Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

БИОПОТЕНЦИАЛЫ КОЛОСА ПШЕНИЦЫ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ РЕПРОДУКТИВНЫХ ОРГАНОВ В ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ И НАЛИВА ЗЕРНА

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "БИОПОТЕНЦИАЛЫ КОЛОСА ПШЕНИЦЫ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ РЕПРОДУКТИВНЫХ ОРГАНОВ В ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ И НАЛИВА ЗЕРНА"

4М&ШКЛЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА

-----------ЗНАМЕНИ

г-. -- • * г*- «ч >

ИЙЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

■ " ;"Г * . / - :-

. На провал рукописи ара Николаевна

4 , -5 '«>'4.'*

.УДК 681.146; 633: И :631:569

ОСА ПШЕНИЦЫ ЙКЦИОНАЛЬНОГО

дактивных

ФОРМИРОВАНИЯ^ ЗЕРНА

-4 А «

* - <*■ " * * '.я!.'

- ' V' Автореферат

_____на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

«Ша

%

Работа выполнена в Горьковском сельскохозяйственном институте.

Научный руководитель — кандидат биологических наук, доцент М. С. Рубцова.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Н. Ф. Батыгин, кандидат биологических наук К. И. Каменская.

Ведущая организация — Биологический факультет Московского государственного университета им. М В Ломоносова.

Заишта диссертации состоится « //» 1990 г.

в . Ар^асов на заседании специализированного совета Д 120 35 07 при Московской се. • -'кохозяйственной академии имени К. А Тимирязева.

\

1990 г.

Ученый и "старь специализировань і овета — кандидат биологичо< их наук доцент

ЮСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА . И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЭНАШИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМ« имени К.А.ТИШРЯЗЬВА

• На щмаах рукописи

• КУЗНЕЦОВА Тамара Николаевна

' ; УДК 581.145;633:Н;631г559

БИОПОТЕНЦИАЛЫ КОЛОСА П11ЕНИЦЫ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ • ФУНКЩСНАЛЬНОГО. СОСТОЯНИЯ РЕПРОДУКТИВНЫХ ОРГАНОВ В ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ И НАЛИВА ЗЕРНА ■ . ' • . (03.00.12 - физиология растений)

. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ Ь>-:рЛИОТЕКА Моск. мльскохов акадаши

им. К. А. Тимиеядеа* Ина. № ... ..._

Москва 1990

Работа выполнена в Г'орьковском сельскохозяйственном институте.

Научный руководитель -кандидат биологических наук, ;

. ' ■ ■ . доцент М.С.Рубцова.

Официальные оппонентк: доктор биологических наук, профессор

.'•''■• . •■• Н.С.Ьатыгин

: квлдидат биологических наук ■'•"'■•

' . К.И.Каменская. - 7.

Ведущая организация - Биологический факультет Московского .

государственного университета им.

И.В.Ломоносова..

Защита диссертации состоится " . .* . . . . . 1УУО г.' в . .: часов на заседании специализированного совета Д 120 3b.Uí при Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.Тимирязева

Адрес: 127ЬЬ0, Москва И-ЬЬО, ул.Тимирязевская,-49. Ученъ-Я совет '1СХА. "

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ТСХА. ..'•"•.

Автореферат разослан " . ." . ... . ,. 1990 г.

Ученый секретарь л, ■

специализированного совета . ';■■'".*

кандидат биологических наук

доцент . ■.■ М.Н.Кондгптьев '

' '■ - '0Б1Ш -ХАРАКТЕРЛСТЖА РАБОТЫ. ■ /■' V ' '. V Актуальность работы. По'шению ряда исследователей, одним Из новых резервов повышения урожайности колосовых культур является регулирование формирования продуктивности колоса после цветения ."с помощью физиологически активных веществ (Herzog . , 1982; Ray:'et-ai , 1983; Шевелуха, Морозова, 1386; . Mishrа, 1986; Бор-эенкова, 1988 и др.). В связи с этим в последнее время большое вни-.. мание уделяется изучению сортовых особенностей накопления запас- . ных отлоленяз в-развивающихся зерновках ( Jenner, Rathjen , 1975; Коновалов, 1981;, Стрэльчакко, 1981; - Дамиш, 1983; Павлов, 1984; rhorne , 1985). ' --; ' "'-. - - '.! ч -

