отдельных участков ФАР неоднозначно изменяло/соличество и активность этого ингибитора роста. Зелёный свет (30 мин экспозиция) повышал содержание свободной АБК, в то время как синий и красный свет не изменял количество гормона, но активировал его в . биотесте.

При исследовании уровня АБК в этиолированном листе фасоли обнаружено высокой содержание свободных и связанных форм. Способность к синтезу большого количества АБК в темноте наблюлдт у листьев фасоли и другие авторы ( Раггу, Ногаев , 1550). Деэ-тиоляция проростков фасоли' на синем, зелёном и красном свету (I мин) сопровождалось снижением содержания свободной АБК в первом листе по сравнению с темноэнм контролем . Однако, увеличе-

ние экспозиции крачого света до 30 минут превышало уровень свободной формы ингибитора(табл. 6). -

Таблица 6

Содержание свободной АБКв первом листе фасоли и овса на свету разного спектрального состава, мхг'г"^ сырой массы

Вариант Фасоль Овёс

опыта -

Продолжительности освещения

30 мин 10 сут по 16 ч 30 мин

Темнота 0,78 + 0,03 0,042

Синий 0,56 + 0,01 — 0,035

Зелёный 0,30 + 0,02 1,62 + 0,05 0,090

Красный 1,49 + 0,03 ■ 4,34 + 0,13 " 0,030

Белый 1,34 + 0,03 _

Примечание. ВЗЖХ

Гормоны листа при длительной адаптации растений к свету разного качества.

.Если при дезтиоляции растений происходят быстрые изменения гормонов, связанные с взаимопревращениями их свободных: и связанных форм, то при длительной адаптации к свету разного спектрального состава осуществляются глубокие перестройки метаболизма, что определяет синтез de novo разных групп гормонов.

Ауксины. При выращивании проростков фасоли на зелёном свету происходило значительное снижение свободных и связанных форм ИУК по сравнению с этиолированным листом того же возраста. На юту других участков спектра уменьшалось количество ПУК в свободном состоянии. Смена условий освещения изменяла отношение свободных и связанных форм МУК в листе фасоли. Для этиолированного листа оно было равно 2., Кратковременное облучение светом Я мин) разного спектрального состава увеличивало отношение свободных форм гормона к связанным, а длительное - снижало. 3 итоге, в этиолированном листе и листе, облучёшом светом короткой экспозиции (исключая 30 дан синего света), преобладала свободная форма ИУК, .тогда, как в зелёном листе - связанная,

Особенности действия света разных участков ФАР на состояние гормональных веществ ауксиновой природы показаны нами и на

примере лихниса хальцедонского. В молодом листе на синем свету отмечена высокая активность свободных ауксинов, которая эквивалентна 10~® моль "л"''' ИУК. В онтогенезе листа растений, выросших на зелёном и красном свету, активность ауксинов уменьшалась.

Гиббередлины. При длительном выращивании проростков фасоли на зелёном свету в листе сохранялась активность свободной ГА]- з и связанной ГАд, обнаруженных в этиолированном листе, Кроме того, появлялась связанная ГА^ г,. Красный свет повышал уровень активности связанной ГА| д, по сравнению с этиолированным листом, и способствовал образованию свободной ГА^ 7.

При исследовании лихниса хальцедонского в молодых листьях на красном свету обнаружена наибольшая суммарная активность свободных гиббереллиноподобных веществ - 40 % . Формирование меньшей листовой пластинки на синем и зелёном свету происходило на фоне низкой активности свободных гиббереллинов в молодом листе.

Цитокинины. Исследования цитокининов при длительной адаптации растений лихниса к свету разного качества показали различное содержание рибозида зеатина при отсутствии зеатина. Адаптация к синему свету, по сравнению с зелёным и синим, приводила к повышению уровня рибозида зеатина в молодом листе. Высокое содержание этого гормона, по-видимому, и определяло активное деление клеток листа лихниса, формирующегося на коротковолновом участке ФАР.

Абсцнзовая кислота. При длительном выращивании проростков фасоли на свету разных участков ФАР происходило увеличение уровня свободной АВК в листе по сравнению с темновым контролем, по-видимому, за счёт высвобождения из связанных форм, уменьшающихся на свету. Наблюдалась положительная корреляция в изменении листовой поверхности и количеством АВК на свету разных участков ФАР. Наибольшему увеличению площади листа на красном свету соответствовало и большее содержание гормона {табл.6).

