Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Действие электростатических полей на органогенез и морфофизиологические показатели растений картофеля (Solanum tuberosum L.) в условиях in vitro

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Действие электростатических полей на органогенез и морфофизиологические показатели растений картофеля (Solanum tuberosum L.) в условиях in vitro"

На правахрукописи

ЧУЛУУНБААТАРЫН СУБД

ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ОРГАНОГЕНЕЗ И МОРФОФИЗИОЛ ОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ (Solatium tuberosum L.) В УСЛОВИЯХ in vitro

Специальность 03.00.12 - физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2004

Диссертация выполнена на кафедре физиологии растений Московской сельскохозяйственной академии им. К.А.Тимирязева (МСХА).

Научный руководитель - Доктор сельскохозяйственных наук, член-

корреспондент РАСХН, профессор Третьяков Н.Н.

Научный консультант - Доктор биологических наук, профессор

Мелнк-Саркисов О.С.

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук Кириченко Е.Б., Доктор биологических наук Захарин А.А.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский

институт картофельного хозяйства.

Защита состоится «^•g7» ¿¿sGA^ 2004 г. в на

заседании диссертационного совета Д 220 043.08 при Московской

сельскохозяйственной академии им. К.А.Тимирязева.

Адресе: 127550, Москва, Тимирязевская ул , 49. Ученый совет МСХА им.

К.А.Тимирязева.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ МСХА. Автореферат разослан « » tÄÄi/ 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета-Кандидат биологических наук

—Карсункина Н.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Зашита семенного картофеля от вирусных и других болезней, а также сохранение репродуктивных свойств сортов обеспечивается системой безвирусного семеноводства картофеля /СБС/, конечная цель которой -снабжение хозяйств, производяших товарный картофель, безвирусным посадочным материалом.

Усовершенствование системы размножения оздоровленного посадочного материала, включающее несколько этапов, ряд из которых проводится в контролируемых условиях, ведёт к снижению потерь урожая от вирусной инфекции.

В связи с этим разработка эффективных приёмов, интенсифицирующих процессы клонального микроразмножения оздоровленного посадочного материала, которое из-за высоких затрат на энергоресурсы характеризуется высокой себестоимостью конечного продукта - оздоровленного посадочного материала, является главной задачей при переводе семеноводства картофеля на безвирусную основу.

Метод культивирования in vitro растительных клеток, тканей и органов в настоящее время всё шире используется для селекции, генетических и физиологических исследований /Бутенко, 1994;Мелик-Саркисов, 1995/.

Современное развитие биотехнологических методов вывело безвирусное семеноводство картофеля на уровень самостоятельной отрасли растениеводства. Одним из важнейших факторов для успешного широкомасштабного введения безвирусного картофелеводства в сельскохозяйственную практику является всестороннее изучение физиологии безвирусных растений с целью разработки научно-обоснованных приемов их возделывания.

Результаты научно-исследовательских работ кафедры физиологии растений ТСХА в период 1985-1995 гг. /Каменская др., 1988, 1993; Третьяков, Деменко и др., 1994,1995; Шогенов и др., 1999/ показали возможность активно влиять на процессы морфогенеза ряда сельскохозяйственных культур /картофель, кукуруза, ягодники/ путём воздействия на клеточную культуру и растения регенеранты электрическими полями, пневматическим давлением и вакуумом. Теоретический и практический интерес представляет использование этих приёмов для улучшения процессов регенерации растений из культуры клеток и тканей, или сомаклонов, полученных на основе генной инженерии, где необходима быстрая регенерация с целью предотвращения нежелательной генетической изменчивости и создания лучших условий для прохождения отдельных этапов морфогенеза.

• . >.|ЬИАЯ ЬИЬЛИОТСКА

Актуальность темы: Для разработки научных основ и внедрения в производство методов электростимуляции, также необходимы дальнейшие исследования самого механизма влияния электростатических полей на биологические объекты.

Существенным недостатком предыдущих работ по данной проблеме взаимодействия электрических полей с растениями являлись недостаточное внимание исследователей к вопросам СО2 газообмена растений и недооценка биологической роли градиентов БЭП-в как интегральному показателю функциональной активности под действием электрофизических факторов.

Вместе с тем, эффект влияния тока на растительный организм носит сложный характер и зависит от множества факторов /Медведев, 1998/, вследствие чего полученные результаты носят зачастую противоречивый характер.

В литературе не нашли отражение конкретные рекомендации по выбору оптимальных параметров воздействия, не обоснованны их временные характеристики и онтогенетические аспекты. Также недостаточно сведений о закономерностях действия тока на интактные растения в оптимальных условиях среды и возможностях его использования для стимуляции процессов роста и развития в условиях in vitro.

Цель и задачи: Целью нашей работы являлось исследование вопросов взаимодействия электрических полей и растения, изучение ответных реакций растительного организма, выяснение физиологических механизмов эффекта электростимуляции растений в зависимости, от характера электрического поля и от особенностей объекта его воздействия.

В практическом плане важное значение имело определение режимов обработки электростатическим полем растений картофеля при регенерации меристем и росте черенков при их клональном микроразмножении для улучшения морфогенеза растений, что в конечном итоге должно обеспечить более высокий коэффициент размножения.

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:

1. Изучить действие электростатических полей разной направленности и разных уровней напряженности на отдельных этапах биотехнологического цикла культивирования растений картофеля в условиях in vitro.

2. Изучить влияние электростатических полей на морфофизиологические характеристики пробирочных растений (интенсивность видимого фотосинтеза и темнового дыхания, особенности баланса СО2 , некоторые биометрические показатели).

3. Изучить влияние электростатических полей на топографию градиентов БЭП и динамику изменения БЭП после снятия воздействия.

4. Провести полевую оценку растений, которые на этапе клонального микроразмножения подвергались воздействию электростатических полей. Научная новизна и практическая значимость: В настоящей работе

впервые проведены комплексные исследования по применению электростатического поля на отдельных этапах культивирования растений картофеля в условиях in vitro, таких как приживаемость меристем и выход регенерантов, клональное микроразмножение, регуляция каллусогенеза, адвентивного побегообразования на разных типах эксплантов.

Выявлено стимулирующее действие отдельных уровней и направленностей электростатического поля на ряд физиологических процессов: рост и развитие, регенерационные процессы, интенсивность видимого фотосинтеза и темнового дыхания, топографию градиентов БЭП на пробирочных растениях и динамику изменения БЭП после снятия воздействия.

В полевых условиях изучено последействие обработки электростатическим полем растений картофеля на этапе микроразмножения.

Показана высокая воспроизводимость результатов по изучению СС2 газообмена и градиентов БЭП и выявлена корреляция данных показателей при действии электростатических полей разной направленности.

Для регистрации СО2 газообмена применен методический подход позволяющий сохранить целостность пробирочного растения картофеля.

Результаты работы позволяют предложить эффективный способ управления ростом, морфогенезом и регенерационными процессами при помощи постоянного электростатического поля. Полученные данные могут быть использованы на изученных этапах культивирования растений картофеля в условиях in vitro, и включены в технологический процесс в системе безвирусного семеноводства картофеля, а также и на других объектах, культивируемых в условиях in vitro, которые трудно переходят к органогенезу, и где стимулирующий эффект действия электростатического поля может превысить соответствующие показатели у картофеля.

Апробация работы: Материал, изложенный в диссертации, был доложен на конференции молодых ученых МСХА /2002, 2003/, на V съезде Всероссийского Общества Физиологов России /Пенза, 2003/, на IV молодежной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» /Москва, 2004/, отчеты по теме исследований ежегодно заслушивались на научно-методических заседаниях кафедры физиологии растений ТСХА /2002-2004/.

Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, заключения, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа

изложена на 140 страницах машинописного текста, включает 12 таблиц и 19 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 208 наименований, в том числе 81 иностранных авторов.

Публикации: Основные результаты исследований, обобщенные в диссертации, опубликованы в 6 печатных работах, 2 работы находятся в печати.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Объектами исследований служили сорта картофеля селекции ВНИИКХ (Удача, Голубизна, Луговской, Резерв, Ильинский), сорта, голландской селекции (Романо, Санте, Конкорд) апробированные и рекомендованные для промышленного производства на территории РФ, и сорта монгольской селекции (Хонгор, Сэлэнгэ, Шийр-6), признанные перспективными для производства в условиях Монголии. Сорта различаются между собой как по происхождению, срокам созревания, так и по другим физиологическим особенностям в полевых условиях, так и по поведению в условиях пробирочной культуры: скорости роста, реакции на гормональные и внешние условия и тд.

Исследования проводили в лаборатории физиологии растений МСХА и в лаборатории безвирусных культур ВНИИСБ РАСХН. Как апикальные меристемы, так и микрочеренки культивировали в камере "фитотрон" при факторостатных условиях. Температура культивирования в камере "фитотрон" составляла 22±2°С, освещенность на уровне растений 5 клк, продолжительность светового дня-16 часов.

Все культуральные работы проводились по методике, описанной Р.Г.Бутенко, Ф.Л.Калининым и др., рекомендациям к производству безвирусного семенного картофеля, разработанным лабораторией безвирусных культур ВНИИСБ /Мелик-Саркисов и др./ и по методическим указаниям, разработанным на кафедре сельскохозяйственной биотехнологии ТСХА.

2. Установка для создания постоянного электростатического поля и условия проведения опытов.

Электростатическое поле создавали генератором высокого напряжения В-524, размещенного вне камеры и питающегося от сети переменного напряжения 220 вольт, один высоковольтный полюс которого соединялся с токопроводящей пластиной, на которой устанавливаются штативы с пробирками. Другой полюс источника тока был соединен с металлической сеткой 2x2 мм, расположенной над нижней пластиной на высоте 25-30 см. Напряженность электростатического поля между пластинами зависит от напряженния IUI подаваемого на пластины установки в кВ-х и расстоянием /// между пластинами /рис. 1/.

Рис. 1: Схема установки для создания постоянного электростатического поля

Биоэлектрическую активность пробирочных растений картофеля регистрировали экстраклеточно с помощью неполяризующихся хлорсеребряных электродов ЭВЛ-1М и цифрового pH-METR-a 5170 (Польша). Измерительный электрод контактировал с поверхностью листа апикальной мутовки через ватный фитилёк, смоченный водопроводной водой, электрод сравнения через переходную насадку контактировал с питательной средой, где находились корни растения. Для избежания механического воздействия на ткани контакт осуществляли с помощью специального манипулятора с микрометрическим механизмом.

Интенсивность СО2 газообмена на свету и в темноте определяли газоанализатором ГОА-4 (0-0,05% СО2) по «замкнутому» контуру /Аканов, 1989/, где измеряли изменение концентрации СО2 в воздухе после прохождения его через последовательную цепочку из 4-х пробирок с вегетирующим микропобегами и выражали в мг/час на 1 гр сухой растительной массы.

Были проведены 4 лабораторных и 1 полевой опыт. Воздействие ЭСП разной направленности и уровней напряженности от -10 до +30 кВ/м было рассмотрено на основных этапах технологического цикла безвирусного семеноводства картофеля начиная с этапа введения в культуру (выделения верхушечной меристемы из этиолированных проростков) и до высадки адаптированных побегов в открытый грунт. Основным опытам предшествовали

предварительные опыты по выбору параметров обработки и экспозиции. В опытах определяли показатели приживаемости меристем, общий выход регенерантов, определение прироста сырой биомассы каллусной ткани стандартным весовым методом, динамику образования узлов регенерации, конечный выход регенерантов на разных типах эксплантов, интенсивность СО2 газообмена, показатели БЭП, топография БЭП и биометрические показатели (высота, количество междоузлий, сырая и сухая биомасса, показатели развития корневой системы) пробирочных растений.