Проведение агрохимических мероприятий, влияющих на ход фор- . мированяя урожая в ходе репродуктивной фазы развития колосовых, требует разработки и внедрения методов контроля за состоянием растений в условиях агрофитоценоза. В этом плане наиболее перспективными яв^ются биофизические, в том числе и электрофизиологические методы оценки функционального состояния растений, Накоплен большой фактический материал, указывающий на возможность4использования электрофизиологических•параметров.в "практических:целях (Гунар и др.,1971,1974; Устной, 1976;:;Петрушенко, 1981, 1985; Опритов и др. ,1982; Geneier et al , ,1983 и др Л. На' колосовых', культурах показана возможность использования экстраклеточно измеряемых биопотен-¿здалов растений для'оценки устойчивости к действию неблагоприятных факторов:с 1>нар:и.др., 1974; Петруиендо и др., 1979; Петренко, 1986); влияния Условий минерального питания и,влагообеспеченяос-ти (Ковиш^ Воробойков, 1974;.', Зражавский,' 1977; Зенящева,. шпунар, 1978; Усманов,. 1979; Третьяков и др., 1985).; ¿''ранее- проведенных электроФизаологичаских•исследованиях,.выполненных на колосьях яровой пшеницы (Рубцова и др.,. 1275,, 1978) -,'., было установлено измо-

нив экстраклвточно измеряемых разностей потенциалов (Н1> между отдельными участками колоса в ходе репродуктивной фазы развития. Полученные результаты позволили авторам высказать предположение о взаимосвязи И! колоса с поступлением ассичидятов р колос.

Цечь и задачи юсдел-'рэд^. Основной келью настоящее- работы явилось изучить возго-шость ¡спользования внеклеточно измеряемых градиентов ГО созреваддих колосьев для оценки функционального состояния репродуктивных органов n.i пнищ в период формирования л налива зерна.

В задачи работы входило: - отработать методику регистрации экстраклвточно измеряемых ГО нативных колосьев в голевьх усчовиях;

- проследить длнашку биоэлектрогенеза отдельных структурных элементов созревакиых колосьев пионяш озшак и яровых сортсч;

- изучить связь экстраляеточно измеряемых И1 с отдельным сторонами метаболизма колоса (дыхание, АТ$азкая активность) при изменения интенсивности транспорта ассимитятов в созреваюцив зерновки путем введения экзогенных аминокислот, ингибиторов энергетического метаболизма, де^ол/изди.

tfo/чная новизна. Биервьа непосредственно в полевых условиях прослежена динамика наивных РП созрава^ацпх колосьев пиениш озимых (Ахтырчанка, Заря) л ярсвих (Московская 33, Сг"бирча) сортов. Выявлены различия в хар а гора распределения ГО вдоль оси колоса при отведении от разных -»ламентсв (че^Я, зерчовоч, стерчня). В ходе исследований установлены о&ние соргоспеьлйические особенности азменония нат^эвых градиентов KI колоса в ходе созревания. Показано участие метаболических процессов (дыхашш, АТФазной активности в гЬэрмм, ования градиентов РЛ чолзса, а Taicre энергозависимость ottoj-h dcc/'-l^i.ob из чей,, в

Ц^ч^т^есгая зк ч. - '""w. i м "о ^ч п г пработ-

ке измерителя разности биопотенциалов растений (A.c. II55I93), предназначенного для изучения электрофизиологических параметров растений в полевых уоловиях. Предложена система крепления одного из электродов и объекта (колоса), что значительно ускоряет проведение электрофизиологических измерений на неповрежденных раотеня-ях .

Полученные экспериментальные данные могут быть рекомендованы для решешш ряда практических вопросов, связанных с разработкой и внедрением новых, неповреадахЕшх методов контроля за функциональным состоянием репродуктивных органов колосовых в ходе созревания а также для оценки характера влияния внешних факторов на ход формирования продуктивности колоса.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на П-ой Все союзной конференции по транспорту ассимадятов у растений (Горький 1978), П-ом Всесоюзном симпозиуме "Азотный и белковый обмен у рас тений"(Тбилиси, 1978), Всесоюзной-конференции "Бяоприбор-81" (Кишинев, 1981) , региональном совещании Украины и Молдавии (Кишинев, 1984), У-ом Всесоюзном биохимическом съезде (Киев, 1986),

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 14 опубликованных работах.

Структура о объем работы. Диссертационная работа состоит яз введения, обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературы,.приложения. Изложена на 141 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 22 таблицы. Список литературы включает 271 работу, из них 117-на иностранных языках,

■."..'„ ОБЪЕКТ И iSTOÄi ИССЛ320ВА1Щ

Возможность использования электрофизиологических параметров внеклеточно измеряемых РП для оценки функционального состояния репродуктивных органов колосовых изучали на колосьях пшеницы озимых (Ахтырчанка, Заря)'и яровых (Московская 35, Скмбарка) сортов,

выращенных на полях учебно-опытного хозяйства Горьковского СХИ "Новинки".