Для молодого листа лихниса отмечено повышение активности ингибитора роста на длинноволновом участке ФАР 0,8 - 0,9 ). С прекращением роста листа активность АБК увеличивалась на всех участках спектра.

Таким образом, обнаружено регуляторное действие света резного спектрального состава на формирование гормонального стату-

са листа. При определённой видоспецифичности в реакции растений на качество света, отмечены и общие закономерности в формировании баланса гормонов. Синий свет контролировал уровень ГА4 у, ИУК и рибозида зеатина, зелёный - PAj 3 и ГАд, красный - ГА^ 3, ГАд и АБК. Исходя из результатов исследования, можно предполагать наличие у растений, одних и тех же рецепторов (в том числе фитохром) для света разной длины волны.

К ВОПРОСУ О ФОТОРЕЦЕПТОРЕ

Фитохромзависимые изменения активности гормонов исследовались в основном для гиббереллинов на красном свету. Однако известно, что в стационарном состоянии'активная форма фито-хрома образуется и на других участках спектра (üohir , 1970). Возможно, что происходит активация и фитогормонов иной природы.

В результате исследований на красном свету обнаружен фи-тохромный контроль уровня двух гиббереллинов - FAj 3 и ГА^ у (свободные формы). При этом для восстановления уровня ГА^ 7 до темнового контроля достаточно было 5-минугной экспозиции на дальнем красном свету, в то время как для TAj 3 было неоходимо более длительное воздействие длинноволнового красного света. Дальний красный свет (ДКС) " отменял" действие зелёного света на уровень активности TAj 3, ГА^ у и ГАд. Эти данные подтверждают предположение о существовании фотоконверсии фитохрома из неактивной формы $к в активную Фдк на зелёном свету (Карначук, и др., 1978; Зайцева и др., 1982). ДКС обращал также эффект cimero света для FAj 3 и ГА^ 7, что показывает возможность, наряду с фоторецепторами синего света, участие фитохрома в контроле гормонального статуса листа растений на этом участке спектра ФАР.

При исследовании содержания ингибитора роста обнаружили, что снижение свободной формы АБК после действия света разного спектрального состава обращалось ДКС. Однако, если действие красного света полностью снималось ДКС, то зелёного - только наполовину. Содержание свободной АБК на ДКС после импульса omero света превышало темновой контроль в два раза. Наблюдаемое обращение эффектов синего, зелёного и красного света дальним красным светом говорит об участии фитохрома в регуляции уровня ингибитора роста. Различия в ответе на качество света могут быть связаны с неодинаковыми пороговыми дозами каждого из действующих лучей и участием других фоторецепторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые наш исследования показали многостороннее регуляторное действие света разного спектрального состава на рост листа однодольных и двудольных растений. Оно зависело от' длины волны я продолжительности излучения (в "физиологическом" диапазоне интенсивности ФАР) и влияло как на площадь,.сухую массу и мезоструктуру, так и на гормональный статус листа.

Особенности ответных реакций растений при длительном дейт ствии света разного качества проявляется на разных уровнях организации. Красный свет стимулирует увеличение размеров и биомассы листа растений по сравнению с синим ч зелёным светом. На зелёном свету наблюдается снижение биомассы листа, связанное с торможением ростовых реакций на клеточном уровне: уменьшением числа и размеров клеток палисадной паренхимы и образованием крупных' межклетников.

Установлено изменение гормонального статуса листа при формировании его на свету разного качества. При этом меняется соотношение стимуляторов и ингибиторов роста, их количественный и качественный состав. Разный гормональный комплекс листа, по--видимоцу, лежит в осПове неодинаковых ростовых реакций листа (табл. 7). ,

. Таблица 7

Изменение уровня свободных гормонов и роста первого листа растений при кратковременном и длительном освещении светом разного качества (к темноте)

£асоль Овёс

Продолжительность освещения

Гормоны 30 глин 10 сут по 16 ч 30 мин

СС X КС ЗС КС. СС X КС

РЗ + о +

иук - о - - + +

ГА1,3 0 0 0 +

га4 7 - + + 0 ■ +

ГАс> 0 0 + + 0

абк + + + - +

рост 0 0 + ++ ++ + 0 +

(+)-активируюцее действие света,(о)- отсутствие действия, (-)-ингибнрование.