Полевой опыт проводился на участке овощной опытной станции им. В.И.Эделыптейна МСХА с 2002-2003 гг. При проведении полевого опыта определяли биометрические показатели, содержание хлорофилла /Тарчевский, 1983/ и урожайные данные.

Результаты экспериментов обрабатывали с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2000. На графиках и в таблицах представлены средние арифметические данные и стандартное отклонение /Доспехов, 1985; Гатаулин, 1992/.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

/. Влияние электростатических полей наэтаперегенерации верхушечной меристемырастений картофеля.

В 1-й серии опытов изучали влияние электростатического поля с уровнями напряженности +10кВ/м и -ЮкВ/м на сортах Удача, Голубизна и Луговской. Приживаемость меристем при действии ЭСП разной направленности составляла в том и другом варианте 108% от контроля, что свидетельствует о том, что действие полей на данный показатель оказывает незначительный стимулирующий эффект. В то же время общий выход регенерантов от прижившихся меристем в среднем по трём сортам в варианте с наложением электростатического поля напряженностью +10кВ/м составлял 121,5% от контроля, у сортов Голубизна и Луговской 126,4 и 151,5% соответственно.

Все полученные регенераты были протестированы на содержание вирусов. Наборы для иммуноферментного анализа поливирусов, Y и вируса скручивания листьев картофеля были предоставлены ВНИИ картофельного хозяйства РАСХН. Для дальнейших опытов использовался оздоровленный растительный материал.

Действие электростатического поля на изолированные апексы влияло на их приживаемость и выход регенерантов /таб. 1/.

Таблица 1.

Действие электростатического поля на приживаемость меристем и выход регенерантов

Во 2-й серии опытов регенерацию меристем стимулировали электростатическими полями положительного значения трех уровней напряженности +5, +10, +15 кВ/м при двух сроках экспозиции: 20 и 30 дней. Исследования проводили на сортах картофеля Ильинский, Романо, Сэлэнгэ и Хонгор. Лучшие результаты получены в варианте +15 кВ/м при 20-дневной экспозиции. Показатели приживаемости меристем и регенерации были в среднем на 8,2 и 12% выше, чем в контрольном варианте +10 кВ/м.

При пассаже в 30 дней выход регенерантов в среднем по 3-м сортам уменьшался.

Использование высоких концентраций гормонов с целью получения большего коэффициента размножения при введении в культуру вызывает такие нежелательные для клонального микроразмножения эффекты, как изменение морфологии растений, подавление пролиферации пазушных меристем, уменьшение способности побегов к укоренению /Катаева, Бутенко, 1983/.

Таким образом, можно предположить, что для снижения таких нежелательных эффектов применения высоких концентраций гормонов, и в частности цитокининов, на этапе введения в культуру, возможно использование ЭСП положительной направленности.

//. Влияниеэлектростатическихполейнаэтапеклонального микроразмножения.

Электростатическое поле влияло и на регенерацию растений из микрочеренков /таб. 21. При воздействии электростатических полей положительного и отрицательного значения потенциала металлической сетки (верхний электрод) на пробирочные микрочеренки /таб. 2 и рис. 2/ отмечено существенное влияние на биометрические показатели микрочеренков. В среднем по трём сортам при напряжённости электрического поля -10 кВ/м происходит незначительное увеличение прироста надземной части растений на 8,9% по сравнению с контролем. Также увеличивается и общая длина корней 1-го порядка на 25,5 %, соответственно. Многие изменения в биометрических показателях пробирочных растений, очевидно, связаны с изменением гормонального статуса под действием электростатического поля. Изменение гормонального статуса при электростимулировании было отмечено во многих работах / Прутенская, 1981; Калашникова и др., 2002/.

Следует отметить, что электростатическое поле напряжённостью +10 кВ/м способствовало увеличению прироста фотосинтезирующеи части растений в значительной степени - на 22,8% по сравнению с контролем. В то же время рост корней значительно замедлялся и составлял лишь 70,2% от контроля.

122,8

1

**

' -Л г

3 - V

1 •Л" яЧГ-< »

70.2"

-ЮкВ/м

»10кВ/м

□ Надземная часть О Корни

Рис. 2. Влияние полей разной направленности на рост в длину побегов и корней микропобега картофеля

Растения, выращенные в поле положительной полярности, образуют на 11,1% большее число междоузлий по сравнению с контролем. Это является важным, т.к. коэффициент размножения при микрочеренковании зависит от количества междоузлий (листочков) на стебле регенеранта. В данном варианте (+10 кВ/м) наблюдается также увеличение накопления сухой массы на 34,6% относительно контрольных растений /таб. 21.

Таблица. 2.

Действие электростатического поля

на развитие растений из мик рочеренков

Сорта картофеля Длина побега, см Количество пазушных почек, шт. Сухая масса растений, гр Общая длина корней 1-го порядка, см

I вариант: Е=+10 кВ/м

• Конкорд • Резерв • Шийр-6 • Хонгор • Сэлэнгэ В среднем В %-х к конт. 8,7±1Д 9,7±0,9 8,8±0,7 10,6±1,1 10,8±0,7 9,7±0,9 122,7 8,5±1,5 11,2±1,1 9,6±1,6 10±1,8 10,7±и 10±1,4 111,1 0,023±0,05 0,032±0,06 0,040±0,08 0,040±0,07 0,042±0,03 0,035±0,06 136,2 50,б±4,2 75,3±6,3 82,6±5,2 102,8±7,5 82,7±8,б 78,8±6,4 70,2

II вариант: Е=-10 кВ/м

• Конкорд 9,4±0,9 9,3±1,8 0,026±0,06 126,8±9,8

• Резерв 5,8±0,7 8,2±1,5 0,015±0,07 53,9±4,3

• Шийр-6 8,6±1Д 9±1,3 0,034±0,08 147,6±11,2

• Хонгор 9,841,2 9,8±1,6 0,026±0,09 236,3±19,2

• Сэлэнгэ 9,3±0,8 9,7±1,2 0,031±0,05 140±10,б

В среднем 8,6±1 9,2±1,5 0,026±0,07 140,9±11

В %-х к конт. 108,2 102,2 101,5 125,5

III вариант: Е-0 кВ/м (контроль)

• Конкорд 6,5±1,6 7,7±0,7 0,013±0,02 31,3±4,1

• Резерв б,4±0,9 9,2±1,1 0,019±0,06 101,4±6,8

• Шийр-6 7,3 ±0,7 9±1,6 0,031 ±0,05 152±7,1

• Хонгор 9,5±0,6 8,8±1,4 0,029±0,04 119,2±11Д

• Сэлэнгэ 9,9±0,8 10,3±1 0,038±0,06 157,5±12,1

В среднем 7,9±0,9 9±1,2 0,026±0,05 112,8±8,3

Во второй серии опытов стимулирование роста микрочеренков растений картофеля проводили воздействием электростатического поля напряжённостью +10, +20 и +30 кВ/м /верхний электрод положителен/ на трёх сортах: Санте, Конкорд и Резерв.

Нами получен возрастающий положительный эффект от действия электростатического поля при постепенном увеличении его значения. Длина побега, количество < пазушных почек, сырая масса, количество корней 1-го порядка и ряд других показателей были больше при обработке +30 кВ/м в среднем по всем 3-м сортам, и особенно на сорте Резерв.

///. Влияние электростатических полей при регуляции каллусогенеза.

Каллусная ткань для данной серии опытов по изучению регуляции каллусогенеза была получена на двух типах эксплантов: стеблевом и листовом у сортов Удача и Шийр-6. На каллусе полученном на стеблевых эксплантах как на сорте Удача, так и на сорте Шийр-6 большая величина относительного прироста сырой массы отмечена при действии ЭСП Е=+10 кВ/м на 102,5 и 138,6 % соответственно выше, чем в контрольном варианте. Тогда как при действии ЭСП Е=-10 кВ/м данный показатель превышал контрольный вариант на 23,6 и 92,5 %, соответственно.

При действии ЭСП разной направленности на каллусную культуру, полученную из листовых эксплантов у сорта Удача большее стимулирующее действие на рост каллуса оказало поле напряженностью Е=-10 кВ/м, в то же время ЭСП Е=+10 кВ/м оказывало достаточно высокий эффект стимуляции который на 25,6 % был ниже, чем при действии поля отрицательной направленности.

Рис. 3. Величина относительного прироста сырой массы каллусов, /%/ Каллусная ткань, полученная из листовых эксплантов у сорта Шийр-6 при действии ЭСП оказалось несколько иной, чем у сорта Удача. Здесь ЭСП Е=+10 кВ/м оказывал большее стимулирующее действие, чем Е=-10 кВ/м, и примерно на 54,6 % был выше.

Такая реакция на действие ЭСП разной направленности, очевидно объясняется тем, что в каллусной ткани в недостаточной мере проявляется поляризация ткани и ЭСП возможно действует в качестве как стимулирующего

фонового фактора, но и внешнего раздражителя, дающего толчок к образованию большей массы каллусной ткани.

IV. Влияние электростатических полей на процессы прямой регенерации (адвентивного побегообразования)на корневыхи стеблевыхэксплантах.

После 30 дней пассажа под воздействием электростатических полей экспланты пересаживали на среды соответствующего гормонального состава. Окончательный выход регенератов проводили в конце второго пассажа, в таб. 3 приведены количество регенерантов в процентном соотношении к контролю.

Таблица 3.

_Выход регенерантов в процентном соотношении к контролю_

Уровни напряженности ЭСП

Корни-1

Корни-2

Стебли-1

Стебли-2

Удача

I вариант £=+10 кВ/м 148,3 146,1 190 157

III вариант Е=-10 кВ/м Ц0.9 114,9 204,4 103,2 Шийр-6

I вариант Е=*+10 кВ/м 128,9 130 217,5 169,8

III вариант £=-10 кВ/м 83,3 141,2 202,5 160,7 Романо

I вариант Е=+10 кВ/м 121,7 122,3 185,2 265

III вариант Е=-10 кВ/м цо,3 95,4 185,9 161

На корневых эксплантах в 5 вариантах из 6-и при воздействии электростатического поля Е = +10 кВ/м выход регенерантов был выше на 21,748,3 %. Электростатическое поле Е--10 кВ/м оказывало увеличение выхода

регенерантов от 10,3 % до 41,2 %, а в 2-х вариантах показатель был ниже контроля.

На стеблевых эксплантах воздействие электростатическими полями по всем вариантам оказало значительное увеличение на выход регенерантов. На среде Стебли-2 содержащей ИУК с зеатином в концентрации 0,2 и 5 мл/л на всех трех сортах показатель выхода регенерантов был выше при воздействии электростатического поля Е = +10 кВ/м по сравнению с полем Е = -10 кВ/м. Тогда как на среде Стебли-1 содержащей зеатин, 6-БАП и НУК в концентрации 2,5, 1 и 0,1 мл/л при воздействии поля Е = +10 кВ/м этот показатель на сорте Удача был ниже, чем при воздействии поля Е = -10 кВ/м. На сорте Шийр-6 на 15% было больше в варианте с воздействием полем Е = +10 кВ/м, по сравнению

с Е = -10 кВ/м, и на сорте Романо оба варианта были равны по выходу регенерантов.