Злектрофизиологическяе измерения на нативных растениях в полевых условиях проводили с помощью измерителя разности.биопотенциалов следушим образом. Индифферентный электрод контактировал через ватный фитилек, смоченный водой, с участком верхнего междоузлия на 2-3 мм ниже базального колоска. Эта точка была принята за основание колоса. При перемещении измерительного электрода в акропетальном направлении и контакте его с отдельными участками колоса фиксировали значения ГО (мВ) между основанием колоса и: колосковыми чешуями (РПКЧ); основаниями колосков, т.а. местом их прикрепления к стержню (И1ок); зерновками.(ГО3). В работе были использованы стаадартные неполяризующиеся хлорсеробряные электроды марки ЭВЛ-1МЗ, заполненные 3,0 Н KCl. Измерение И1 проводили в первой половине дня (8.30-11.30 ч ) на 12-15" типичных для данных посевов и помечены* в фазе колошения-цветения колосьях В.периоды! цветения (ФЦ), формирования (ФФЗ), молочной (ФМС), тестообразной (ФГС) спелости зерна. В ряде опытов после измерения ГО колосьев определяли интенсивность дыхания чешуй и зерновок манометрическим ■ методом Варбурга, а также суммарную АТФазную активность гомогена-тов чешуй, зерновок (Рубцова, 1975).,В условиях полевого и вегетационного опытов изучали влияние удаления флагового листа на

Н1„„, морфологические показатели колоса, белковистость зерна. В ■ кч

опытах со срезанными колосьями изучали•влияние аналогов транспортных форм азотсодержащих метаболитов (глутамата, аспартата, станина) ; ингибиторов энергетического метаболизма (ЯаР, 2,4-Дда^на ГО и некоторые физиолэго-биохимлчзскио показатели колоса (дыхание, АТФазную активность. Отделенные колосья помещала на растворы аминокислот: глутаминовой (204i.!), лспарагштпоК (23 к/Ц), «гцда/й*-' на(20 мМ). Раствор фторида использовала п, кшъцгягр&ци^Зэ МИ

2,4-ДНФ - I M. Контролем служили колосья, экспонированные на воде. В ряде опытов Фторид вводили в верхнее междоузлие нативных растений с помощью медицинского шприца по методике, описанной в работе Беловой, Тарчевского (1981), В опытах с 14С-глутаматом и С-аспартатом изучали влияние NaF на РПКЧ, а также на распределение *4С-аминокислот среди отдельных элементов колоса озимой пшеницы Ахтырчанка и яровой пшеницы Московская 35. В зафиксированных паром и высушенных растительных пробах определяли содержание свободных и связанных аминокислот (Козаренко и др.,1975) на чешском аминокислотном анализаторе марки Î 339. Общий азот определяли по методу Кьелвдаля, белковый - по Барнштейну (Петербургский,. I96U)..Результаты опытов обработаны статистически (Доспехов,-1985). На рисунках и в таблицах приведены средние арифметические и их стандартные отклонения. Достоверность различий мевду вариантами устанавливали.с учетом числа повторностей по Стьхденту.

■ ' РЕЗУЛЬТАТЫ. И ОБСУЖДЕНИЕ ; ■ ;

Бцоэлвктрогекез созревавших колосьев пшеницы озимых ( Ахтытэ-чанка. Заш) и яровых (Московская 35. Сдмбирка) сортов. В 19851986 гг. непосредственно в полевых условиях изучали динамику нативных градиентов Н1 (РПКЧ, К1ок, НТа) созревающих колосьев пшеницы озимых сортов Ахтырчанка и Заря. В хода проведенных исследований были выявлены общие и сортовые особенности изменения натив- * ных градиентов РП колоса (рис.1-2). . -

' Вначале репродукционного периода (<ИЭ) у обоих сортов более - высокие абсолютные значения отмечала при измерении И1кч, что, по" нашему мнению, свидетельствует о более высоком уровне физиологической активности чешуй в началерепродукционного периода, по сравнению с другими злементи.-д колоса (дерцзвками, стержнем). Более ' отрицательные к ¡Ъ Ко ¡ща целина ( рис. 1-2) указывают

■ А ФЦ ■ чш Е ФФЗ Й» г кФМС НЕ«

Б' ИНН«, н-К1 { ьНг

. ) ФФЗ ^-н-к а Е 4 ФМС хН г к і ч к«МО ■Ий л і й ФГС

• Шнц ■ Нч-Ц Б' А /И Ч 1 в' ¡Мк Г' N !+ ч а -М ■¡¡¡г

Рис Л. Изменение нативных градиентов РПКЦ, РП , ГО колоса пшеницы озимых сортов Ахтырианка (А-Д) и Заря (А -Д ) в ходе репродуктивной фазы развития. 5азы: цветения (5Ц), . формирования (Ф53), моловдой (5МС), тестообразной (ОТО спелости. Измерение РП колоса проведено на нативных растениях й полевых условиях. •—• - удаление Ьлагового листа (опыт 1985 г.).

В

Масса 1000 зерен, г

, 18.06 24.06 «КЗ ФФЗ

30.06 н«МС

7.07 «МО

14.07 $7,07 21,07 кШЗ - ФТС ФГС

Рис.2. Изменение ЕП колоса и массы 1000 зерен пшеницы озимых; сортов Ахтырчанка.я Заря в ходе репродуктивной фазы развития. I. Масса 1000 эеренСг). 2. Прирост массы 1000 зерен (г). На рисунке представлены усредненные значения И1 колоса. Опыт 1986 г.