Так, больпгч листовая пластинка растений, сформированная на красном свету, положительно коррел1фует о активностью гиббереллинов. Повышение скорости роста листа злака после освещения синим и красным светом сопровождается возрастанием уровня рибозида зеатина и ГА^ ^ при снижении уровня АБК (табл. 7). Увеличение площади листа фасоли коррелирует с повышением ' уровня АБК и ГА^ г?. Активное клеточное деление листа лихниса на синем свету отмечено при высоком фоне цитокининов и ауксинов, тогда как относительное замедле ие ростовых процессов на зелёном свету связано с иным набором ауксинов и гиббереллинов и низким содержанием цитокининов.

Анализ полученных данных показывает, что на уровне листа функционирую- фоторегуляторные системы роста, зависимые от спектрального состава света , который возбуждая фоторецепторы, активирует гормональный комплекс .

ВЫВОДЫ

1. Свет разного спектрального состава регулирует рост листа растений овса, фасоли и лихниса хальцедопского. При длительной адаптации к красному свету формируется наибольшая листовая пластинка как по площади, так и по биомассе, на синем формируется лист с наименьшей площадью.

2. Кратковременное действие света разного качества на . этиолированные проростки также проявляется в изменении скорости роста листовой пластинки. После действия красного СЕе-та ускоряется рост листа овса и фасоли в темноте (24 ч). Зелёный свет не изменяет рост этиолированного листа овса и фасоли.

3.. Действие света на рост листа исследовано на клеточном уровне. На зелёном свету в единице поверхности листа уменьшается общее число клеток и размеры клеток палисадной паренхимы. На красном свету отмечено наибольшее число клеток на лист овса и в палисадной паренхиме листа лихниса.

4. В основе регуляторного действия света разного спектрального состава на рост листа лежит изменение его гормонального комплекса, проявляющееся в одновременном изменении активности и содержания основных групп фитогормонов. При деэтиоляции листьев фасоли и овса красный свет не увеличивает ур^,г

вень ИУК, но активирует при этом другую группу стимуляторов- гиббереллины. Показано действие этого света на повышение активности и содержания АВК и листьях ({»соли. Синий свет снижает уровень АБК, оказывая положительное влияние на содержание зеатина рибозида и гиббереллинов. Действие зелёного света на ' гормональный баланс листа проявляется в зависимости от таксономической принадлежности растений.

5. Длительная экспозиция красного света способствует повышению активности гиббереллинов и АБК, что возможно, обеспе-' чивает формирование большей листовой пластинки. Синий свет увеличивает содержание зеатина рибозида, снижая количество АБК. Зелёный свет повышает только уровень АБК, задерживая рост листа по сравнению с красным светом.

6. Уровень АБК и гиббереллинов в листе растений на синем, зелёном, и красном свету контролируется фитохромом.

Список основных работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Головацкая И.Ф., Карначук P.A., Власов П.В. Гормональная регуляция роста в онтогенезе листа растений на свету // Вопросы взаимосвязи фотосинтеза и дыхания.- Томск: изд-но Том. ун-та, 1988.- С.169-173.

2. Карначук P.A., Протасова H.H., Головацкая-И.Ф. Рост растений и содержание гормонов в зависимости.от спектрального состава света // Рост и устойчивость растений.- Новосибирск:• Наука, 1988.- С.71-81.

3. Головацкая И.Ф., Карначук P.A., Кудоярова Г.Р. Влияние света разного спектрального состава на рост и гормональный баланс листа огса // .Имцуиоферментный анализ регуляторов роста растений: применение в физиологии растений и экологии.т Уфа: БНЦ УрО АН СССР, 1990.- С.33-38.

4. Карначук P.A., Негрецкий В.А., Головацкая И.Ф. Гормо- ' иалышй баланс листа растений на свету разного спектрального состава // Физиология растений.-1990.-Т.37,вып.3.-С.527-534.

ПОДПИСАН^ К ПЕЧАТИ J 9

БУМАГА ТИПОГРАФСКАЯ i« ¿ ФОРМАТ 60хИ4 1/16. . ПЛ. i , УЧ-ИЗи.Л. 0,9 ЗАКАЗ >'f-í . ТИРАЖ 100 ЭКЗ.

ТОМСК, УЛ.НИКНТИИА.4. УСП ТГУ