При воздействии электростатическими полями на процессы прямой регенерации корневых эксплантов картофеля проявились характерные для этого процесса влияние генотипа (сорта) и состава культуральной среды. В ряде случаев отмечен максимальный процент регенерации уже на 20 день экспозиции эксплантов в электростатических полях. Наблюдаемое варьирование показателей регенерации в вариантах опыта очевидно объясняется также и гетерогенностью корневых эксплантов растений одной линии (сорта).

Прямая регенерация на стеблевых эксплантах картофеля в отличие от корневых эксплантов проявляется на 30-й день. На среде Стебли-1 у всех трех сортов нами отмечено положительное влияние на данный процесс обработки электростатическими полями как положительной, так и отрицательной направленности (полярности).

V. Изучение последействия электростатических полей, как стимулирующего фактора на этапе клепального микроразмножения, на клубнеобразование картофеля в полевыхусловиях.

Для полевой оценки использовали растения картофеля, принадлежащие к сортам разной спелости и возделываемых в разных экологических условиях. В ходе полевого опыта в 2002 году использовались растения картофеля сорта Конкорд из опыта по стимулированию роста микрочеренков растений картофеля воздействием электростатических полей напряжённостью +10 (конт), +20 и +30 кВ/м.

Пробирочные растения пересаживали на гидропонику. Состав питательной среды: 15 гр удобрительной смеси Кемиры гидро и 10 гр Ca(NO3)2, рН среды 6,5. Смену раствора производили через 6 суток. При доращивании на гидропонной установке растения картофеля значительно лучше переносили адаптацию к условиям in vivo. Наблюдались ускоренный рост корневой системы и надземной массы растений. Через две недели растения пересаживали в полевые условия. Процент прижившихся растений составил 68 %.

Анализ реакции растений картофеля на действие ЭСП показал, что число и размеры некоторых морфологических структур обусловлены потенциальной продуктивностью сорта. Наряду с этим, наблюдалось достоверное превышение по нескольким показателям у растений, подвергшихся воздействию ЭСП разного уровня напряженности и полярности.

Количество стеблевых побегов в варианте с обработкой электростатическим полем напряжённостью +20 кВ/м превышало контроль на

13,4%, соответственно сырая масса ботвы - на 26,1%. Количество миниклубней, также их общая масса была выше в варианте Е=+20 кВ/м и были соответственно на 13,8 и 19,4% выше контроля. Средняя масса миниклубней, диаметр и соответственно количество глазков приходящихся на 1 миниклубень были выше в варианте Е=+10 кВ/м и составляли соответственно 55,4,20 и 8,5% выше контроля. По всем вариантам получены нормально развитые растения.

В полевом опыте в 2003 году использовались растения картофеля двух сортов Удача и Романо, которые на этапе микрочеренкования подверглись воздействию электростатических полей напряжённостью +10, -10 кВ/м и растения контрольного варианта. Пересадка и адаптация к условиям in vivo проводились по той же методике, что применялась в 2002 г. Процент прижившихся растений составил 100%. В данной серии опытов растения картофеля сорта Удача, которые на этапе микрочеренкования подверглись воздействию ЭСП Е=+10 кВ/м, образовали большее количество стеблей, отмечен больший прирост биомассы ботвы и, хотя общая масса клубней была меньше, чем у контрольных растений, но при этом средняя масса одного клубня превосходит другие варианты. Эти же показатели у растений, обработанных ЭСП Е=-10 кВ/м были ненамного выше контрольного варианта.

У растений картофеля сорта Романо после воздействия ЭСП Е=+10 кВ/м также все основные биометрические показатели такие как высота куста, количество стеблей в кусте и общая биомасса ботвы существенно превышали соответствующие показатели растений контрольного варианта. Но здесь надо отметить то, что увеличение клубнеобразования у данного сорта произошло не за счет увеличения массы одного клубня а за счет увеличения количества клубней.

Полезые испытания подтвердили положительный эффект действия электростатического поля на биометрические показатели и продуктивность растений сортов Конкорд, Удача и Шийр-6, полученных методом меристемной культуры.

VI. Действие электростатических полей разной направленности (полярности) на интенсивность фотосинтетического и дыхательного газообмена.

Важно было изучить взаимосвязь формирования биомассы с элементами продукционного процесса: фотосинтезом и темновым дыханием и выяснить сортовую специфику физиологической реакции растений картофеля на воздействие электростатическим полем.

Степень влияния ЭСП на интенсивность дыхательного и фотосинтетического газообмена зависела от особенностей сорта, а также направленности ЭСП /таб. 47.

Таблица 4.

Варианты опыта и сорта Р, мг/час на 1 гр сухой раст. массы Ш, мг/час на 1 гр сухой раст. массы Гй/Р, % Р8, мг/час на 1 гр сухой раст. массы Баланс ССЬ Средняя сухая масса растения, Т

мг/сутки на 1 гр сухой раст. массы мг/сутки на 1 пробирочное растение

Вариант I (Е=+10кВ/м)

Удача 6,99 ±0,37 3,16 ±0,82 45,2 10,15 ±0,91 86,5 ±9,6 2,31±0,03 0,0267 ± 0,0032

Шийр-6 8,66± 0,92 2,41 ±0,70 27,8 И,27± 1,27122,4± 15,1 2,55±0,05 0,0209± 0,0031

Романе 2,64 ±0,32 1,88 ±0,26 71,2 4,52 ±0,58 27,2 ±3,1 0,34±0,01 0,0125 ±0,0016 Вариант И (Е-ОкВ/м)

Удача 7,10 ± 0,36 3,67 ± 0,63 51,7 10,78 ±0,70 84,3 ±7,8 1,52±0,02 0,0180 ± 0,0025

Шийр-6 8,90 ±0,71 2,43 ±0,51 27,3 11,44 ± 1,33 122,1 ± 8,8 2,30±0,01 0,0188 ± 0,0012

Романе 1,87±0,09 1,90±0,29 101,6 3,77±0,38 14,7± 1,1 0,№0,001 0,0116±0,0011

Вариант 111 (Е=-10кВ/м)

Удача 6,23±0,614,17±0,15 66,9 10,4±0,67 66,3 ±9,3 1,30±0,02 0,0196± 0,0025

Шийр-6 9,25 ± 0,75 3,80 ± 0,35 41,1 13,05 ±0,81 117,6 ± 13,4 2,25±0,03 0,0191 ± 0,0024

Романе 2,69±0,272,14± 0,33 79,6 4,83 ±0,46 25,8±4,4 0,30±0,01 0,0116±0,00И

Эти данные свидетельствуют о том, что на фоне приблизительно одинаковых значений интенсивности фотосинтеза, который поддерживается стационарными условиями выращивания и определенным объемом культуральной среды увеличение веса растений происходит за счет того, что уменьшаются расход углерода на дыхание.

Такую же тенденцию можно отметить, если привести расчет суточного баланса СО2 в мг/сутки на 1 гр сухой раст. массы, которая обусловлена связью метаболических процессов, происходящих на свету в течение светлого времени суток, и в темноте ночью, т.е. суточном метаболизме.

При действии ЭСП Е= + 10 кВ/м у всех сортов отмечены увеличение в накоплении биомассы за счет уменьшения доли дыхательных затрат от гросс фотосинтеза путем увеличения образования фотосинтезирующей ткани по отношению к корневой массе, и более эффективного расходования фотоассимилятов. При воздействии ЭСП Е=-10кВ/м увеличивалась доля темнового дыхания от фотосинтетического газообмена, что в конечном счете у сортов Удача и Шийр-6 выражаются в угнетении ростовых функций. У сорта

Романо с более растянутым периодом онтогенеза воздействие ЭСП отрицательной направленности в значительной мере стимулировало интенсивность фотосинтеза, что свидетельствует о потенциальных возможностях пробирочных растений данного сорта при более длительных экспозициях стимулировать метаболизм. Уровень фотосинтеза возможно лимитировался уровнем корневого питания, различающихся у скороспелых сортов (ограничивающая роль объемов субстрата). В связи с этим возможно уточнение технологии при выборе сроков пересадок для различных сортов, различающихся по скороспелости. Раннеспелые сорта в связи с более интенсивными темпами роста после истощения культуральной среды заметно -снижают метаболическую активность.

Как отмечает Мокроносов /1983/ ведущим фактором продукционного процесса на уровне целого растения являются организация и регуляция донорно-акцепторных отношений, где проявляются все элементы интеграции фотосинтеза и роста, включая эндогенную регуляцию фотосинтеза, транспорт и распределение ассимилянтов, вторичный метаболизм и функции запасающих органов, гормональную регуляцию.

VII. Особенности топографии градиентов биоэлектрических потенциалов растений картофеля при действии электростатических полей.

При регистрации топографии БЭП у растений всех сортов наблюдается возрастание отрицательной электрополярности от основания к верхушке, а также увеличение электроотрицательности по всем вариантам опыта с воздействием электростатического поля положительной полярности, т.е. когда верхний электрод соединялся с плюсовым выводом генератора /рис. 4/.

Разность потенциалов у каждого яруса от базальной части растений к апикальной увеличивается, что связано с тем, что ткани верхних узлов и междоузлий состоят из более молодых, активно функционирующих клеток. Наибольшая разность потенциалов отмечена у верхушечной почки и верхнего междоузлия.

У всех сортов по вариантам опыта с воздействием электростатическим полем разность потенциалов на узлах одного номера не совпадала, что можно объяснить, тем, что темпы роста у растений неодинаковы. Например, на скороспелом сорте Удача градиенты БЭП на всех узлах одного номера после воздействия ЭСП Е=+10 кВ/м были значительно ниже, чем при воздействии ЭСП Е=-10 кВ/м и контрольном вариантах. Нижние узлы растений I варианта с воздействием положительного поля состояли из клеток, закончивших рост, тогда как у растений контрольного варианта и III варианта с отрицательным полем соответствующие узлы еще находились на этапе относительного роста.

Надо отметить, что растения контрольного варианта и варианта с отрицательным полем почти соответствовали как по значению градиентов БЭП на узлах одного номера, так и по количеству узлов. Тогда как в I варианте с воздействием положительного поля растения образовали за тот же период экспозиции на два узла больше и значения градиентов БЭП апикальной части намного превышали значения контрольного варианта, и варианта с отрицательным полем. У растений контрольного варианта градиенты БЭП у трех верхних узлов превышали значения соответствующих узлов растений Ш варианта с воздействием поля отрицательной направленности, что свидетельствует о его угнетающем действии на растения картофеля данного сорта.

-♦-Вариант! (+10) -Вариант II (0) --А-• Вариант III (-10) К»"

Рис. 4. Топография БЭП в зависимости от сортовых особенностей растений картофеля, мВ.

На основании зарегистрированных градиентов БЭП у растений сорта Шийр-б можно сделать вывод, что отрицательное ЭСП также оказывало угнетающее действие. Данный сорт оказался менее отзывчивым на стимулирующее действие положительного ЭСП, чем сорт Удача.

На позднеспелом сорте Романе у растений контрольного варианта градиенты БЭП на всех узлах без исключения были ниже, чем после воздействия ЭСП как положительной, так и отрицательной полярности.

Интересно отметить, что у растений этого сорта под воздействием ЭСП разной направленности градиенты БЭП на всех узлах были одинаковы. Стимулирующее влияние положительного поля подтверждается тем, что у растений данного варианта, образовалось на один узел больше, зарегистрированные градиенты БЭП апикальной части растений намного превышали как контрольный вариант, так и III вариант с отрицательным полем.

На пробирочных растениях картофеля, у которых изучалась топография БЭП параллельно также проводилось измерения размеров междоузлий /рис. 5 У.