на более.высокий уровень физиологической активности стержня, что; может быть связано о оттоком продуктов распада конституционных 'веществ из вегетативных органов растения ( siapaon, Daliing^ 1981;-Кондратьев Каманова, 1983; Rally et al , 1994).

■ У обоих сортов максимальные"величины всех трех типов измеряемых И1 были отмечены в ШО (рис.2). Основываясь на многочисленных данных исследователей,' изучавших процесс .накопления запасных веществ в зерновках ( Jenner, Rathjen, 1975; Ov-ffuB, Foale, 1976; Коновалов',, 1981; Кумаков," 1981, 1385;,Стрельченко, JS8I; Павлов,

1984^можно высказать мнение о том, что отмеченные в ШЗ макса- . мальные значения всех трех типов измеряемых Н1 отражают наиболее высокий уровень функциональной активности колоса в целом в этот период. В конце налива (ФГС) отмечена общая тенденция к снижению-абсатютных значения. И1 колоса у обоих сортов, что» как ш полага-ем,характеризует закономерное, связанное в окончание« онтогенетического цикла, снижение интенсивности физиологических процессов колоса (рис.1-2).

При измерения И1 нативных колосьев в полевых условиях был "выявлен более стабильный характер алектрофизиологических параметров у Ахтырчанки, что, по нашему мнению, характеризует более выкую степень устойчивости физиологических процессов колосьев данного сорта к действию неблагоприятных факторов среды, по сравне-шш с Зарей (рис.1,2)« С другой стороны,, более лабильный характер . Ш колосьев Зари отражает более высокую степень отзывчивости данного сорта на изменение условий выращивания и подтверждает мнение о том, что сорта интенсивного типа оказываются весьма зависимыми от колебаний неуправляемых метеорологических факторов (Кумаков, 1985} Батыгин, 1986).' В пользу этого предположения свидетельст-вуюгг и данные о накоплении сухого вещества в зерновках изучаемых сортов (ряс.2).

В ходе исследований были выявлены я сортоспеци&ическяе особенности изменения коррелятивных связей мавду измеряемыми элект-рсф5зяологлчеашш параметраш созровамцих колосьев, что, как ш полагаем, отражает сортовую специфику морфофизиологических связей между отдельными элементами колоса в ходе репродукционного перлона. У Ахтырчанки связь'средней силы ( Г =0,30-0,71) между изморя-

„, • ■ ,„ . наименьшей ■

емымя.Ш была выявлена в 41.1С, а у Зарэт^ в. начале СОЗ (г=0,08-

0,61). В.конце налива (4ТС) теснота'связи мелку отдельными И1 колоса' у обоих сортов била высокой (»-в 0,во-0,е0>» Следует. отнп-

Таблица I

Коэффициенты корреляциимэящу отдельными типами РП колоса пшеницы озимых сортов Ахтырчанка и Заря, Коэффициенты корреляции рассчитаны по усредненным значениям для 3-х точек измерения РП середины колоса.

Ахтырчанка Заря

тать и нарастание вариабельности значений РП к концу налива, что, как мы полагаем, определенным образом характеризует (а)синхронность развития колосьев пиешиш изучаемых сортов(рис.І, табл.1).

Морфолог иче екай анализ элементов продуктивности колоса показал, что в колосе Зарч формируется более крупное зерно, но озер-ненность колоса ниже, чем у Ахтырчанки. Содержание белка в зерне пшеницы сорта Заря было пшле, как при расчете на единицу массы,

так и на нассу зерна полоса, и массу 1000 зерен (таблица 2).

Таблица 2.

Элементы продуктивности колоса а содержание балка в зерне пиеницы озимых сортов Ахтырчанка и Заря

Сорт

I Масса I Кол-во ! Пасса ! Содержание белка (к 5.7) ! зерна ! зерен в! 1000 ! ~|г на мас-!г на ц

I колоса! колосе,! зерен,! ! г і '

_. .... . _ .. . мас-•су зерна !су 1000

1985 г.

Ахтырчанка 1,Ы 37,1 48,79 12,77 0,23 6,20

Заря 1,67 31,8 52,52 14,88 0,25 7,86

і к контролю 92,3 85,9 107,6 116,5 108,6 126,8

2,2/4 2,6/2 2,1/4

Ахтырчанка 2,35 47,8 49,16 8,78 0,21 4,39

Заря 2,04 39,8 56,98 12,20 0,2э 6,98

% к контролю 86 ,а 83,3 115,9 139,0 119,0 159,0

3,6/0,1 а,4/0,1 5,2/0, Д

Примечание: Данные сорта Ахтырчанка взяты за 100

Аналогичные изменения нативных градиентов РП ко юса пионицы яровых сорюв Лооковская 35 и Слмбирка был»! рм.текн п ходе проведения полевых исследований 1еш г. У изуч_в^< со[ гон разтачая между отдельными типами измеряв мх ?Я (РП,.,,, ? , выражены, чем у озм-шх.

