Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА АКТИВНОСТЬ ФИТОГОРМОНОВ И РОСТ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА АКТИВНОСТЬ ФИТОГОРМОНОВ И РОСТ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

Л

^ На правах рукописи

ТАРАСОВ Сергей Иванович

УДК 581.185: (635,63+633.844)

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА АКТИВНОСТЬ ФИТОГОРМОНОВ И РОСТ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ

Специальность 03.00.12— физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1983

Уи/кл^и/^а- й

Работа выполнена на кафедре ботаники Московского ордена Трудового Красного Знамени областного педагогического института имени Н. К. Крупской.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Н. И. Якушкика.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Е, Е. Крастика; кандидат биологических наук В. Н. Ложнн-кова.

Ведущее учреждение — Отдел физиологии н иммунитета растений Главного ботанического сада АН СССР.

Защита диссертации состоится « ».........

1983 г. в « » час. на заседании Специализированного совета Д-120.35.07 при Московской сельскохозяйственной академии имени К, А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, И-550, ул. Тимирязевская, 49, Сектор защиты диссертаций ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « 1983 г.

Ученый секретарь Специализированного совета — кандидат биологических наук

М. Н. Кондратьев.

ОВЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Температура—один из постоянных факторов внешней среды, контролирующих рост растений. Температурные условия определяют конформацнонпое состояние макромолекул органических веществ, структуру и свойства воды, скорость и направленность физнолого-бнохнмнческнх процессов (Лльтергот, 1963, 1981; Леопольд, 1968; Александров, 1975; Лархер, 1978; Туманов, 1979; Went, 1957). Любая перемена температуры вызывает изменения метаболизма. Нормальная деятельность организмов, в том числе и растительных, возможна в довольно ограниченных температурных границах.

Важно отметить, что в отличие аг многих других факторов, воздействующих на растения, температурные условия практически не поддаются регуляции в природной среде. Между тем именно несоответствующие температуры наиболее часто ставят преграды для возделывания растений в новых районах обитания.

В литературе высказывается предположение, по аналогии с животными организмами, что адаптация растений к внешним условиям осуществляется через изменение гормонального обмена (Холодный, 1939; Гамбург, 1970; Кефелн, Чаилахян, 1977; Гуревич, 1979; Якушкина, 1980). Реагируя на воздействие внешней среды и участвуя в регуляции обмена вещестга на всех этапах роста и развития растений, фитогормоны могут выступать в роли посредника медиаторов в системе «организм— среда» (Лархер, 1978; Меняйло, Шульгина, 1979; Tortora et. al., 1970; Zeevaart et. al., 1978).

В связи с этим большое значение приобретают исследования по изучению изменений гормонального баланса под влиянием тех или иных внешних условий. Вместе с тем непосредственных, конкретных определений влияния условий на активность фитогормонов чрезвычайно мало. Данные о действии температуры на изменение гормонального баланса в растущих рястеннях единичны, носят разрозненный, неоднозначный характер и в основном посвящены сезонной динамике, регуляторов роста. У збстоятельства, изучение

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. мльсиохоз. анадеыи" им. К. А. Тимирязев*

Инв.№-----------------

влияния температуры на изменение активности ауксинов, гиббереллинов, цитокинннов, абсинзовои кислоты в растущих организмах является актуальным. Вместе с тем выяснение изменений баланса фитогормонов при различных температурах ласт возможность более эффективно применять нх при экзогенном внесении.

Цель и задачи исследований. Целью работы явилось изучение влияния различных температур на изменение активности фитогормонов и рост проростков кукурузы.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Выяснить динамику активности фитогормонон {ауксинов, гиббереллинов, цптоюшино», абсцизовон кислоты) в процессе прорастания семян кукурузы.

2. Изучить влияние повышенных и пониженных температур на темпы роста проростков кукурузы.

3. Исследовать изменения активности фитогормонов в органах проростков кукурузы при нх длительных и кратковременных экспозициях в различных температурных режимах.

4. Определить эффективность экзогенной обработки регуляторами роста на рост и активность эндогенных фитогормонов проростков кукурузы в условиях перегрева и охлаждения.

Г). Выяснить возмо'жные причины изменения активности фитогормонов в условиях экстремальных температур.

Научная новизна. В работе исследовано влияние различных температур на изменение активности фитогормонов (ауксинов, гиббереллинов, цигокшшнов, абсцизовш кислоты) в проростках кукурузы. На основании полученных экспериментальных данных обосновывается положение о тесно!! взаимосвязи между влиянием температуры на активность эндогенных фитогормонов и рост проростков кукурузы. Впервые показано, что угнетение роста растений повышенными температурами на начальных этапах прорастания связано с дефицитом эндогенных гиббереллинов. Использование специфического ингибитора синтеза гиббереллннов-хлорхолиихлорндл позволило считать, что низкая активность гормона в условиях супероптималышх температур обусловлена подавлением его биосинтеза. Впервые показано, что полное угнетение роста проростков пониженными температурам» происходило на фоне достаточно высокой активности ауксинов, цитокинннов, гиббереллинов.

Показано, что процесс прорастания семян кукурузы сопровождался в'первые 18 часов резким падением активности всех фитогормонов, в дальнейшем, через 72 часа, отмечалось увеличение активности свободных форм гиббереллинов, цитокинннов, ауксинов на фоне низкого уровня АБК.

Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные расширяют знания о значении гормональной регуля-

muí в процессе адаптации к изменяющимся температурам у активно вегетирующнх растений и представляют интерес для составления общей картины регуляции ростовых процессов в различных условиях внешней среды. Результаты работы дополняют представление о значении содержания н соотношения гормонов в обеспечении устойчивости растительных организмов к действию внешних факторов. Показано, что с помощью экзогенного внесения фнтогормонов появляется возможность снять угнетение роста, вызванное повышенной температурой. В связи с этим полученные данные могут найти применение н растениеводстве.

Основные результаты работы могут быть также включены в соответствующие разделы общего курса «Физиология растений» и спецкурса «Физиология растений и развития растений» для студентов-биологов.

Данная работа выполнена в рамках общей проблемы «Рост растений и пути его регулирования», осуществляемой на кафедре ботаники Московского ордена Трудового Красного Знамени областного педагогического института имени Н. К. Крупской.

Апробация работы. Материалы исследовании докладывались на II координационном совещании физиологов растении педагогических институтов РСФСР по проблеме «Рост растений и пути его регулирования» (Орел, 1081)» II межрегиональной конференции молодых исследователей «Механизмы интеграции физиологических процессов у растений» (Киев, 1981), научно-теоретической конференции молодых ученых, посвященной 50-летию МОП И им. Н. К. Крупской (Москва, 1981), I Всесоюзной конференции по регуляторам роста и развитию растений (Москва, 1981), заседании кафедры ботаники МОПИ (1981) и совместном заседании кафелр ботаники и химии МОПИ (1983).

Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, четырех глап экспериментальной части, заключения, выводов, списка цитируемой литературы. Материалы изложены на 188 страницах машинописного текста, включают 16 рисунков и 9 таблиц. Список литературы включает 394 наименования, из них 220 на иностранных языках.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ

В работе были использованы семена и этиолированные проростки кукурузы сорта Краснодарская 440. Высокое содержание в семенах кукурузы запасных питательных веществ обее-

э

почивало рост проростков кукурузы в отсутствие свега в течение не менее 14 дней без видимых повреждений (Ьеп^, 1968). При изучении динамики изменения активности фитогормонов в процессе 'прорастания семян кукурузы использовали сухие, набухшие в иоде в течение 18 часов семена и 3-дневные (исходные) .проростки, выращенные при температуре 25°С. При анализе показателе/! роста и активности фитогормонов в случае длительных экспозиции (120-часовое выдерживание) опыт включал 3 варианта температуры: 25°±0,2°С (контроль); 35,5°±0,2°€ (условия повышенной температуры); 4°± ±0,2°С (условия переохлаждения). Для кратковременных (2- и 18-часовых) экспозиций: 25°^0.2°; 46°± Г; 4°±0,2°С.

Экстракцию свободных фитогормонов проводили комплексным методом (Власов н др., 1979). Выделение связанных ауксииов осуществлялось щелочным гидролизом (Дуегу, Ро1-1огГ, 1945). Гиббереллины из их конъюгатов экстрагировали фосфатным буфером, рН 5,0 (Власов и др., 1979). Проводилась очистка экстрактов, нх разделение (бумажная, тонкослойная хроматография, гель-фильтрация), идентификация (качественные цветные реакции; одно- и двумерная рехро-матографня в различных системах растворителей, сопоставление значении КГ метчика и гормона, выделенного из проростков кукурузы; снятие спектров поглощения в УФ на приборе «Спекорд иУ VIЭ»; дополнительно для ЛБК — спектр кругового дихроизма на днхрогрофе «ИоиБзеМоиап», а также методом ГЖХ сравнивалось время удерживания метиловых эфн-ров ЛБК-стандарта и ЛБК из проростков. Биологическая активность каждого фитогормона определялась двойным тестированием. В качестве тест-объектов па ауксины использовались отрезки колеоптнлен пшеницы (Бояркнн, 1948; Кефелн и др., 1973) и листовые черешки фасоли (Власов, 1978); гнб-береллнны-гншжотнли салата (Ргапк1ап(1, \Vareirifi, 1962) и эпнкотнли гороха (Ложпнкова и др., 1973); цнтокинины — стимуляция синтеза бетапианннов в семядолях щирицы (Ма-зин и др., 1976) и задержка пожелтения отрезков листьев ячменя (Кулаева, 1973), Активность абецнзовой кислоты определялась в биотестах с прорастанием семян горчицы (Николаева, Далецкая, 1963) к растяжением отрезков колеопгн-лей пшеницы (Кефелн и др., 1973). Определение активности ферментной системы, осуществляющей разрушение ауксинов (ИУК-оксидазы), проводилось по методике Гамбурга (1965). Активность ферментной системы, катализирующей образование ИУК, определялась модифицированным методом Каракпс, Рудаковой (1971), Экзогенное внесение регуляторов роста проводилось растворами ИУК, ГЛ3, кинетнна в концентрация\ 10, 50, 100 мг/'л ][ хлорхолипхлорида (1%, 3%). Все онределе-4

пня осуществлялись не менее чем в 2—3 биологических н 3—1 химических повториостях.