Отмечается асинхронность прохождения этапов органогенеза узлами разных порядков, которая определяет ярусную изменчивость (разнокачественность) почек вдоль стебля, которая связана с последовательными процессами дифференциации конуса нарастания, формированием органов по спирали, вдоль стебля. Пазушные почки и ткани последовательно переходят к росту и растяжению, и чем дальше они продвинулись в развитии, тем быстрее протекают в них процесс роста и развития. У скороспелых сортов отмечают меньший разрыв в развитии метамеров, чем у позднеспелых сортов /Куперман, 1977/.

ВариантI Вариант! Варианта ВариантI ВариантI Вариант Вариант Вариант Вариант

<+10> <°> <-10> (+10) (0) 1(-10) I (+10) 1(0) «(-Ю)

Рис. 5. Длина междоузлий, см

Отмечена хорошо выраженная сортоспецифичная реакция на воздействие ЭСП разной направленности. Зарегистрированная топография БЭП

растений картофеля отражает темпы развития и функциональную активность растений после воздействия ЭСП по сравнению с контролем. Очевидно, пробирочные растения, адаптируясь к создаваемым условиям, электростатических полей, изменяют метаболизм и некоторые физиологические свойства, что проявляется во внешних морфологических признаках определяющих рост и габитус растений.

При выяснении роли отдельных поляризующих факторов (в наших исследованиях это электростатическое поле) в становлении полярности у растений, необходимо учитывать возможность «метамерной» организации обменных процессов. У растений картофеля в пробирочной культуре при воздействии ЭСП и в контроле наибольшие значения градиентов БЭП отмечены у апикальной части.

VIII. Динамика изменения градиентов биоэлектрических потенциалов при снятии действия электростатических полей.

Было показано влияние электростатического поля на изменения биоэлектрических потенциалов через 0,5 часов после снятия воздействия поля, затем через 1 , 6 и 24 часа. Динамика изменения БЭП после снятия воздействия изображена на полулогарифмической шкале времени. Результаты представленные на графиках дают возможность проследить первоначальный уровень градиентов потенциалов при воздействии полей разной направленности и их динамику в суточном интервале времени.

Проведенные наблюдения выявили генотипические различия по градиентам БЭП при воздействии электростатических полей разной направленности. Так отмечено существенное увеличение градиентов БЭП по скороспелому сорту картофеля Удача и Шийр-6 при выращивании растений в электростатическом поле Е=+10 кВ/м. Реакция позднеспелого сорта Романо отличалась менее выраженным стимулирующим действием поля положительной полярности.

Изучение топографии осевых градиентов БЭП растений картофеля подтвердило обоснованность выбора междоузлий средней части побега для микрочеренкования, как наиболее выравненных по темпам развития и качеству регенерантов при последующих пассажах.

Определение динамики изменения БЭП после воздействия электростатического поля показывает относительную устойчивость сложившихся градиентов по всем вариантам опыта с воздействием поля Е=+10 кВ/м. Сорт Удача быстрее восстанавливал БЭП после непродолжительного снижения, чем два других сорта и оказался наиболее отзывчивым на стимулирующее действие электростатического поля. Возможно, динамика БЭП

данного сорта может быть использована для оценки отзывчивости других изучаемых сортов на данный прием стимуляции роста и развития в условиях in vitro.

В нашей работе использован бесконтактный способ воздействия электростатическими полями разной полярности на ход морфогенеза растений картофеля in vitro. Регенерация пазушных почек, ризогенез, последующее развитие растений проходили на фоне постоянного воздействия электростатических полей /Е=+10 кВ/м, Е=-10 кВ/м/. Бесконтактный способ удобен для объектов, выращиваемых в стерильной культуре, тем, что нет необходимости прямого контакта с растительным объектом, и не нарушается стерильность условий, он более технологичен при выращивании различных объектов растительного материала in vitro.

Диссертационная работа выполнена по проекту федеральной целевой программе «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 гг.» контракт от 31.07.02 г. №Б0023/1046.

ВЫВОДЫ.

1. Действие ЭСП разной полярности оказала незначительный стимулирующий эффект на приживаемость меристемы (108% от контроля). В то же время общий выход регенерантов от прижившихся меристем в среднем по сортам в варианте с наложением ЭСП Е=+10кВ/м составлял 121,5% от контроля, у сортов Голубизна и Луговской соответственно 126,4 и 151,5%.

2. При действии ЭСП разной полярности на каллусные ткани были зафиксированы большие различия в интенсивности ростовых процессов на разных типах каллусов. Коэффициент вариации по приросту биомассы каллусной ткани в конце 4-х недельного пассажа на разных сортах и разных типах эксплантов составлял 32-107%.

3. Отмечена интенсификация процесса прямой регенерации на стеблевых и корневых эксплантах картофеля под воздействием ЭСП напряженностью +10 кВ/м и -10 кВ/м, сортовые особенности в реакциях на воздействие электростатических полей. Интенсивность морфогенетических процессов связана с такой характеристикой, как скороспелость или позднеспелость сортов.

4. При действии ЭСП Е=+10 кВ/м у изучавшихся сортов отмечено увеличение накопления биомассы за счет уменьшения доли дыхательных затрат от фотосинтеза, увеличение образования фотосинтезирующей ткани по отношению к корневой массе, более эффективное расходование фотоассимилятов.

5. Топография БЭП растений картофеля отражает темпы развития и функциональную активность растений после воздействия ЭСП.

6. Определение градиентов БЭП после воздействия ЭСП показывало относительную устойчивость сложившихся градиентов БЭП в вариантах опыта

с воздействием поля Е=+10 кВ/м, сорт Удача быстрее восстанавливал БЭП после непродолжительного их снижения, по сравнению с другими сортами. Возможно, динамика БЭП данного сорта может быть использована для оценки отзывчивости других сортов на данный прием стимуляции роста и развития в условиях in vitro.

7. Повышение градиентов БЭП у скороспелых сортов в электростатическом поле Е=+Ю кВ/м коррелировало с физиологическими и биометрическими показателями. Можно полагать, что более высокий уровень осевых градиентов БЭП способствовал эффективному СО2 газообмену и стимулированию ростовых процессов, по сравнению с растениями в контрольном варианте и электростатическом поле Е=-10 кВ/м.

8. Отмеченное опережение в развитии опытных растений в начальный период их роста обеспечивает на протяжении всего онтогенеза ускоренное прохождение последующих фенологических фаз. Полевые испытания подтвердили положительный эффект действия ЭСП Е=+10 кВ/м на биометрические показатели и продуктивность растений сортов Конкорд, Удача и Романо полученных методом меристемной культуры.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сувд Ч. Сувд Ч., Овчинникова В.Н., Паничкин Л.А., Аканов Э.Н., Третьяков Н.Н., Мелик-Саркисов О.С. Определение стимулирующего эффекта ЭСП на регенераци. меристем и рост черенков при клональном микроразмножении картофеля Solarium tuberosum L. II Труды научной конференции молодых ученых и специалистов МСХА 4-6 июня 2002 г., М.: (Рукопись депонирована во ВНИИТЭИагропром №18844)

2. Сувд Ч., Овчинникова В.Н., Паничкин Л.А., Аканов Э.Н., Третьяков Н.Н., Мелик-Саркисов О.С. Действие ЭСП на регенерацию меристем и рост черенков картофеля (Solarium tuberosum Ь.)ряда сортов при клональном микроразмножении // Сб. тез. «V-ый съезд общества физиологов России». Пенза. 2003. С. 525-526.

3. Сувд Ч., Овчинникова В.Н., Паничкин Л.А., Аканов Э.Н., Третьяков Н.Н., Мелик-Саркисов О.С. Регенерация меристем и рост черенков Solanum tuberosum L. при их клональном микроразмножении in vitro под действием электростатического поля // Сельскохозяйственная биология. №1, 2004, С. 73-77.

4. Ч.Сувд. СОг-газообмен и морфогенез растений картофеля in vitro при действии электростатического поля // IV Молодежная конференция «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии». М.: 2004, С.31-32.

5. Мелик-Саркисов О.С., Сувд Ч. Промышленное производство безвирусного картофеля // Достижения науки и техники. 2004. №3, С. 13-15.

6. Сувд Ч., Овчинникова В.Н., Третьяков Н.Н., Мелик-Сакрисов О.С., Шарова А.П. Влияние ЭСП на прямую регенерацию корневых и стеблевых эксплантов картофеля in vitro // Известия ТСХА. 2004. №2. С.68-74.

Объем 1,5 п. л. Зак. 266 Тираж 100 экз.

AHO «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

»12176

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Чулуунбаатарын Сувд

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Роль электрических явлений в эндогенной системе регуляции морфо- и органогенеза растений.

1.2. Общее представление о биоэлектрогенезе у высших растений.

1.2.1. Механизмы биоэлектрогенеза у высших растений.

1.2.2. Функциональное значение биоэлектрогенеза клеток высших растений.

1.3. Морфологическая и электрическая полярность растений.

1.3.1. Градиенты биоэлектрических потенциалов, их связь с метаболическими процессами.

1.3.2. Факторы, влияющие на электрогенез высших растений.

1.3.3. Электрофизические воздействия на растительные объекты.

1.3.4. Применение методов электростимуляции для повышения морфогенетической активности культивируемых тканей в условиях in vitro.

1.4. Некоторые физиологические аспекты действия электрофизических факторов стимуляции.

1.4.1. Изменение СО2 газообмена растений при действии электрофизических факторов.

1.4.2. Электрофизиологические градиенты биоэлектрических потенциалов как показатели функциональной активности растений.

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Объект исследования.

2.2. Установка для создания постоянного электростатического поля и условия проведения опытов.

2.3. Методика проведения культуральных работ in vitro и схема опытов

2.4. Внеклеточная (поверхностная) регистрация биоэлектрической активности.

2.5. Определение СОг газообмена пробирочных растений.

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Действие электростатических полей на рост и развитие растений картофеля на отдельных этапах культивирования in vitro.

3.1.1. Влияние электростатических полей на этапе регенерации верхушечной меристемы растений картофеля.

3.1.2. Влияние электростатических полей на этапе клонального микроразмножения.

3.1.3. Влияние электростатических полей при регуляции каллусогенеза.

3.1.4. Влияние электростатических полей на процессы прямой регенерации (адвентивного побегообразования) на корневых и стеблевых эксплантах.

3.1.5. Изучение последействия использования электростатических полей, как стимулирующего фактора на этапе клонального микроразмножения, на клубнеобразование картофеля в полевых условиях.

3.2. С02 газообмен пробирочных растений при действии электростатических полей на изучаемых сортах картофеля.

3.2.1. Действие электростатических полей разной направленности (полярности) на интенсивность фотосинтетического и дыхательного газообмена.

3.2.2. Особенности С02 газообмена растений ряда сортов картофеля под действием электростатических полей разной направленности (полярности).

3.3. Градиенты биоэлектрических потенциалов пробирочных растений картофеля при действии электростатических.

3.3.1. Особенности топографии фадиентов биоэлектрических потенциалов растений картофеля при действии электростатических полей.

3.3.2. Динамика изменения фадиентов биоэлектрических потенциалов после действия электростатических полей.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Действие электростатических полей на органогенез и морфофизиологические показатели растений картофеля (Solanum tuberosum L.) в условиях in vitro"

Картофель одна из широко распространённых и важнейших сельскохозяйственных культур. На сегодняшний день в селекционных центрах сельскохозяйственных культур выведено сотни сортов картофеля пищевого, кормового и технического назначения для выращивания в различных регионах и климатических зонах, которые также отличаются между собой продуктивностью, устойчивостью к абиотическим факторам, болезням и насекомым.