Влпянио удален.14 -Гтагового т ста н > с 1 ' г. ~ с.

'••3)сьл і I (. ^

рровой пшеницы Московская Зо и озимых сортов Ахтырчанка. Эапя. При изучении донорно-акцепторных отношений между отдельными органами растения часто используют прием ис {усственного уманыленяя листовое поверхности, изменяя таким образом соотноишше мовду ассимилирующими и потреблявшими органами (ьч-апа, яаг<11а»(, 1966;

Ме1ап0г, 1Ь»ЬЭ; Коновалов, 1981; Мокроносов, Лванова,1971 и др).

Рис.3. Влияние удаления флагового листа на РПКЧ колоса яровой пшеницы Московская 35. Опыт 1981 г.

- контроль

•-• опыт (дефолиация)

Таблица з.

Влияние удаления флагового листа на морфологические показатели колоса и содержание белка в зерне пшеницы озшщх сортов Ахтырчанка и Заря. Опыт 1985 г.

Вариант

! Масса I лол-во ! Масса ! Содержание белка (х5х7) | зерна ! зерен в! 1000 ! уЕ~на~маосуТ?~на масоу

1 колоса! колосе,' зерен,! ' г ! дт. ! г !

1% !зерш !колоса

! 1000 ! зерен

Контроль

Опыт

t> к

контролю

Контроль

Опыт

^ к

контротн

Ахтнпчанка

I,bl 37,1 48,79 12,77 0,23 6,20

1,36 32,8 41,46 12,03 0,17 5,11

75,1 86,6 85,0 94,2 73,9 82,4

Заоя

1,67 31,8 52,52 14,88 0,25 7,86

1,12 29,2 38,36 12,48 0,14 4,85

67,1 91,8 73,0 83,9 56,0 61,7

При 'ечшь1е: Контроль -интактные растения; опыт -дефолиация,

В нали опытах удаленно флагового листа в начале ФФЗ у рао-

тений яровой пшеницы "ооновская 35 (полевые опыты 1981,1983 гг.)

пг'водлло к чозпт. вацлк значо шй И1КЧ (рлс.З). У опытных колосьев

(де^олиашш) ози.'шх сортов Ахтырчанка I Заря (опыт 198Ь г.) отке-

чеяа нагативадия значений Шкч, по сравнению о растениями конт — . рольного варианта, имевшими флаговый лист (рис.1-В,В')¿'.чт.о свидетельствует, по нашему мнению, о возрастании физиологической активности чешуй колосьев опытного варианта. Дефолиация оказала более выраженное отрицательное действие'на морфологические и биохимические показатели колоса пшеницы сорта Заря, по сравнению с Ах-тырчанкой, что согласуется с имекщимися литературными дашшми о .". более значительной роли листьев верхнего яруса у сортов интенсив. ного типа (Кумаков, 1985). ..""■/ ^ :'•*-..

Таяние пкаптонип пор.тупяипиу аминокислот ня бипппташшшщ созревавших колосьев. В опытах о помещением срезанных колосьев на растворы аминокислот изучали влияние.аналогов транспортных азотсодержащих метаболитов (глутамата, аспартата, алашна) на ГО . . колоса и АТФазную активность зерновок, чешуй. В ходе исследований отмечали изменение полярности, абсолютных значений РЯ относитель^ но контроля - колосьев, поглощавших воду. При этом было; выявлено ' неоднозначное действие аминокислот,на Н1 колоса разной-спелости. : Так, в опыте со срезанными колосьями пшеницы Московская 35 после 24-часовой экспозиции.на растворе глуташновой-кислоты" была от-. мечена негативация значений Н1КЧ и одновременно возрастание АТФ-азной активности'зерновок и чешуй (рис.4).., Помещение колосьев на раствор лазнка вызвато снижение значений неодновременно — АТФазвой актявноетя чешуй (Рубцова и др.,1986).

. Рис.4. Влияние глута-

ИІ, мВ

О -20,

2000

1000

1-Контроль(Н20), ' 2-0пыт(глутамат) ■

. - П . зерновки чешуи

її

12

I 2

миновой кислоты на И1кч (I), АТФазну» активность (П) зерновок а чешуй ■ колоса цшениш Московская 35 в фазе молочной сполооти зерна (в мкг Фн яа I г за ! ч)

В опытах с экспонированием срезанных колосьев пшеницы разных сортов на растворах было выявлено сортоспвцифическое действие аминокислот на отдельные типы измеряемых РП колоса. Так, например, в опыте с помещением колосьев пшеницы озимых сортов Ахтырчанка и Заря на раствор глутамата отмечали общую негативацию значений измеряемых Н1 (РПКЧ, Н1ок, РП3) у колосьев Ахтырчанчи относительно контроля, тогда как у Зард абсолютные значения всех трех типов измеряемых ГО практически не изменились (рис.5 А,В, а',в').