Полученные данные подвергали статист пчелкой обработке (Кефелн и др., 1973) с использованием управляющего вычислительного комплекса «СМ-З» при ВЦ МОПИ имени Н. К. Крупской.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

Уровень свободных фитогормонов в семенах и его изменения при прорастании. Согласно результатам, даже самые начальные этапы роста растений кукурузы сопровождались заметными изменениями баланса эндогенных фитогормонов (рис. 1, 2). Экстракты из сухих семян характеризовались высокой активностью ЛБК. Одновременно в сухих семенах на фоне низкой активности ауксинов найдена значительная активность тшжинннов к гибберел.шнов. Процесс прорастания семян сопровождался существенными изменениями активности фитогормонов. При этом можно выделить 2 тенденции: резкое падение активности всех фитогормонов. особенно свободных и связанных гнббереллинов, в течение первых 18 часов прорастания и увеличение активности свободных ауксинов, иитокннпнов, свободных и связанных пгббереллпнов в растущих органах проростков через последующие 72 часа прорастания. На поздних этапах прорастания семя-« обнаружена сравнительно низкая активность АБК.

Влияние кратковременной температурной обработки на рост проростков кукурузы и активность фитогормонов. Двухчасовое выдерживание в условиях 4°, 25°, 4б°С не вызвало заметных изменении линейных н весовых показателей роста проростков кукурузы. Вместе с тем более продолжительная 18-часовая экспозиция в тех же условиях позволяла обнаружить некоторую закономерность роста испытуемых растений от температуры. У проростков, находящихся при 2Г)°С, за 18 часов отмечался незначительный рост колеоптнлен и корней. Одновременно обработка низкими (4°С) и супероптн-мальнымн (46°С) температурами вызывала полное подавление их роста (та^л. 1).

Несмотря на незначительные отклонения роста проростков кукурузы, кратковременное 18- и даже 2-часовое выдерживание в условиях 4°, 25°, 46°С вызывало заметные изменения активности фнтогорможт в испытуемых растениях (рис. 3), При этом данные изменения как в случае 2-, так н 18-часовых экспозиций носили идентичный характер. Высокий уровень ауксинов, гнббереллинов, ннтокшишов н одновременно низкая активность ЛБК были обнаружены у растеннй, находящихся и условиях 25°С. При повышенной температуре (46°С) на-

Таблица I

Влияние 2 и 18-часовой обра боги и различным» температурами на рост проростков кукурузы

Температура, Показатели роста ■1' 25° 46" С О 3 3 ® ё Й г: о э —г -Л Исходные проростки ОО-часовые (18 час. намачнва-!|ня+72 час. проращивания)

Длина кчлсиптиля одного проростка (н см) , , . 3,1 :-0,| 2,9 ± 0,1 4,) ±0,2 2,0-0,2 3,0±0,2 2 18 3,0±0,2

Биомасса кол сот ил ей ■10 проростков (в г) . 0,77^ 0,01 0,74 0.0« 0",-0.06 0,10 0,79± 0,01 0,7.1 — 0,0» 18 0,75 ±0,08

Длина главного зародышевого корня одного проростка (в см) , , 5.2-0,2 о.е±о,2 8,0^0,1 5, (±0,3 5,5±0,3 2 5,3 ±0,3

Биомасса »сеч корней 10 проростков (п г) . 0,370,07 0.38-40,02 0.10— 0,01 0,5»^-0,04 0.-1) ± 0,09 0,40± 0,03 ^ 18 0,-10±0,03

блюл ал ось обратная зависимость: активность АБК, особенно и колеопгилях проросткои, увеличивалась, тогда как уровень гормонов, стимулирующих рост, уменьшался. При атом в больней степени снижался уровень гпббереллннов, ауксинов. Уменьшение и колеоптнлях проростков активности гибберел-лннов и накопление здесь АБК являлись наиболее быстрой реакцией гормональной системы на кратковременное воздействие повышенно» температуры.

Влияние пониженно» температуры (4°С) вызвало повышение активности АБК во всех органах проростков. Вместе с тем в корнях охлажденных растений активность ауксинов, гнббереллннов п иптокишшов находилась на сравнительно высоком уровне.

Приведенные результаты показали, что изменения в гормональном статусе проростков кукурузы в условиях 2- и 18-часовой обработки различными температурами наступают раньше видимых изменении их роста.

Воздействие длительных экспозиций различных температур

(4°, 25°, Зо,5вС) на рост проростков. Наивысшие темпы роста были обнаружены у растений, находящихся при 25°С (табл. 2). Надземная часть таких растений была представлена 3 настоящими листьями, а хорошо развитая корневая система, ломимо зародышевых, имела большое количество придаточных корней. При повышенной температуре (35,5°С) рост проростков кукурузы был угнетен. Наблюдалось уменьшение всех показателей, характеризующих рост. Длительное выдерживание проростков при более высоких температурах (40°С) приводило уже к повреждению растений. В условиях низкой положительной температуры (4°С) отмечалось полное подавление роста проростков, их размеры и биомасса оставались на уровне исходных, 90-часовых.