По А.А.Ничипоровичу /1982/ урожайность картофеля должна достигать 500-700 ц/га, а теоретическая возможность составляет 1200 ц/га. В реальных условиях эти возможности реализуются всего лишь на 15-20%. Этот факт свидетельствует о том, что перевод картофелеводства на интенсивные технологии помимо новых технологических решений и агротехнических приёмов требует также и более полной реализации биологического потенциала картофеля.

При существенном увеличении производства элитного картофеля в последние годы рост урожайности практически не наблюдается. Одна из причин такого положения - низкое качество семенного картофеля, который из-за биологических особенностей вегетативно размножающейся культуры в большей степени, чем другие сельскохозяйственные культуры, подвержен вирусным, вироидным и микоплазменным заболеваниям. Существует более 20 вирусных заболеваний картофеля. Только из-за поражения вирусами X, S, М, Y, L, наиболее распространёнными в основных картофелеводческих районах, урожай ежегодно снижается на 30-40 %. Причём некоторые из этих болезней вызывают потери урожая как при выращивании в поле, так и при хранении/Мелик-Саркисов, 1995/.

Защита семенного картофеля от вирусных и других болезней, а также сохранение репродуктивных свойств сортов обеспечивается системой безвирусного семеноводства картофеля /СБС/, конечная цель которой -снабжение хозяйств, производящих товарный картофель, безвирусным посадочным материалом.

Усовершенствование системы получения оздоровленного посадочного материала, включающее несколько этапов, ряд из которых проводится в контролируемых условиях, ведёт к снижению потерь урожая от вирусной инфекции.

Актуальность таких работ возрастает по мере интенсификации сельскохозяйственного производства.

В связи с этим разработка эффективных приёмов, интенсифицирующих процессы клонального микроразмножения оздоровленного посадочного материала, которое из-за высоких затрат на энергоресурсы характеризуется высокой себестоимостью конечного продукта - оздоровленного посадочного материала, является главной задачей при переводе семеноводства картофеля на безвирусную основу.

Метод культивирования in vitro растительных клеток, тканей и органов в настоящее время всё шире используется для селекции, генетических и физиологических исследований/Бутенко, 1994; Мелик-Саркисов, 1995/.

Современное развитие биотехнологических методов вывело безвирусное семеноводство картофеля на уровень самостоятельной отрасли растениеводства. Одним из важнейших факторов для успешного широкомасштабного введения безвирусного картофелеводства в сельскохозяйственную практику является всестороннее изучение физиологии безвирусных растений с целью разработки научно-обоснованных приемов их возделывания.

Результаты научно-исследовательских работ кафедры физиологии растений ТСХА в период 1985-1995 гг. /Каменская др., 1988, 1993; Третьяков, Деменко и др., 1994, 1995; Шогенов и др., 1999/ показали возможность активно влиять на процессы морфогенеза ряда сельскохозяйственных культур /картофель, кукуруза, ягодники/ путём воздействия на клеточную культуру и растения регенеранты электрическими полями, пневматическим давлением и вакуумом. Теоретический и практический интерес представляет использование этих приёмов для улучшения процессов регенерации растений из культуры клеток и тканей, или сомаклонов, полученных на основе генной инженерии, где необходима быстрая регенерация с целью предотвращения нежелательной генетической изменчивости и создания лучших условий для прохождения отдельных этапов морфогенеза.

Научная новизна и практическая значимость: В настоящей работе впервые проведены комплексные исследования по применению электростатического поля на отдельных этапах культивирования растений картофеля в условиях in vitro, таких как приживаемость меристем и выход регенерантов, клональное микроразмножение, регуляция каллусогенеза, адвентивного побегообразования на разных типах эксплантов.

Выявлено стимулирующее действие отдельных уровней и направленностей электростатического поля на ряд физиологических процессов: рост и развитие, регенерацию, интенсивность видимого фотосинтеза и темнового дыхания, топографию градиентов БЭП на пробирочных растениях и динамику изменения БЭП после снятия воздействия.

В полевых условиях изучено последействие обработки электростатическим полем растений картофеля на этапе микроразмножения.

Показана высокая воспроизводимость результатов по изучению СОг газообмена и градиентов БЭП и выявлена корреляция данных показателей при действии электростатических полей разной направленности.

Для регистрации СО2 газообмена применен методический подход позволяющий сохранить целостность пробирочного растения картофеля.

Результаты работы позволяют предложить эффективный способ управления ростом, морфогенезом и регенерационными процессами при помощи постоянного электростатического поля. Полученные данные могут быть использованы на изученных этапах культивирования растений картофеля в условиях in vitro, и включены в технологический процесс в системе безвирусного семеноводства картофеля, а также и на других объектах, культивируемых в условиях in vitro, которые трудно переходят к органогенезу, и где стимулирующий эффект действия электростатического поля может намного превысить соответствующие показатели у картофеля.

Апробация работы: Материал, изложенный в диссертации, был доложен на конференции молодых ученых ТСХА /2002, 2003/, на V съезде Всероссийского Общества Физиологов России /Пенза, 2003/, на IV молодежной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» /Москва, 2004/, отчеты по теме исследований ежегодно заслушивались на научно-методических заседаниях кафедры физиологии растений ТСХА /2002-2004/.

Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, заключения, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа изложена на 141 страницах машинописного текста, включает 12 таблиц и 19 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 209 наименований, в том числе 80 иностранных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Чулуунбаатарын Сувд

ВЫВОДЫ.

1. Действие ЭСП разной полярности оказала незначительный стимулирующий эффект на приживаемость меристемы (108% от контроля). В то же время общий выход регенерантов от прижившихся меристем в среднем по сортам в варианте с наложением ЭСП Е=+10кВ/м составлял 121,5% от контроля, у сортов Голубизна и Луговской соответственно 126,4 и 151,5%.

2. При действии ЭСП разной полярности на каллусные ткани были зафиксированы большие различия в интенсивности ростовых процессов на разных типах каллусов. Коэффициент вариации по приросту биомассы каллусной ткани в конце 4-х недельного пассажа на разных сортах и разных типах эксплантов составлял 32-107%.

3. Отмечена интенсификация процесса прямой регенерации на стеблевых и корневых эксплантах картофеля под воздействием ЭСП напряженностью +10 кВ/м и -10 кВ/м, сортовые особенности в реакциях на воздействие электростатических полей. Интенсивность морфогенетических процессов связана с такой характеристикой, как скороспелость или позднеспелость сортов.

4. При действии ЭСП Е=+10 кВ/м у изучавшихся сортов отмечено увеличение накопления биомассы за счет уменьшения доли дыхательных затрат от фотосинтеза, увеличение образования фотосинтезирующей ткани по отношению к корневой массе, более эффективное расходование фотоассимилятов.

5. Топография БЭП растений картофеля отражает темпы развития и функциональную активность растений после воздействия ЭСП.

6. Определение градиентов БЭП после воздействия ЭСП показывало относительную устойчивость сложившихся градиентов БЭП в вариантах опыта с воздействием поля Е=+10 кВ/м, сорт Удача быстрее восстанавливал БЭП после непродолжительного их снижения, по сравнению с другими сортами. Возможно, динамика БЭП данного сорта может быть использована для оценки отзывчивости других сортов на данный прием стимуляции роста и развития в условиях in vitro.

7. Повышение градиентов БЭП у скороспелых сортов в электростатическом поле Е=+10 кВ/м коррелировало с физиологическими и биометрическими показателями. Можно полагать, что более высокий уровень осевых градиентов БЭП способствовал эффективному СО2 газообмену и стимулированию ростовых процессов, по сравнению с растениями в контрольном варианте и электростатическом поле Е=-10 кВ/м.

8. Отмеченное опережение в развитии опытных растений в начальный период их роста обеспечивает на протяжении всего онтогенеза ускоренное прохождение последующих фенологических фаз. Полевые испытания подтвердили положительный эффект действия ЭСП Е=+10 кВ/м на биометрические показатели и продуктивность растений сортов Конкорд, Удача и Романо полученных методом меристемной культуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Приведенные литературные данные и результаты собственных исследований позволяют выделить, что изоляция органов клеток и тканей в условиях in vitro, в результате нарушения целостности растительного организма, приводит к тому, что для клетки и ткани требуется определенный стимул для ориентации и электрофизическое воздействие здесь выступает как толчок к включению процессов регенерации.

Электрофизиологические сигналы представляют собой наиболее оперативно действующую систему градиентов и сигнальных факторов. Можно думать, электрофизиологическое и гормональные поля являются теми путями, которые связывают внешние факторы окружающей среды. Однако это только один путь взаимодействия полей. Другой путь - создание условий для проявления потенциальной активности генома. Создается как сетчатая структура наложенных друг на друга полей: геномного, электрофизиологического и гормонального. Именно на поверхности этой структуры и формируется активная пролиферация клеток, формирующих примордий листа /Кефели, 1994/.

Биологические поля могут возникать как под действием внутренних доминантных центров, так и под действием внешних полей и стимулов.

Все факторы физической природы, кроме магнитного поля, характеризуются тем, что оставляют определенное количество энергии в объекте, т.е. Ei>E2. С другой стороны физические факторы различают по степени проникающей способности. Как правило, они еще действуют, специфически участвуя в определенных звеньях метаболизма.

При воздействии на растения какими-либо физическими или химическими факторами в дозах, которые не встречаются в природе, наблюдается картина, сходная с описанной выше фазовостью реакций на природные стрессы /Батыгин и др., 1986/. Известные трудности при сравнении заключается в том, что действию указанных факторов растения, как правило, подвергаются в течение ограниченного времени, после чего их помещают в оптимальные условия. Это не обеспечивает развертывание репарационных систем, и картина динамики реакции становится расплывчатой. Природные факторы характеризуются постепенным нарастанием интенсивности с последующим выходом на стационарный режим.

В растительном организме в процессе его развития происходит постоянная закономерная смена полей и градиентов. Например, возникающие в разных участках полюса электрические поля индуцируют появление химических градиентов (полей), которые трансформируются в физиологические и наконец в анатомо-морфологические поля и градиенты.

Свойство полярности определяет существование вдоль главной и второстепенной осей физиолого-биохимических и анатомо-морфологических градиентов, организующих обмен веществ.

Наиболее наглядно свойство полярности наблюдается в явлениях регенерации. Полярность присуща не только организму и органам, но и отдельным клеткам.

Градуальное увеличение или уменьшение по осям или по ярусам осмотического давления, рН, концентрации различных веществ, активности ферментов, интенсивности дыхания, фотосинтеза описаны рядом авторов /Молотковский, 1961/ .

В нашей работе использован бесконтактный способ воздействия электростатическими полями разной полярности на ход морфогенеза растений картофеля in vitro. Регенерация пазушных почек, ризогенез, последующее развитие растений проходили на фоне постоянного воздействия электростатических полей /Е=+10 кВ/м, Е=-10 кВ/м/. Бесконтактный способ удобен для объектов, выращиваемых в стерильной культуре, тем, что нет необходимости прямого контакта с растительным объектом, и не нарушается стерильность условий, он более технологичен при выращивании различных объектов растительного материала in vitro.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Чулуунбаатарын Сувд, Москва

1. Аканов Э.Н. Метод герметичной камеры в агрометеорологических и агрофизиологических исследованиях. Автореф. к.т.н. Ленинград, 1989. 24 с.

2. Батыгин Н.Ф. Физиология онтогенеза // Физиологические основы селекции растений. СПб.: ВИР, 1995. Т.2. С. 14-97.