Ахтырчанка

мВ -20

-40

-60 -во

НА н

Ш

ад и

ЪР

М.

ь

и

глу

В

Заоя

-40

?ио.5. Влияние глу-таминовой кислоты на

ГОкч. гаок» газ колоса пшеницы озимых сортов Ахтырчанка и Заря в фазе молочной спелости зерна. Время экспозиции колосьев на растворах - 14-16 ч (А,А'), 26-28 ч (Б,В, Б',В'). Опыт 1986 г.

-И1,

кч

— га, □ И13

ок

Сравнивая данные контролей с 15- а 28-часовой экспозицией, можно отметить более стабильный характер РП[{Ч и значительное падение РЯ, у обоих сортов. У Зари достоверно снизились значения И1.„ се-

4 ОК

редины и плрхней части колоса, тогда как у Ахтырчанка изменение гаок было менее пыраяено (рис.5 Б,Б').

даичиу о сортосляхыфичоском дойствии глутамата на отдельные

Г>

га,

мВ

О

-20 -40

.-80

Моо ков екая 35 контр глу ЯаР

Симбирка , контр глу

КаР

7ШТУ1

□ и.

ЕЗ^ок Шря

Рис.6, Влияние глутаминовой кислоты я фторада натрия на ГО колоса пшеницы яровых сортов Московская 35 и Симбирка в конце фазы формирования зерна. Время экспозиции -37-41 ч. На рисунке представлены усредненные значения ГО колоса. Опыт 1986 г. -

типы измеряемых ИЗ колоса были получены и в опыте со срезанными колосьями пшеницы яровых сортов Московская^35 и Симбирка (рис.6),

Раосматрявая полученные экспериментальные данные (рис.4-6), . можно высказать мнение о том, что экзогенно поступающие аминокислоты оказывают неоднозначное действие на физиологические процессы, протекавдие в отдельных элементах колоса (чешуях, стержне, зерновках) , что находит свое отражение в (а)синхронном характере изменений отдельных градиентов Н1 (ГО^, РП0К, ГО3) колоса. ',

Влияние ингибиторов энергетического .метаболизма - Фторида натрия я 2.4-динятро>*еиола на биопотенциалы колоса, интенсивность. дыхания. АТФазнук'акт^внодть я поступлений аминокислот' в развивахь шиеся зерновку. Помещение срезанных колосьев пшеницы на раствор МаР, как правило, вызывало падение (или позитивацшо) абсолютных величин И1, резкое снижение вариабельности и изменение электрической полярности колоса (рис.6-8). При этом отмечали нивелировку различий в характере раслределония РПКЧ и РП0К вдоль оси колоса (рис.7). В чешуях колосьев» экспонированных на растворе КгР в течаШ!0 '

-20.

-40 -60

о -20

*

-40 -60

Рис.7. Влияние фторида натрия на Ш колосьев пшеницы озимых сортов Ахтырчанка а Заря. А. Отделенные колоохл в фаза формирования зерна экспонированы на вода (I) я растворе ЫаР (2) в течение 5-7 ч. Б.Измерение РП провалено в поле череа -23-25 (I) я 48-50(Ш часов посла инъекция фторида в колосоносное междоузлие колосьев в фаза молочной спелости зерна. I. Контроль-интактные растения. 2. Опыт- инъекция фторида натрия» Опыты 1985 г.

24 ч снижались показатели, характеризующие энергетический обмен -интенсивность дыхания и АТФазная активность (рис.8, табл.4). В то же время следует отметить, что в зерновках опытного варианта данные показатели не имели достоверных различий по сравнению с контрольным вариантом (рис.8, табл.4).

У инъецированнных фторидом или поглощавших ЯаР из раствора j колосьев установлено нарушение оттока аминокислот из чешуй в зерновки, что,как мы полагаем, указывает на участив метаболически активных системе транспорте аминокислот из чешуй в зерновки, что согласуется с данными исследователей, изучавших процесс поступления И но-сопления ассишлятов В зерновках (Zee, O'Brien, 1971}

Ахтырчанка I 2

¡✓Н-Ц Ип?^

< х

— га.

— га,

кч

ок

Ахтырчанка Заря

Г

ч

m

п

Ахтырчанка Заря

Таблица 4.

Влияние фторида натрия на суммарную АТФазную активность зерновок и чешуй колосьев озимой пшеницы Ахтыр^Ущка в фазе формирования зерна. Опыт 1986 г.

- ! АГФазная активность (мкг ф на I г сух.массы за I ч ) Вариант ! " __

! зерновки ! 4 I ?,% ! чешуи I й 1 ?,%

100

2902±80

Опыт , (НаР).