Согласно нашим наблюдениям, верхняя граница роста про-

Таблица 2

Влияние различных температур на рост проростков кукурузы (11*0-часовая шепозииня)

Обработка Исходные проростки 90-чосовые <1« час. намачлва-ння+72 час. проращивай ия)

Температура,0 С Пак а За тел« 4° 23* 35,5°

Длина надземной части одного проростка (сч) 3,0 ±0,1 18,6±0,5 12,0± 1,1 2.9 ±0.2

Вномасса надземной части 10 проростков (г) 0,73* 0.1 4,16 ±0,1 2,81 ±0,1 0,74±0,7

Длина главного зародите вого корня одного проростка (см) . , . 5,4-0.2 20,6 ±0.7 14,0*1,1 5,6±0,2

Биомасса всех корней 10 проростков (г) . . . 0,44 ± 0,08 а. 17*0, об 0,85 ±0,02 0.43 ±0.04

П лошадь всех листьев одного проростка (см1) — 11,2*0,8 9.2 ±0,5 —

Объем всех корней 10 проростков (см3) . , иоо± 0,02 5,8 ±0,6 3.8 ±0,6 0.9 ±0,07

Виочасса эндосперма 10 проросших семян (г) , 3,92 ± 0,1-1 3,41 ±0,1 3,63*0,2 3,89 ±0,14

ростков кукурузы сорта Краснодарская 440 в условиях этиоля-цни и относительной влажности 82% лежала несколько ниже 40°С, тогда как нижняя — выше 4еС. Вместе с тем температура 25°С соответствовала активному росту всех растущих органов растении.

Изменение активности свободных ауксинов, гиббереяли-нов, цнтокининов и АБК при длительном выдерживании проростков кукурузы в условиях различных температур. При длительном выдерживании под влиянием различных температурных условий качественный состав ауксинов существенно не изменялся (рис. 4, Л). Независимо от температуры экспозиций ауксиповая активность и надземных органах проростков всегда была ниже ее значений в корнях. Под влиянием различной температуры наблюдались резкие изменения уровня аукенпо-иовоп активности. Наивысшие ее значения были обнаружены одновременно как у растений, находящихся при температуре, благоприятствующей их росту (25°С), гак н в условиях его полного подавления (4°С). При этом ауксиновая активность в надземных органах таких проростков оказалась приблизительно одинаковой, тогда как и корнях переохлажденных растений отмечался даже несколько больший ее уровень. Выращивание при ЗГ>,5°С вызывало существенное снижение активности ауксинов во всех органах растений.

Так же, как н в случае с ауксинами, гкббереллиновая активность (рис, 4, В) в надземных органах проростков была ниже ее уровня в корнях. Одновременно качественный состав гиб-береллнпов под влиянием температурных воздействии существенно не изменялся н наибольшая их активность всегда проявлялась в зоне хроматограмм, соответствующей местоположениям ГЛ3. Вместе с тем уровень гнббереллнповой активности в растениях кукурузы находился в прямой зависимости от температуры их выдерживания. Наибольшие ее показания были обнаружены в органах проростков, росших при 25°С. Несколько меньшей активность гиббереллннов была найдена в корнях охлажденных проростков. Выдерживание растений п условиях повышенной температуры (35,5еС) обусловило резкое падение активности гпббереллннов во всех органах.

Активность цитокининоп распределялась по органам проростков крайне неравномерно (рис. 4, Г), Наибольший ее уровень всегда проявлялся в корнях. Под влиянием различных температур наблюдались некоторые качественные изменения цнтокининов, В условиях повышенной температуры, к примеру, активность нитокининов была обнаружена в меньшем количестве зон хроматограмм.

Высокая активность гормона проявлялась в различных органах проростков, росших при 25°С. Однако наивысший уровень цнтокининов был найден в корнях охлажденных проростков 8

In. I ¿ЕТДОЗЭСТЬ с MÍ едка ьувемгв (A) .cztckzezîîb (I), 1ПК(В) s cyiEt.Êsiyixti eevíEsi i 3-х двгьпл,1г-xoima tjzfjjsv,

ii-waw« иагтама ей líctíTcrfíiuii. Ьатт^шшл чмть-стшепчвгп ísítísepuss txs сэ стя иг же к хгзтрслс.

rjuTTi-j—.-ья rcji5cyraja.E¡a2 аииоы c¿i3'.»«ia rjo-Савти стгад ¿tibíele «м tariCïjci^TR грт^ета"«^ peinsBRütcssiiiil i Е;^

Ег<ч )'-УК (IiIQ-^I.AH: (ШО*3) .эезтгаа (ЫСГЧр

Ра г. 2 AKiEaassTi ск>йидаа(А) s идэаща(Е) niisie^jma;® в cjBti.Ei^rczï ctií£E£i г З-i даеьш! tjcjvjcTtíJC. 15-

н -гмлгие vbvstxà ГДа вз дреизтеграиш,

ча:ть-стetzб:zz ssîtssfjïW зьачеггя со CÍESÍSEZC X катрсгс.

CjEKTirjüü гс;гзгиаатыа aíüjmz eísiaiitia eposea-W стгуу.ът^ь^ггя, 'jocia s дгггу гегкзпш ГА,(10"Ч») ______

11АДЗШШЕ ОРГАНУ

| 46° С

КОШ ШОРОЛКОВ ;

С I 25° с I 46° (Г

[температура;

03~ О Л 015

Рис.3-.Активность эндогенных аукскнов(А) ,АЕК(Б) ,ц2токкнанов(В), п:ббереллинов(Г) в яадзеиноК чаете и корнях проростков ку!суру-эи.ниходяжисся 18 часов в условиях различного тепшературного сслзкг.йатуивЕШшая часть-статпстпчосют достоверные значения по стно2снип в контролю.

T«unafarfFft

;1 tzs^ I "c

IM -

100 ¿0 -

F

IE

■ Ire

M i»* '-1 W

it» Ii

* £ J

-Ü; it!

>-1-1 I-—1-1 |-r—--1

• 0.5 0.5 0-5

ins.*. mm im SKieriBis-i ejeiiati U) «IIS U) s

jtiKtsti ittTn » »JH77H', pt-.