3. Безматерных П.М., Зацепина Г.И., Тульский С.В. Биофизика. 1982. Т.27. Вып.1. С. 168-169.

4. Бутенко РГ. Клеточные и молекулярные аспекты морфогенеза растений in vitro // Первое Чайлахяновское чтение. М.: 1994. С. 7-26.

5. Вележинская Т.А. Влияние слабого постоянного электрического тока на функциональную активность хлоропластов // Некоторые характеристики мембран и водообмен клеток растения.: Сб. науч. тр. Казань, 1982. С. 136-141.

6. Веселова Т.В., Веселовский В.А., Чернавский Д.С. Стресс у растений. Изд-во Моск. Ун-та, 1993. 145 с.

7. Воробьев Л.Н. Электрохимические параметры растительных клеток как интегральный показатель их физиологической устойчивости //

8. Экологическая физиология и биогеоценология. М.: Изд-во МГУ. 1979. С. 5-26.

9. Воронцов Д.С. Электричество в живом организме. Изд-во: Знание, 1961. 48 с.

10. Гатаулин A.M. Система прикладных статистико-математических методов обработки экспериментальных данных в сельском хозяйстве. М.: Изд-во МСХА. 1992. В 2-х частях. 192 с.

11. Головко Т.К. Дыхание растений. СПб, 1999. 204 с.

12. Горбавцов В.А. Влияние ионизированого воздуха и постоянного электрического тока на поступление С02 листьев. М.: 1970. 28 с.

13. Гунар И.И., Синюхин A.M. Функциональное значение токов действия и изменение газообмена высших растений // Физиол. раст. 1963. Т. 10. Вып.З. С. 265-274.

14. Гунар И.И., Синюхин A.M., Озолина И.А. Роль 2-х валентных катионов в возбуждении одиночной растительной клетки // Изв. ТСХА. 1964. Вып.З. С. 82-86.

15. Гунар И.И., Паничкин JI.A., Кинаки Э.Х. Электропроводность тканей листа пшеницы взависимости от условий минерального питания // Изв. ТСХА. 1974. Вып.2. С. 3-7.

16. Гурвич А.Г. Принципы аналитической биологии и теории клеточных полей. М.: Наука, 1991. 288 с.

17. Гродзинский Д.М., Зезина Н.В. Мембранные потенциалы активно пролиферирующих и покоящихся клеток корневой меристемы кукурузы //Физиол. и биох. культ, раст. 1979. Т.П. №2. С. 118-122

18. Деменко В.И., Каменская К.И., Третьяков Н.Н. и др. Электростимуляция роста и развития черной смородины в культуре in vitro // Изв. ТСХА. М.: 1994. Вып.2. С. 179-182.

19. Деменко В.И., Каменская К.И., Третьяков Н.Н. Влияние электростатического поля на рост и развитие плодовых и ягодных растений in vitro // Докл. ТСХА, М.: 1995. Вып.226а. С. 107-110.

20. Игамбердиев А.У. Логическая схема биологической системы. М.: 1995. 152 с.

21. Журбицкий З.И. Влияние электрического поля атмосферы на усвоение питательных элементов растениями // Физиол. раст. Агрохимия. Почвоведение: Труды Всес.научно-техн.конф. М.: Изд. АН СССР, 1958. С. 299-305.

22. Журбицкий З.И. Электроклимат и растение // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1969. №1. С. 100-112.

23. Журбицкий З.И. Электричество атмосферы и вопросы питания растений // Агрохимия. 1972. № 3. С. 95-106.

24. Журбицкий З.И. Влияние постоянного электрического поля на адсорбцию С02 листьями растений // Докл. АН СССР. 1975. Т.223. Вып.5. С. 1273-1275.

25. Казарян Г.Т., Хачатрян Г.Н. Вызванное гормонами и ингибиторами быстрое изменение мембранного потенциала корневых клеток кукурузы //Физиол. раст. 1986. Т.ЗЗ. Вып.6. С. 1050-1055.

26. Калинин В.А., Опритов В.А. Влияние распространяющихся БЭП-в на передвижение веществ у растений // Электронная обработка материалов. 1971. №1. С. 66-69.

27. Калинин В.А., Опритов В.А., Швец И.М., Ищенко Г.А. АТФ-зависимая генерация градиента электрохимического потенциала потоков ввезикулах плазматических мембран клеток флоэмы борщевика Heracleum sosnovskyi II Докл. АН СССР. 1979а. Т.429. С. 1022-1024.

28. Калинин В.А., Опритов В.А., Швец И.М. и др. О типах АТФ-аз плазматических мембран клеток флоэмы борщевика Heracleum sosnovskyi II Докл. АН СССР. 19796. Т.248. С. 1510-1513.

29. Калинин В.А., Опритов В.А., Швец И.М. и др. Активный электрогенный транспорт Н* в везикулах плазматических мембран клеток флоэмы борщевика//Биофиз. 1982. Т.27. С. 58-61.

30. Калинин В.А., Швец И.М., Опритов В.А. Полипептид с молекулярной массой 42 кД возможный компонент переносчика (или переносчик) сахарозы? // Физиол. раст. 1991. Т.З8. С. 1134-1141.

31. Каменская К.И., Третьяков Н.Н., Шогенов Ю.Х. О роли биоэлектрической полярности в жизнедеятельности растений кукурузы в условиях гипогравитации // Изв. ТСХА. 1986. №6. С. 118-121.

32. Каменская К.И., Шогенов Ю.Х., Третьяков Н.Н. Функциональная роль градиентов потенциалов в растениях // Электрофизиологические методы в изучении функционального состояния растений. Сб. трудов ТСХА. М.: 1988. С. 3-14.

33. Каменская К.И., Адрианов В.К., Паничкин JI.A., Третьяков Н.Н. Зависимость фотосинтетической фиксации СОг от градиента электрического потенциала вдоль стебля растения // Сб. III съезда ВОФР. Т.З. СПб. 1993. С. 312.

34. Китлаев Г.Б., Диас С., Вера-Рамос Т.Ю., Долгих Ю.И., Бутенко Р.Г. Стимуляция слабым электрическим током регенерации растений в культуре тканей кукурузы // Биотехн. 2001. №5. С. 58-63.

35. Ковалев В.М., Калашникова Е.А., Белов Д.В Применение энергоинформационного поля для повышения морфогенетической активности интактных растений и в культуре in vitro II Докл. ТСХА. 1999. Вып. 270. С. 147-154.

36. Кондрашова М.Н. Двигатель живого // Проблемы энергетики. Новое в жизни, науке и технике. Сер. биол. М.: Знание, 1988. С. 17-38.

37. Конев С.В., Калер Г.В. Трансмембранный электрический потенциал как регулятор функциональной активности биомембран // Биофиз. 1988. Т.ЗЗ.С. 1018-1022.

38. Красногорская Н.В., Похмельных Н.А. Электрические поля атмосферы и их природа // Электромагнитные поля в биосфере. T.l. М.: Наука, 1984. С. 54-56.

39. Кудасова B.JI. Харовые водоросли и их использование в исследовании биологических процессов клетки. Вильнюс. 1973. С. 201-205.

40. Кулаева О.Н. Фитогормоны как регуляторы активности генетического аппарата и синтеза белка у растений // Новые направления в физиологии растений. М.: Наука, 1985. С. 62-84.

41. Кусакина М.Г. К вопросу о влиянии электрообработки семян пшеницы на некоторые метаболические процессы в проростках // Биологические основы регуляции роста и развития растений. Пермь. 1985. С. 42-50.

42. Лабораторно-практические занятия по сельскохозяйственной биотехнологии. Под ред. Шевелуха B.C. М.: Изд-во МСХА. 1996. 90 с.

43. Литвинов А.И., Воробьёв Л.Н., Вахмистров Д.Б. Мембранные потенциалы и активность ионов калия в клетках культуры ткани табака // Физиол. раст. 1975. Т.22. Вып.З. С. 576-582.

44. Маслоброд С.Н. Электрофизиологическая полярность растений. Кишинёв: Штиинца, 1973. 172 с.

45. Маслоброд С.Н. Пространственно-временная организация поверхностных биоэлектрических потенциалов растительного организма: Дисс. д.б.н.Кишинёв.1998. 60 с.

46. Махнев В.П. и др. Слабые элетровоздействия как факторы управления жизнедеятельностью растений // Измерительные и управляющие приборы и комплексы в сельскохозяйственном производстве. ВАСХНИЛ. Сиб. отд. Новосиб., 1984. С. 88-96.

47. Медведев С.С., Максимов Г.Б., Зверева Т.Г. Влияние гиббериллина на дыхание и поглощение ионов калия и нитрата отрезками корней кукурузы // Фотосинтез, дыхание и органические кислоты. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1980а. С. 58-63.

48. Медведев С.С., Максимов Г.Б., Полевой В.В. Значение разности потенциалов между мезокотилем и корневой системой для ростовых процессов и накопления минеральных элементов проростками кукурузы //Вестник ЛГУ. 19806. №21. Вып.4. С. 68-74.

49. Медведев С.С., Белькина Ю.В., Шевцов Ю.И. Активация роста растяжением отрезков колеоптилей кукурузы и междоузлий гороха под действием слабого электрического тока // Вестник ЛГУ. 1986. Сер.З. Вып.4. С. 109-113.

50. Медведев С.С. Электрические поля и рост растений // Электронная обработка материалов. Кишинёв: Штиинца, 1990. №3. С. 68-74.

51. Медведев С.С., Маркова И.В. Участие ионов кальция в процессах роста и морфогенеза // Физиол. и биохим. культ, раст. 1992. Т.24. №3. С. 281286.

52. Медведев С.С. Физиологические основы полярности растений. Санкт-Петербург. 1996. 159 с.

53. Медведев С.С. Электрофизиология растений. СПб. 1998. 180 с.

54. Мелещенко С.Н., Лялин О.О. Местная реакция листа растения на воздействие тока низкой частоты // Докл. ВАСХНИЛ. 1965. №4. С. 3235.

55. Мелик-Саркисов О.С., Овчинникова В.Н., Ульянов Р.П. Получение безвирусного посадочного материала картофеля микроклубнями, индуцированными в культуре in vitro. М.: ВАСХНИЛ, 1985. 16 с.

56. Мелик-Саркисов О.С. Физиолого-биотехнологические аспекты безвирусного картофелеводства. Автореф. д.б.н. М.: 1995. 64 с.

57. Мельников П.В., Воробьев Л.Н., Вахмистров Д.Б. К+-термодинамический потенциал и дискретные уровни мембранного потенциала //Докл. АН СССР. 1974. Т.215. В.6. С. 1501-1504.

58. Мельников П.В., Воробьев Л.Н., Вахмистров Д.Б. Мембранный потенциал корневых клеток Trianea bogotensis: дискретные стационарные ровни и переходы между ними // Физиол. раст. 1976. Т.23. Вып.2. С.315-324.

59. Мокроносов А.Т. Онтогенетические аспекты фотосинтеза. М. Наука. 1981. 196 с.

60. Мокроносов А.Т. Интеграция функций роста и фотосинтеза // Физиол. раст., 1983. Т.30. Вып.5. С. 868-880.

61. Мокроносов А.Т. Фотосинтез: Физиолого-экологические и биохимические аспекты. Москва. 1992. С. ???.

62. Молотковский Г.Х. Полярность развития растений. -Львов. 1961,

63. Молотковский Ю.Г. Механизмы структурных и функциональных переходов мембран // Новые направления в физиологии растений. М.: 1985. С. 104-121.