106

1,5 15

2544і£5 Ї00~

1921^45 76

7,9 40,1

Примечание: в знаменатапе - % к контролю

Рис.8. Влияние ЯаБ на ИІ , интенсивность дыхания зерновок и чашуй колосьев озимой пшеницы Ахтырчанкав фазе формирования зерна. А.Изменение И„1г и ГЦ,' под действием ЫаГ. Б. Интенсивность

лЧ о . _

дкханяя(іжл Оі на I г сух.массы за I ч ) зерновок и. чешуи. ¿.Контроль (Н20). г^Опыт (ЫаГ);:0пыт 1386 г..

Белова, Тарчевский, І98І;йіогпе,НаіпЬігб, 1933; тъогпе, 1985).

Шесте с тем нельзя исютачять и прямое повреждающее действие фторида на клеточные ьяяабраны, а такав на структурную и функцио-. кальную целостность <гШ0зїя$ш/іш: передаточных клеток ( Гаогпе, -

ПаШЫг<1, 1ЭвЭ; ТЬогпе, 19В5).

Экспериментальные доказательства нарушения транспорта азотсодержащих ассимидятов аз чешуй в зерновки были получены в опытах с использованием ^С-аминокислот. В зерновки опытного варианта (ЯШ?) поступило лииь 17-20;» радиоактивной метки относительно контрольного варианта.

Следует отметить и тот факт, что в элементы верхней частя колосьев Ахтырчанки и Московской 35 поступило больше *4С-амино-кислот С рис.9). Аналогичные данные о поступлении и распределении радиоактивной метки были получены на колосьях, инахтивироваяных паром (Рубцова, Кузнецова, 1986).

кая 35. А. Соотношение масс элементов колоса (5?). Б. Распределение 14С-глутамата гечду отдельными частями колоса, в % от общего количества посадившей радиоактивной метки. I. Контроль. 2. Опыт-колосья предварительно выдержаны на растворе ПаР (4ч). Опыт 1984г.

В целом на основании результатов проведенных исследований представляется возможным заключать о возможности использования ■ілектрофизлологяческих параметров (градиентов РШ колоса, наряду с другим.! ¿изиолого-биохимическими характеристиками, при изучении отдельных сторон метаболизма голоса в ходе репродукционного периода.

вывода

I* Разработан я наготовлен измеритель разности биоэлектричео хях потенциалов растений, предназначенный для изучения электрофизиологических параметров (внеклеточно измеряемых разностей потенциалов) нативньгх растений как в полевых, , так и в лабораторных условиях. В комплекте с измерителем предложена система крепления од ного из электродов я объекта (колоса), что значительно упрощает измерение И нативных колосьев в полевых условиях.

2. Впервые о помощью измерителя непосредственно в полевых ус -ловиях прослежена динамика внеклеточно измеряемых Ш колосьев гшв шиш озимых (Ахтырчанка, Заря) я яровых (Московская 35», Симбирка) сортов в ходе репродуктивной фазы развития.

3. При отведении И1 от разных элементов колоса (чешуй, стержня, зерновок) установлено наличие нескольких нативных градиентов ГО вдоль оси колоса, различающихся в отдельные фазы по характеру полярности и айсолютным значениям РП. В ходе исследований отмечен более стабильный характер изучаемых И1 у колосьев Ахтырчакки при наступлении неблагоприятных периодов в ходе вегетации, что, по нашему мнению,указывает на более высокий уровень устойчивости физиологических процессов колоса данного сорта, по сравнению с Зарей.

4. В ходе созревания отмечены (а)синхронные изменения изучаемых градиентов РП (Н1кч, Н10К, И13), что, по нашему мнению^определенным образом отражает характер изменения физиологической активности отдельных структурных элементов колоса (чешуй, зерновок,-стержня), а тага« одноименных элементов из топографически разных частей колоса.- ;.:-.* * ' , , . '■ ". .. ,

5. Изменение донорно-акцепторных отношений при удаления флагового листа вызывало изменение нативных градиентов РПКЧ, что, по всей видимости, определенным образом характеризует функционирова-

наа компенсаторных механизмов, направленное на поддержание физиологического гомеостаза в ходе онтогенеза.

6. Показано сортоспецифаческое влияние экзогенных аминокислот - аналогов транспортных метаболитов (глутамата, аспартата, аланина) на внеклеточно измеряемые градиенты Н1 колоса. Эти изменения могут носить (а)синхронный характер, что, как мы полагаем, характеризует согласованность изменений физиолого-биохимических процессов, протекавших в отдельных структурных элементах колооа.