(»3 ilKTtltSCf i-ill* Cl20 1 JClillLil rts-

untrtrrttt

C

C | 35.5" C j

300 '

ICT1» ris

□

ciyu ■ b »

""10 I

-JC-fw

Büsnau cprfirf"

Et;BB

ItlStUHIf CfttJ*

tj

-----irr4* jf«Kt

Kcrm

Iis.it Aktc№3:m sscsremyi * roTew№i:i(r)

s PE^fv«! licn * rjj-RTX eyejosTMp S^i&ajice IJo -q&sss ) p jv.:wix j^i^noro

MtcejsTypsiro ptirva. H - rErnwa BS ijc*iTcrr&»«ai.

^acTi-waiiETiieira jociEF^r-Kys smifQÄ

t!'l OI'It-'W« X fOttfUir,

EyjutTTiiKiw rcrS3tiia.-aicju3 jof«yt«a ciss»witf speien* cvryj,?fc?-tXTjt P usiGBinjaz« I0~V.

r»uiejaij|s[ 2».

í

[50

I g^j t 3?.5 "с I

100 230

MO C5D -

roo

ÏSO

aoo .

I»

coo

0.5

f'ôêfaîôi VííKüípíij J^jrp эрос« я e Mit

f Eäjpt ¡buíÍ

—i— 0.5

?KÎ.5 itiosajTk Cfl«3sísn ejt;o;i rjcpwii» »jiypp», «е-хсдкгсск* 12) is;;» g jaaiMSia icjrepaTjpSKi jüainsi ÍjTSS/IMii» r

OíttiCí ЭЯХССЛ«?*»

fippecim сете

.2с.g Ajmïsjcr» l"""l"Jt a стсрссткм ejxT-

57tí, biísidia глтсякзв ti20 чэз.) в jc.'o-тк püTziE3tt> ttKsejarypsaio t^wi.

Теипература

С

25° С""

" 35.5 0 С

—^ 30 -

л

ф,

и КО '

3 50 *

3 60 -

м

в-» 70 -

о.

с н 80 •

4> а о Оа 90 "

юо

и

л

•X

\

20

40

■о т 60

—г—

20

--1—

40

-»

60

-т—

20

"-"Л яре««

—п реакции «> (мин.)

Риа.,7 Теипературна* зависимость, динаиикн разрушения ПУК вытяжкой не очидевной ( - ) -и очидекмоя С- — ) от иигивктора иэ надзвияыг органов ( 0) и коряед ( • ) проростков кукурузы.

(4°С), Вместе о тем и надземной части данных растений активность шгтокннннов оставалась ¡га низком уровне. Проростки кукурузы, находившиеся в условиях перегрева (35,5°С), обладали самой низкой активностью ннтокининов.

Различные температурные воздействия неодинаково влияли на уровень ЛБК в растениях кукурузы (рнс. 4, Б). Так, выдерживание при 25°С вызывало снижение активности ЛБК во всех растущих органах проростков. В экстремальных условиях отмечалось увеличение уровня ЛБК. При этом наибольшее повышение активности ЛБК наблюдалось в проростках, находившихся при 35,Г>°С. Несколько меньшая ее активность была обнаружена в охлажденных растениях (4°С).

Активность связанных форм ауксинов, гнббереллннов в проростках кукурузы, находящихся при повышенной температуре выдерживания (35,5°С). В отличие от свободных форм, наибольшая активность ауксинов, выделенных из их копыога-тов, всегда проявлялась в надземных органах проростков (рнс. Г>), Длительное (120-часовое) выдерживание растений кукурузы в условиях различных температур не вызывало существенных качественных изменений высвобожденных ауксинов. Наивысшие значения активности связанных ауксинов, особенно в зонах, соответствующих местоположению ИУК-мегчика, были найдены в надземных органах растении, выдержанных при 35,5°С. Несколько меньший их уровень отмечался в надземных органах кукурузы, находящихся в условиях, благоприятствующих их росту (25°С). Одновременно в корнях проростков', росших как прн 25"С, так н при Зо,5°С значения активности связанных ауксинов были од [[.паковыми. В остатке эндосперма проросших семян наибольшее связывание ауксинов обнаружено прн 35,5°С. Чго касается выдерживания проростков кукурузы при низкой положительной температуре (4°С), то оно сопровождалось незначительным комплекеирова-ннеч ауксинов.

Активность гнббереллннов, выделенных из связанного состояния, проявлялась в основном только в 2—3 зонах хрома-тограмм (рис. 6). При этом наибольшие ее показания были обнаружены в зоне, соответствующей положению метчика ГЛз. Вместе с тем неодинаковые температурные условия но-разно-му отразились на уровне активности связанных гнббереллннов. Наибольшие ее значения обнаружены во всех органах проростков, росших при 25°С. При нтом в растениях наблюдалось даже увеличение уровня связанных гнббереллннов по сравнению с их активностью в исходных проростках. Между тем во всех органах проростков, выдержанных прн повышенной температуре (35,5 С), отмечалось заметное снижение активности связанных форм гнббереллннов по сравнению с исходными растениями.

Изменение активности ферментных систем ауксинового обмена (ИУК-оксидаза и ИУК-синтегаза). Поскольку в наших опытах отмечались существенные колебания активности фн-тогормонов под влиянием различных температур, представляло интерес выяснить причины, лежащие в основе этих изменений. Хорошо известно, что направление и интенсивность гормонального обмша находятся в прямой зависимости от активности ферментных систем, участвующих в их синтезе и распаде. Наиболее изученными являются ферментные системы, участвующие в метаболизме ауксинов.