64. Ничипорович А.А. Физиология фотосинтеза и продуктивность растений // Физиология фотосинтеза. Под ред. А.А.Ничипоровича. М.: Наука. 1982. С. 7-33.

65. Нобел П. Физиология растительной клетки (физико-химический подход). М.: Изд-во Мир, 1973. С. 93.

66. Новак В.А., Иванкина Н.Г. Взаимосвязь между светоиндуцированной внутриклеточной и внеклеточной биоэлектрической реакцией растений // Биоф. 1976. Т.21. Вып.З. С. 519-523.

67. Новицкий Ю.И. Действие постоянного магнитного поля на растения // Вестник АН СССР. 1968. №9. С. 92-96.

68. Новицкий Ю.И. и др. Физиол. раст. 1990. Вып.37. С. 54-63.

69. Новицкий Ю.И., Новицкая Г.В. Докл. РАН. 2000. Вып.371. С. 403-405.

70. Оганезов Л.А. Поле электрическое полю хлебному. Минск, 1984. 208 с.

71. Опритов В.А. БЭП-ы и передвижение веществ у растений // Физико-химические основы происхождения БП / Тр.сим. секции биофизики и радиобиологии, 5-9 июня 1961. М.: Наука, 1964. С. 169-174.

72. Опритов В.А., Мичурин С.В. К экспериментальному обоснованию участия БЭП-ов в передвижении веществ у высших растений // Физиол. раст. 1973. Т.20. С. 451-461.

73. Опритов В.А., Ретивин В.Г. Методы изучения мембран растительных клеток. Л.: Изд-во ЛГУ, 1986. С. 96-110.

74. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Ретивин В.Г. Биоэлектрогенез у высших растений. М.: Наука, 1991. 216 с.

75. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Крауз В.О. Анализ роли электрической активности клеток высшего растения в развитии адаптационного синдрома при охлаждении // Физиол. раст. 1993. Т.40. С. 619-626.

76. Опритов В.А. Функциональные аспекты биоэлектрогенеза у высших растений. 59-ые Тимирязевские чтения. Ниж. Новгород. 1998. 45 с.

77. Орлова О.В., Щвец И.М. Протонзависимый транспорт аминокислот в везикулах плазматических мембран клеток флоэмы борщевика // биоэлектрогенез и мембранный транспорт у растений. Горьк. гос. ун-т., Горький, 1986. С. 75-79.

78. Орлова О.В., Пятыгин С.С., Опритов В.А., Калинин В.А. Стабилизирующая роль АТФ зависимого Н* - насоса в электрогенезе плазмалеммы клеток Cucurbita реро L II Физиол. раст. 1997. Т.44. №5. С. 909-914.

79. Панфилова О.Ф., Адрианов В.Н. Электростимуляция укоренения зеленых черенков хризантемы после длительного хранения // Изв. ТСХА. М.: 1996. Вып.1. С.105-113.

80. Пахомова В.М. Основы фитострессологии. Казань. 1999. 102 с.

81. Перекотий Г.П., Кудряков А.Г. Электростимуляция корнеобразования виноградных черенков // Тр. Куб. гос. агр. ун-та. 1996. Вып.354. С. 18-24.

82. Петрушенко В.В. Надежность растительных клеток, мембранный потенциал и электрохимические градиенты // Надежность биологических систем. Киев: Наук, думка, 1985. С. 217.

83. Полевой В.В., Ошарова JI.M., Леонова JI.A. Некоторые особенности биоэлектрической реакции отрезков колеоптилей кукурузы на обработку ауксином // ДАН СССР. 1968. Т. 181. №1. С. 250-252.

84. Полевой В.В., Саламатова Т.С., Максимов Г.Б., Попова Р.К. Действие ауксина на рост и потенциал отрезков колеоптилей кукурузы // Рост и гормональная регуляция жизнедеятельности растений. Иркутск, 1974. С.47-66.

85. Полевой В.В., Саламатова Т.С. Растяжение клеток и функция ауксинов // Рост растений и природные регуляторы. М.: 1977. С. 171-192.

86. Полевой В.В., Щарова Е.И., Танкелюн О.В. О роли РГ-помпы в действии ИУК на биопотенциал и рост отрезков колеоптилей кукурузы // Физиол. раст. 1989. Вып.5. С. 998-1002.

87. Полевой В.В., Саламатова Т.С. Физиология роста и развития растений. Л., 1991.

88. Проектирование комплексной электрификации. Под ред. Прищепа Л.Г., М.: Колос, 1983. 271 с.

89. Пятыгин С.С., Опритов В.А. О роли изменений мембранного потенциала клеток высшего растения в формировании адаптационного синдрома при охлаждении // Докл. АН. 1992. Т.326. С. 202.

90. Пятыгин С.С., Опритов В.А. О влиянии мембранного потенциала на фазовое состояние липидного матрикса плазматической мембраны интактной растительной клетки при физиологически умеренных положительных температурах//Биоф. 1993. Т.38. С. 175-178.

91. Пятыгин С.С. Электрогенез клеток высшего растения при адаптации к охлаждению. Дисс. д.б.н. Нижний Новгород. 2000. 292 с.

92. Сабинин А.Д., Рубинштейн Д.Л. Общая физиология. 1954.

93. Савин Ю.М. Влияние электричества на рост сельскохозяйственных культур // Сельское хозяйство за рубежом. Раст-во.1968. №1. С.43.

94. Семихатова О.А. Соотношение фотосинтеза и дыхания в продукционном процессе растения // Фотосинтез продукционные процессы. М.: 1988. С. 98-109.

95. Селье Г. На уровне целого организма. М.: Наука, 1972. 122 с.

96. Синнот Э. Морфогенез растений. М.: Иностранная литература, 1963. 604 с.

97. Синюхин A.M. Биоэлектрические потенциалы растительной клетки // Физиолого-биохимичекие основы происхождения биопотенциалов. Тр. симпозиума секции биофизики и радиобиологии, 5-9 июля 1961 г., М.: Наука, 1964. С. 83-97.

98. Синюхин A.M. Электрофизиологические исследования клеток флоэмы высших растений // Изв. ТСХА, 1964. Вып.З. С. 59-71.

99. Синюхин A.M., Солна А. Электрофизиологическая характеристика ответных реакций растений, вызванных электрическим раздражителем // Изв. АН Латвийской ССР, 1961. №12. С. 113-117.

100. Синюхин A.M., Выскребенцева Э.И. Влияние ионов калия на потенциал покоя клеток корня Cucurbita реро // Физиол. раст. 1967. Т.14. №4. С. 652-658.

101. Смирнова И.Н., Лялин О.О., Карманов В.Г. Деполяризация корня растения динитрофенолом // Физиол. раст. 1968. Т. 15. Вып.4. С.625-630.

102. Стрельцов Б.Н., Рукавишников A.M., Коротанов В.А. Электрофизическая стимуляция черенков//Цвет-во. 1984. №5. С. 9.

103. Ш.Тамаши И., Шерф Л., Порпаци Н.Б. Цитологическое исследование влияния электростатического поля на семена гороха, кукурузы и лука // Вестник Сельскохозяйственной науки. 1968. №12. С. 127-129.

104. Тараканова Г.А., Паничкин JI.A., Жолкевич В.Н. Односторонний ток воды и электрическая поляризованность клеток Pilobolus II Транспорт веществ и биоэлектрогенез у растений. Горький.: ГТУ, 1983. С. 36-39.

105. Тверской П.Н. Атмосферное электричество. М.: Гидрометиздат, 1949.

106. Тиссера Б. Эмбриогенез, органогенез и регенерация растений // Биотехнология растений: культура клеток. М.: ВО Агропромиздат, 1989. С. 97-126.

107. Травкин М.П. Влияние Курской магнитной аномалии на урожайность важнейших сельскохозяйственных культур. — Мат науч. метод, конф. Белгород. 1969. С.34-38.

108. Удовенко Г.В. Устойчивость растений к абиотическим стрессам // Физиологические основы селекции растений. СПб.: ВИР, 1995. Т.2. С. 293-346.

109. Уорринг Ф., Филлипс И. Рост растений и дифференцировка. М.: Мир, 1984.512 с.

110. Усманов И.Ю. Изменение биоэлектрических и окислительно-восстановительных процессов некоторых злаковых под действием аммонийного и нитратного азота // Докл. ВАСХНИЛ. 1979. №9. С. 7-10.

111. Хазанова С.Г. О методах электровоздействия на растения // Науч. тр. НИИ механизации и электрификации Сев-Зап., 1970. Вып.6. С. 190-194.

112. Хазанова С.Г. Разработка и исследование электрических методов воздействия на растения и системы контроля их состояния. Автореф. к.б.н. 1976.21 с.

113. Холодный Н.Г. Фитогормоны и тропизмы // Холодный Н.Г. Изб. Тр. в 3-х т. Киев.: АН СССР. 1956.

114. Хржановский В.Г. Курс общей ботаники. М.: Высшая школа, 1976. Т.1. 171 с.

115. Хромова JI.M., Бургутин А.Б., Седнина Г.В. и др. Влияние фитогормонов на органогенез в каллусной культуре картофеля // Тез.докл.1 Всес.конф. «Регуляторы роста и развития растений». М. 1981. С. 180-181.

116. Шевцов Ю.И., Шишова М.Ф. Действие слабого электрического тока и электролитов на мембранный потенциал клеток // Биоэлектрическая активность и мембранный транспорт у растений. Межвуз.сб. Горький, 1988. С. 70-74.

117. Шмигель В.Н., Григорьев В.Г. Электрообработка семенных клубней картофеля // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1996. №5. С.9-11.

118. Шмигель В.Н., Ниязов А.Н. Определение технических параметров обработки семян в электростатическом поле // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1998. №7. С. 19-20.

119. Шогенов Ю.Х., Третьяков Н.Н., Миронов Е.А. и др. Спектр действия низкоинтенсивного локального излучения УФ и видимого диапозона на биоэлектрическую систему растений // Изв. ТСХА. Вып.1. 1999. С. 126138.

120. Bachman С.Н., Reichmans М. Barley leaf tip damage resulting from exposure to high electrical fields // Internat. J. Biometeorol. 1973. V.17. №3. P. 243251.

121. Baker D.A. Proton co-transport of organic solutes by plant cells // New Phytol. 1978. V. 81. №3. P. 485-497.

122. Bankoske J.W., Posnaniak D.T., Mckee., Graves H.B., Bridges J.E. Biological effects of elf electric fields // Some U.S.Researsch results / Pul. By CIGRE. Paris, 1978. Pap.36-05. 15 p.

123. Bates G.W., Goldsmith M.H.M., Goldsmith Т.Н. // J. Membrane Biol. 1982. Vol.66. №1. P.15-23.

124. Bentrup F.W. Reception and transduction of electrical and mechanical stimuli //Physiol. Movements. 1979. P.42-70.

125. Bentrup F.W. Cellular polarity // Cellular Interactions. Ed. H.F.Linskens, J.Heslop-Harrison.Berlin e.a., 1984. P. 473-490.

126. Bentrup F.W. // Naturwissenschaften. 1985. Bd. 72. H.4. S.169-179.

127. Black J.D., Forsyth F.R., Fensom D.S., Ross R.B. // Canadian Journal of Botany 1971. V.49.№ 10. P.1809-1815.

128. Brauner L., Bunning E. Geoelektrischer effekt und electrotropismus // Ber.Dtsch.Bot.Ges., 1930. V.48. P.470-476.

129. Brawley S.H., Wetherell D.F., Robinson K.R. Electrical polarity in embryos of wild carrot precedes cotyledon differentiation // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. Biol. Sci. 1984. V.81. №19. P. 6064-6067.