7. В опытах с использованием ингибиторов энергетического метаболизма получены экспериментальные данные, указывающие на учао-тие метаболических процессов, связанных о энергетическим обменом, в формирования градиентов РП вдоль оси колооа. Электрофизиологическая гетерогенность нативкых колосьев изучаемых выборок отражает внутрисортовое разнообразие морфофаэяологячвских типов индивидуального развития, скрытое от прямого наблюдения, и дает возможность оценить (а)синхронность развития (дружность созревания) колосьев изучаемых сортовых популяций.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рубцова М.Сч, Воробьев Ю.М., Кузнецова М.З., Кузнецова Т.Н. Поверхностные метаболические потенциалы развивавшегося колоса пшеницы Горьковская 20, минеральный и аминокислотный соотав зерна// Новое в электрофизиологии растеняй:Тр.,Т.83.-Горький,1975. С.3-12

2. Рубцова М.С., Кузнецова Т.Н. Накопление белка а минеральных элементов в зерне яровой пшеницы Московская 35 в зависимости от разности потенциалов (ГО) колоса и условий минерального питания: Тез.докл.П-ой Всес. конф."Биохим. и бнофизлч. мех-мы транспорта веществ у растений и его регуляция".-Горький,1Э78.С.141-142.

3. Рубцора '¡.С., Кузнецова Т.Н., Масловский В.В. Взаимосвязь мазду разностью потенциалов колоса пиеницы и накоплением белка В

, зерне: Тез. докл. Всесоюз. симпозиума "Азотный и белковый обмен ' , растений,- Тбилиси,1978; С.87.

, ' 4. Рубцова М.С., Кузнецова Т.Н., Кравцова P.A., Масловский. В.В. Электрическая полярность колоса пшеницы и ее изменения в за- ' Г висимости от фаз развития и условий минерального питания//Агротех-нические пряош повышения урожая и качкства зерна: Тр., Т.143.- • -Горький,1380. С. 48-52. v.' - .'V-Y Л'''- -Г:'

• 5. Рубцова М.С., Кузнецова Т.Н. Портативный комплект для из- . - i мерения разности потенциалов растений в полевых условиях: Тез.- , j ; , докл..Всесоюз. конф. "Биоприбор-81". Кишинев,1984.,C.I08. ;,'..-;';»

6.Рубцова М.'С., Кузнецова Т.Н., Худш<оваЛЛ.В. Разнооть по- . тенциалов поверхностных тканей-колоса пшеницы и ее изменения в зависимости от транспорта веществ и жизнеспособности: Тез» докл. Г

. 1-ой респу&л.конф. по биофизике.-Кишинев, Штяинца,1Э84; C.XIO. • .", с*

• , 7. Рубцова М.С., Кузнецова Т.Щ, Таова Л,А'. Изменение элект-' •',> ..'.'-" ■" рической полярности початка кукурузы Иллинойская высокобелковая и

йшшнойская низкобелковая в течение суток и в.веготацию//Приемы . . , повышения качества зерна: Сб.научн.тр.- Горький,1984. C.3X-36.." 8. Кузнецова Т.Н. Электрофизиологическив характеристики колоса пшеницы разных сортов в связи е уровнем белка//Физиология.-электрофизиология и биохимия с.-х. растений: Сб.научн.тр.- Горь--, КИЕД984. С.69-78. , ■" ~ " ' • V';'- . .'/ ' : ' , ■ ;

. 9. A.C. II55I93 СССР МКИ3 А Ol G 7/00. Измеритель разности ; . . биопотенциалов растений/ Рубцова М.С., Кузнецова Т.Н., Швецов Г.А. N \ Заявлено 23.06.83. Опубл. 15.05.85. Бпл. М II. , % ; ; ;

' 10. Рубцова М.С., Кузнецова Т.Н..О;транспорте аминокислот в . ' ■ колос и его электрической полярности// С.-х. биология. 1986. № 2. '; С.41-44. '•.'.. '.

• . II. Рубцова М.С.,-Кузнецова Т.Н.» Жиганов A.B. Влияние азот- _ - содержащих веществ й углеводов на АТФазную и биоэлектрическую

активность колоса пшеницы: Тез.докл. У-ой Бсесоюз. биохимич. съезда,- Москва,1986. С.225-226.

12. Руошва М.С., Кузнецова Т.Н., Кравцова P.A., Худякова М.Б. Регулируициа деРствие поотупамшх в колоо веществ на биоэлектрическую а АТФазную активнооть, и на дыхание колоса/Д5ембр. транспорт и биозлектрогенвз у растений: Межвуз.сб.научн.тр.-Г0рький,Ііг87. С.71-77.

13. Кузнецова Т.Н. Возможность оценки формирующихся хозяйственно ионных признаков злаков по показателю биопотенциалов//Физио-логия и биохимия с.-х. растений: Сб.научн.тр.- Горький,1987.

С.27-35.

14. Кузноцова Т.Н. Биопотенциалы колоса пшеницы как показатель функционального состояния репродуктивных органов колосовых// Электрофизиологическио еетоды в изучеіши функционального состояния растений: Сб.научн.тр,- Москва,1988. С.23-31.

Цена -—«ея.-

Объем /,. л ^ Тираж /рр ~

Типография Московской с.-х. ааиые/ччр им,- К. А. Тимирязева 127530, Москва И-55Ч, Тилир^е^гкая ул., 44