Приведенные данные, показывают, что в условиях, благоприятствующих росту, между значениями активности ауксинов и интенсивностью их образования существовала прямая зависимость: высокому уровню свободных ауксинов соответствовала наибольшая активность ИУК-сннтетазы (табл. 3).

Таблица 3

Изменение активности ферментной системы синтеза МУК в проростках кукурузы под влиянием различных температур выдерживания

Температура, С Части проростков ' Было, мкг/г ±. триптофан Стало Прибавка

25СС Корни 18,1 + 30,2 36,6 +'12.1 + 18,5

Надземн. часть 45,3 + 59.7 79.8 +14,4 +34,5

4"С Корни 19,8 ' + 23,8 27,8 +4,0 +8,0

Надземн. часть 25,2 + 30.1 36.2 +4,9 + 1.1,0

33,5*0 Корин 14.2 25.2 31,6 + 1-1,0 -+'1:7,4.

Надземн, часть 26,1 + 37,0 57,4 + 11,8 +31,3 -

Вместе с тем в растениях, выдержанных при экстремальных температурах, такая связь не прослеживалась. В корнях охлажденных проростков'прн высоком уровне свободных ауксинов наблюдалась низкая активность ИУК-сннтетазы. Проростки, находящиеся в условиях перегрева, характеризовались низким уровнем свободных ауксинов и высокой активностью ИУК-сннтетазы. Можно высказать предположение, что образовавшиеся в результате, биосинтеза ауксины, прн повышенной температуре переходили в связанные формы. Это под-

тверждается том, что уровень связанных ауксинов в данных условиях увеличивался.

Активность оксидазы ИУК в корнях и надземных органах кукурузы, независимо от температуры ее выдерживания (25й, 35,5°С), проявлялась приблизительно па одинаковом уровне. Зависимости между снижением уровня ауксннов и активностью о-ИУК при 35,5°С обнаружить не удалось (рнс. 7).

Таким образом, рост и активность эндогенных фнтогормо-•нов изменялись в зависимости от температуры, при которой экспонировались проростки. При оптимальной температуре роста (25°С) наблюдалась высокая активность ауксинов, гнббереллннов, цитокннннов и незначительная ЛБК. В условиях частичного подавления роста, вызванного перегревом (35,5°С), отмечалась наименьшая активность свободных ауксинов, обусловленная, вероятно, н.\ значительной инактивацией (конью-гацней), Одновременно г; увеличением уровня связанных ауксинов прн повышенной температуре наблюдалось резкое падение активности гнббереллннов, цнтокниинов и возрастание активности ЛБК. Снижение уровня свободных н связанных гнббереллннов во всех органах растений н повышение активности ЛБК, особенно в надземных органах растений, »влились наиболее быстрой реакцией проростков кукурузы на воздействия супероптимальной температуры. Резкое подавление ростовых процессов при пониженной температуре (4°С) оказалось не связанным с уменьшением активности фитогормо-иов.

Влияние экзогенной обработки физиологически активными соединениями на уровень фитогормонов и рост проростков

кукурузы. Представляло интерес выяснить, насколько Изменение темпов роста обусловлено активностью эндогенных фитогормонов. В этой связи нами была предпринята попытка определить влияние экзогенного обогащения ауксинами, гш>-береллнпамн и цитокинппамн на темпы роста проростков, выращенных в условиях различной температуры. Известно, что далеко не всегда возможно восполнить недостаток гормона путем его экзогенного внесения. Это связано с различными причинами (Гамбург, 1970; Якушкнна, 1980), п том числе и со способом н.х внесения (Овчаров, 1968; Якушкина, Стребко, 1973; Кулаева, 1979).

Мы сопоставили эффективность различных способов обработки фитогормонами: I) выращивание проростков на водных растворах; 2) предварительное погружение на 1 час с последующим их выращиванием на дистиллированной воде; 3) опрыскивание растворами ПУК, ГЛ3, кннетина (10, 50, 100 мг/л).

В укспери.менте ни один из используемых способов внесения фитогормонов не вызывал увеличении роста проростков

л

Таблица !

Влияние фитогормоное* на рост проростков кукурузы в условиях перегрева

(35,5°С)

ОбрГбОТЕЧ Длила надземной част проростка (в см) Биомасса надземной части 10 проростков (в г) Длина главк, за род 141М св. корня {з 'см) Биомасса корней 10 пророс г. (в г) Площадь всех листьев 1 прирост, (см*) Объем всех корней 10 приростков Биомасса остатков эндосперма 10 проросших семян (в г)

Контроль 23 "С..... :8,0 а: 0.5 ■1,40—0.21 20,6 ±0,7 (,17±0,06 14,2+1,1 5,8 ±0,4 3,41 ±0,21

Нес<5рабланные растения . 32,0± 1,1 2,8! ±0,12 14,0±1,1 0,85 ±0.03 9,2±0.6 3,8 ±0,2 3,63±0,20

гх :о 50 :оо 19,:+ 1.2 2.83-0,11 3,88±0,13 1,51+0,21 14,1 ±1,2 10.6+1,3 23.0 ±-1,2 0,06±0,04 1Л4±0,13 1,87+0,10 ад ±0.6 10,1±0,5 10,8+0,7 4,(±0,4 6,1 ±0,4 7,7 ±0,3 3,37 ±0,13 2.92 ±0.09 2,26 ±0,16