130. Breazeal E.L., McGeorge W.T. Cation uptake by plants as affected by applied potential // Soil Sci. 1953. V.75. №6. P. 443-448.

131. Breazeal E.L., McGeorge W.T. Specificity of voltage potential in cation uptake by plants // Soil Sci. 1955. V.80. №4. P.319-324.

132. Breazeal E.L., McGeorge W.T. Relation between electrical conductance and cation uptake byplants // Soil Sci. 1955. V.80. №5. P.375-380.

133. Briggs L.J., Campbell A.B., Heald R.H., Flint L.H. Electroculture // Bull. US. Dept.of Agric. 1926. №1379. 34 p.

134. Briskin P.P. The plasma membrane FT-ATPase of higher plant cells: Biochemistry and Transport function // Biochem. Et Biophys. Acta. 1990. V.1019. P.95-109.

135. Buchout T.J. Kinetic analysis of the plasma membrane sucrose- symporter from sugar beet (Beta vulgaris L.) leaves // Plant physiol. 1994. Vol.106. P.991-998.

136. Cannel M.G.R., Thomley J.H.M. Modeling the components of plant respiration: some guiding principles //Annals of Botany. 2000. 85. P. 45-54.

137. Cheung Y-N.S., Nobel P.S. Amino acid uptak by Pea leaf fragments. Specifity, energy sources, and mechanism // Plant Physio. 1973. V.52. №6. P. 633-637.

138. Child C.M. Patterns and problems of development. Chicago: Univer. Press, 1941.811р.

139. Chin C., Lee M., Weimstein M. Some characteristics of the sucrose uptake of excised tomato roots // Can. J. Bot. 1984. V.9. №7. P. 1159-1163.

140. Cleland R.E., Prins H.B.H., Harper I.R., Higinbotham N. Rapid hormon-induced hyperpolarization of the oat coleoptile transmembrane potential // Plant physio. 1977. V.59. №3. P. 395-397.

141. Colombo R., DeMichelis M.I., Lado P. 3-0-Methylglucose uptake stimulation by auxin and by fusicoccin in plant materials and its relationship with proton extrusion//Planta. 1978. V.138. №3. P.249-256.

142. Domanski R., Lesiewicz C., Poliszko S., Surma S. The influence of electrical change and indolebutyric acid on rooting of willow cuttings // Acta Agrobot.1978. V.31. №1-2. P. 173-179.

143. Dorchester C.S. The effect of electric current on certain crop plants // Bull. Iowa. Agr. exp. stat. res. 1937. №210. 37 p.

144. Ellis H.W., Turner E.R. The effect of electricity on plant growth // Sci. Prog. Oxf. 1978. V.65. №260. P. 395-407.

145. Etherton В., Rubinstein B. Evidence for amino-acid H^-cotransport in oat coleoptiles // Plant physiol. 1978. V.61. P. 933-937.155. Etherton В., 1982

146. Fensom D.S. The bioelectric potentials and their functional significance. 3. The production of continuous potentials across membranes in plant tissue by the circulation of the hydrogen ion // Canad. J. Bot.1959. V.37. №5. P. 10031026.

147. Fry S.C., Wangermann E. Polar transport of auxin through embryos // New Phytol. 1976. V.77. №2. P.313-317.

148. Gensler W. Electrochemical healing similarities between animal and plants // Bioph. J. 1979. V.27. №3. P.461-466.

149. Goldsmith Т.Н., Goldsmith M.H.M. // Ibid. 1978. Vol.143. №3. P. 267-274.

150. Goldsworthy A., Rathore K.S. The electrical control of growth in plant tissue cultures: the polar transport of auxin // J. Exp. Bot. 1985. V.36. №168. P.l 134-1141.

151. Goldsworthy A., Rathore K.S. //J. Exp. Bot. 1985. Vol.386. P.l 134-1141.

152. Goldsworthy A. The electric compass of plant // New Sci. 1986. V.109. №1489. P. 22-23 .

153. Guy M., Reinchhold L. Membrane transport of sugar and amino acid in isolated protoplasts // Plant Physiol. 1978. V.61.P. 593-596.

154. Helgerson S.L., Cramer W.A., Могге D.J. Evidence for an increase in microviscosity of plasma membranes from soybean hypocotyle induced by the plant hormone indole-3-acetic acid // Plant physiol. 1976. V.58. №4. P. 548551.

155. Hertel R., Flory R. Auxin movements in corn coleoptiles // Planta. 1968. V.82. №2. P. 123-144.

156. JafFe L.F., Robinson K.R., Nuccitelli R. Local cation entry and self-electrophoresis as an intercellular localization mechanism // Ann.N-Y. Acad. Sci. 1974. V.238. P. 372-389.

157. Jaffe L.F., Nuccitelli R. Electrical control of development // Ann. Rev. Biophys. Bioeng.1977. V.6. P. 445-476.

158. Johnson A., Eidesmo Т., Hannevik M. Static electric fields do not cause coleoptile's movements // Physiol. Plantarum. 1988. V.74. №2. P. 355-359.

159. Komor E. Proton-coupled hexose transport on Chlorella vulgaris II FEBS Lett. 1973. V.38. №1. P. 16-18.

160. Komor E. Sucrose uptake by cotyledons of Ricinus L.\ characteristics, mechanism, and regulation // Planta. 1977. V. 137. №1. P. 119-131.

161. Krueger A.P., Strubbe A.E., Jost M.B., Reed E.J. Electric fields, small air ions and biological effects // Int. J. Biometeorol. 1978. V.22, P. 210-212.

162. Leshem B. Polarity and responsive regions for regeneration in the cultured melon cotyledons // J. Plant Physiol. 1989. V.135. №2. P. 237-239.

163. Lew R.R. Substrate regulation of single potassium and chloride channels in Arabidopsis plasms membrane // Plant physiol. 1991. Vol.249. P. 642-647.

164. Lott J.R. Some effects of an electric field on avena root and coleoptile growth in vitro II Int. J. Biometeor.1985. V.29. №1. P. 43-45.

165. Lund E.J. Bioelectric fields and growth // Austin: Texas Press, 1947. 391 p.

166. Lund E.J. Electric correlation living cells in cortex and woad in the Douglas fir // Plant Physiol., 1931. V.6. P. 631 -652.

167. Lund E.J. Normal and experimental delay in the initiation of polip formation on Obelia internodes // J. Exp. Zool., 1923. №37. P. 69-87.

168. Lund E.J. Relation between continuous bioelectric currents and cell respiration II J. Exp. Zool., 1928. №51. P. 377-381.

169. Lund E.J. The electrical polarity of Obelia and frog's skin and its reversible inhibition by cyanidem, ether and chloroform // J. Exp. Zool., 1926. №44. P. 383-396.

170. Lund E.J., Kenyon W.A. Correlation potentials in growing root tips // J. Exp. Zool., 1927. №48. P. 333-357.

171. Luttge U., Jung K-D., Ulrich-Eberius C.I. Evidence for amino acid-H*-cotransport in Lemna gibba given by effects of fusicoccin //Z. Pflansenphysiol. 1981. BD.102. S. 117-125.

172. Maathius F. J.M., Ishida A.M., Sanders D., Schroeder J.I. Roles of higher plant K+ channel // Plant physiol. 1997. V.l 14. №4. P.l 141-1149.

173. McCaig C.D., Zhao M. Physiological electrical fields modify cell behavior // Bioessays. 1997. V.l9. № 9. P.819-826.

174. Michelet В., Boutry M. The plasma membrane FT-ATPase. A highly regulated enzyme with multiple physiological function // Plant Phyciol. 1995, V.l08. P. 1-6.

175. Mishra K.P. Joshua D.C., Bhatia C.R. In vitro electroporation of tobacco pollen // Plant Sci.1987. V.52. №1-2. P. 135-139.

176. Murashige Т., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassay with tobacco tissue // Physiol.Plant. 1962. V.15. №13. P. 473-479.

177. Murr L.E. Mechanism of plant-cell damage in an electrostatic field // Nature (bond.). 1964. V.201.P. 1305-1306.

178. Newman I.A. Electrical potentials and auxin translocation in Avena // Austr. J. Biol. Sci. 1963. V.16. №3. P. 629-646.

179. Nozue K., Wada M. Electrotropism of Nicotinia pollen tubes // Plant and Cell Physiol., 1993. V.34. №8. P. 1291-1296.

180. Pickard B.G., Ding J.P. The mechanosersory calcium-selective ion channel: key component of a plasmalemma control center? // Austral. J. Plant physiol. 1993. V.20. №4/5. P.82-110.

181. Pohl H.A., Todd G.W. Electroculture for crop enhancement by air anions // Int.J. Biometeorol. 1981. V.25. №10. P. 1809-1815.

182. Poison A., Van der Merve K.J. Experimentia. 1983. V.39. №6. P. 576-577.

183. Quatrano R.S. Development of cell polarity // Ann. Rev. Plant physiol. 1978. V.29. №10. P. 487-510.

184. Rajasekaran K., Hein M.B., Davis G.C., Carnes M.G., Vasil J.K. Endogenous growth regulators in leaves and tissue cultures of Pennisetum purpureum Schum .// J. Plant Physiol. 1987. V.l30. №1. P. 13-25.

185. Robinson K.R., Jaffe L.F. // Science. 1975.-V.187. №.4171. P. 70-72.

186. Rose H.F. Proof of the principle of summation of cell E.M.F's // Plant Physiol. 1935. V.10. №2. P. 209-214.

187. Rose H.F., Lung E.J. Growth and differentation in plants. Amer.:Iowa, 1953.

188. Roy W. Studies of field crop near high voltage transmission lines. Mich.: St. Joseph, 1981. 9p.

189. Saxena M., Gypta S.N. Effects of electric field on mitosis in root tips of Allium сера LII Cytologia. 1987. V.52. №4. P.787-791.

190. Serrano R. Structure and function of plasma membrane ATPase 11 Ann. Rev. Plant Physiol. And Plant Mol.Biol. 1989. V.40. P. 61-94.

191. Sidaway G.H. Some early experiment in electroculture // J. Electristatics. 1975. V.l. №4. P. 389-394.

192. Takashi A. The germination and growth of plant exposed to very severe environmental conditions experimentally induced by high voltages // Int. Syp. Electromagn. Compat.1984. V.l. P. 570-575.

193. Toko K., Hayachi K., Yamafuji K. Spatio-temporal organisation of electricity in biological growth // Trans. Inst. Elektron and Commun. Jap. 1986. E. 69. №4. P. 485-486.

194. Toko K., Iiyma S., Tanaka C., Hayashi K., Yamafuji K. Relation of growth process to spatial patterns of electric potential and enzyme activity in bean roots // Biophys. chem. 1987. V.27. P. 39-58.

195. Toko K., Souda M., Matsumo T. et al. Oscilations of electrical potential along a root of higher plant // Biophysical J. 1990. V.57. P. 269-279.

196. Weisenseel M.N., Dorn A., Jaffe L.F. // Plant Physiol. 1979. V.64. №.3. P. 512-518.

197. Went F. W. Eine botanische polaritats theorie // Jb. Wiss. Bot. 1932. V.76. S. 528-557.

198. West M.A.L., Harada J.J. Embryogenesis in higher plants:an overview // The Plant Cell. 1993. V.5. P. 1361-1369.

199. Zvara J. Einfluss elektrischer Felder auf Wach stum von Gerste und Aufnahme einzelner ionen // Z. Pflanzenphysiol. 1980. Bd.96. №3. S. 251260.