ПУК 10 £0 100 '!С,Я±1,1 7,9 а; 1,0 3,81 ±0.М 2,0—0,23 Ш±0,10 12,8+'!,2 ! 3,3+1,1 7.5±1.1 2.12±0,2 1Л7±0,!2 0,51 ±0.05 10.3 ±0,4 9,6 ±0,4 7,5±0,4 9,3 ±0,6 8,5 ±0,5 3.2±0,2 2,44+0,12 2,67 ±0,06 3,57±0,03

Кипении :о 50 :оо ! 1,2 а: 1.3 8,4г-1,1 8,1±!,1 2,04 ±0,2 1.77-0,11 1,5}±0,11 !0,5±1,1 8,8 з:1.1 7.4—Ы 1,02 ±0,07 0,78±0,0! 0,76 ±0,06 9.2±0,5 8.0 ±0,7 7.1 ±0,4 4.0*0.1 3,1+0.2 3.3 ±0,2 3,6±0,21 2,96+0,13 3,56±0,12

* Внесение ну 1 ом опри;кивання.

кукурузы, находящихся а условиях 4°С, Все показатели роста таких растений оставались на уровне исходных (90-часовых).

Замачивание или постоянное выращивание растений кукурузы на водных растворах фнтогормонов не снимало подавления роста, вызванного повышенной температурой. Лишь одночасовое намачивание семян в растворе гнббереллина Аз (100 мг/л) вызывало некоторую стимуляцию роста растений, однако полностью не устраняя подавляющее действие повышенной температуры.

При опрыскивании растений их рост находился и прямой зависимости от тина вносимого фитогормона и его концентрации (табл. 4). Так, обработка проростков кинетниом.в условиях 35,5°С оказалась мал »результативной. Низкие его концентрации не стимулировали, а высокие заметно угнетали рост проростков. В отличие от кпнетнна, обогащение растений ИУК в концентрации 10 мг/л вызывало увеличение биомассы корней и длины надземных органов, однако все же не позволяло полностью снять угнетающего действия повышенной темпер ату ры.

Нанболыную стимуляцию роста пророст ко» в условиях перегрева вызывало опрыскивание их гпббереллипом Аз в концентрациях 50 и 100 мг/л. При этом хотелось бы подчернуть, что обработка в концентрации 100 мг/л почти полностью снимала угнетающее действие повышенной температуры и даже вызывала некоторое ускорение темпов роста по сравнению с контрольными проростками (25°С).

Воздействие ГД3 на активность гиббереллинов в растениях кукурузы в зависимости от температуры выращивания. Для выяснения причин, обусловливавших заметное увеличение роста проростков кукурузы, обработанных ГА3 в условиях 25Х, 35,5°С, важным было получлть данные об изменениях активности гиббереллинов из сопоставлений данных гистограмм.

Прежде всего следовало, что под влиянием вводимого извне гормона ГЛ3 (100 мг/л), независимо от температурных условий выращивания, во всех органах проростков наблюдалось резкое увеличение активности как свободных, так и связанных гиббереллинов. При этом качественный их состав заметно не изменялся н всегда наивысшая активность проявлялась в зоне, соответствующей местоположению гнббереллина Аз-Однако увеличение активности свободных и связанных гиббереллинов в разных органах проростков было неодинаковым. В надземной части преобладала активность свободных гиббереллинов, тогда как в корнях тех же проростков уровень свободных и связанных гиббереллинов был приблизительно одинаковым. Вместе с тем в остатке эндосперма проросших семян

доминирующими оказались гнббереллниы, выделенные из связанных форм, В.результате обработки уровень свободных гиб-береллшгов в проростках прн 35,50О оказался равным его значениям в контрольных необработанных растениях (25°С).

Сопоставляя полученные данные, можно было заключить, что одной из причин падения темпов роста проростков кукурузы в условиях 35,5°С являлась низкая активность в них эндогенных гнббереллинов.

Действие хлорхолинхлорида* на активность гнббереллинов и рост проростков кукурузы в различных температурных условиях. Вызываемое повышенной температурой снижение гиббереллиновой активности в проростках кукурузы может быть обусловлено различными причинами, в частности нарушениями процесса их новообразования. Согласно литературным данным,, (2-хлорэтил)-трНметиламмоний (хлорхолннхло-рнд-ССС) является одним из специфических ингибиторов синтеза гнббереллинов (Муромцев, 1979; Деева, 1980; Tolbert, 1960; Harada et. al., 1965; Rudtlat et. al., 1965; Mertz et. al., 1967). В связи с этим изменение ростовых процессов в результате обработки ССС было использовано нами в качестве показателя наличия синтеза гнббереллинов или его отсутствии.

Как видно из показаний.таблицы 5, обработка проростков, выращенных при 25°С препаратом ССС, вызвала резкое торможение роста, особенно надзем.ной части проростков. Вместе с тем в условиях повышенной температуры (35.5°С) хлорхо-лннхлорид почти не вызывал угнетения роста. При этом важно отметить, что обработка растений, находящихся в условиях 25°С, вызывала резкое снижение активности свободных и связанных гнббереллинов как в корнях, так и в надземной части,

, ■ Таблица 5

Влияние экзогенной обработки препаратами ГАз ( 100 мг/л) н ССС (хлорхолнлх.юрнда, 3%) на рост проростков кукурузы, находящихся в различных температурных режимах выращивания (М±ш. где .4 — средняя величина, m — стандартное отклонение)

Температура, t Обработка Длина надземной части проростков (см) Биомасса надаемной части 10 проростков (г)

25° ССС.......... '18,6±0,5 12,6±1,0 4,46±0,:М 3.87±0.17

35.5° Необработанные проростхн . 12,0 ±1,1 2,81 ±0,12

35,5° TAÎ.......... 21,6±1Д 4.51 ±0,21 2,65 ±0,06

особенно в зоне локализации ГЛ3. Одновременно в условиях перегрева обработка ССС приводила к очень незначительному уменьшению активности гибберелли-нов, которое находилось в пределах точности определения. Отсутствие влияния хлорхо-лнпхлорнда при повышенной температуре на активность гнббереллннов и рост проростков кукурузы позволяет считать, что в этом случае шнтез гнббереллннов сам по себе уже отсутствует пли сильно заторможен.

Выводы

1. Сухие семена кукурузы сорта Краснодарская 440 характеризовались высокой активностью эндогенной ЛБК н значительным уровнем гнббереллшюв и цпток-иншюп, Прорастание семян в первые 18 часов их намачивания сопровождалось резким снижением уровня фнтогормонов, Через 72 часа, в период начала активного роста, в корнях н колеоптнлях наблюдалось увеличение активности гнббереллннов. цнтокннннов и ауксинов.

2. Наибольший уровень ауксинов, гнббереллннов н цито-кншгнов на ранних этапах прорастания обнаружен в корнях проростков кукурузы.

3. Различные температуры {4°, 25°, 35,5е, 4б°С) вызывали значительные изменения в активности эндогенных фитогормо-нов и темпах роста проростков кукурузы. При этом изменения гормонального стаггуса растений наступали раньше внднмых ростовых.

4. Воздействие повышенных температур (35,5°, 46°0), сопровождавшееся снижением темпов роста растении, приводило к заметному увеличению уровня ЛБК н резкому снижению активности цптокнпинов, ауксинов и особенно свободных и связанных форм гибберелллнов в различных органах проростков.

5. Снижение уровня свободных ауксинов при повышенной температуре происходило на фоне высокой активности ИУК-еннтетазы и было связано с нх переходом в коньюгнровашше формы.

6. Ингибитор синтеза гнббереллштв-хлорхолинхлорнд подавлял рост проростков и снижал активность эндогенных гнббереллннов при 25°С, не оказывая влияния в условиях 35,5°С.

7. Опрыскивание растений в условиях 35,5°С ГД3 (100 мг/л) увеличивало активность гнббереллннов и полностью снимало угнетение роста, вызванное перегревом.

8. Угнетение роста проростков кукурузы при повышенной температуре связано с нарушениями гормонального обмена и в первую очередь с торможением биосинтеза гнббереллннов.

9. Полное подавление роста проростков кукурузы при 4®С происходило на фоне высокого уровня фнтогор.чонов.

Публикации по теме диссертации:

1. Тарасов С, И. Влияние температуры и света на активность фитогормонов в проростках кукурузы,— В кн.: Рост растений и пути его регулирования, М„ 1981, с. 66—16.

2. Тарасов С, И, Влияние температуры на рост н активность фитогормонов в проростках кукурузы. — Тез. док л, Всесоюзного совещания «Регуляторы роста и развития растений*. М., 1981. с, 85—86.

3, Я к у ш к и и а Н. П., Тарасов С. И. Зависимость теплоустойчивости проростков кукурузы от активности фитогормонов, — Тез. докл. Всесоюзного совещания. Ч. 1. ^Устойчивость растений к экстремальным условиям среды». Л,, 1981. с, 68.

4. Т а р а с о в С. И. Влияние пониженной температуры на активность фитогормонов в проростках кукурузы, — Рукопись деп. во ВИНИТИ 19 марта 1981 г., .V» 1237—82. ДЕЛ.

5, Т а р а с о в С, И, Изменение активности фитогормонов в процессе прорастания семян кукурузы.—В кн.: Фнто гормоны и их действие на растения, М„ 1982, с. 25—За.

6, Я к у ш к и н а Н, И„ Тарасов С. И, Активность регуляторов роста проростков кукурузы в условиях пониженной температуры, — Тез. док л, регионального совещания »Повышение устойчивости растений к низким температурам». Днепропетровск, сентябрь, 1982, с, 123.

7. Якушкина Н, И., Тарасов С. И. Активность аддогеиныл цитокннинов в проростках кукурузы, выращенных при различных температурах,— Биологические науки. 1982, „V 1, с, 79—82,

8, Я к у щ к и и а Н. И. Тарасов С. И. Рост проростков кукурузы при кратковременной обработке экстремальными температурами.— Украинский ботанический журнал, ] 982, т. 39, Л» 3, с. —¡03.

Э.Тарасов С. И. Значение гиббереллина в процессе адаптации проростков кукурузы к повышенной температуре,— Физиология н биохимия культурных растений, 1983, т, 15. .N1 2, с. 188—191,

■10, Тарасов С. И, Рост проростков кукурузы и активность их ф.1-тогормон:л и зависимости от темнерагуры выращивания. — Сельскохозяйственная биология, 1983, № 4, с, 37—40,

Л 114218 4/Х1-83 г.

Объем 1 п, л. Заказ 2Т69. Тираж 101)

Типография .Московской с.-х. академии им, К. Д. Тимирязева (1127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно'