Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Действие локального облучения мягкими рентгеновскими лучами на рост и устойчивость подсолнечника к высокой температуре и засухе

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Рехвиашвили, Теймураз Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Возможность применения ионизирующего излучения для регулирования роста и развития растений

1.2. Физиологические основы биологического действия ионизирующих излучений на растительный организм

1.3. Жаро- и засухоустойчивость растений и методы их определения.

1.3.1. Действие высокой температуры и засухи на растительный организм

1.3.2. Действие засухи и высокой температуры на макромолекулы клеток ;

1.4. О механизме длительного послесвечения фотосинтезирующих организмов

ГЛАВА П. МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

2.1. Объекты исследования и условия выращивания

2.2. Методы исследования.

ГЛАВА Ш. ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЯГКОЛУЧЕВОГО

РЕНТГЕНОВСКОГО АППАРАТА "РЕИС-И"

ГЛАВА 1У. ДЕЙСТВИЕ ЛОКАЛЬНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ГЛАВНОЙ ТОЧКИ РОСТА МЯГКИМ РЕНТГЕНОВСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ НА РОСТ И ЦВЕТЕНИЕ ПОДСОЛНЕЧНИКА.

4.1. Влияние разных доз облучения на динамику роста стебля растений подсолнечника

4.2. Влияние разных доз облучения на динамику роста листьев подсолнечника

4.3. Изменение сырой и сухой массы листьев растений подсолнечника после облучения.

4.4. Влияние облучения на сроки цветения растений подсолнечника

ГЛАВА У. ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛЬНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ГЛАВНОЙ ТОЧКИ РОСТА

НА ИЗМЕНЕНИЕ ЖАРОСТОЙКОСТИ ПОДСОЛНЕЧНИКА.

5.1. Влияние облучения на положение максимума температурной зависимости на термограммах послесвечения листьев подсолнечника

5.2. Изменение интенсивности послесвечения листьев растений подсолнечника после облучения

5.3. Влияние теплового повреждения на длительное послесвечение листьев контрольных и облученных растений.

ГЛАВА У1. ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛЬНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ГЛАВНОЙ ТОЧКИ РОСТА НА ИЗМЕНЕНИЕ ЗАСУХОУСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ ПОДСОЛНЕЧНИКА.

6.1. Влияние почвенной засухи на послесвечение листьев контрольных и облученных растений

6.2. Влияние подсушивания на послесвечение листьев контрольных и облученных растений

ГЛАВА УП. ИЗМЕНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ШЗИ0Л0Г0-БИ0ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ ПОСЛЕ ЛОКАЛЬНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ГЛАВНОЙ ТОЧКИ РОСТА.

7.1. Изменение некоторых показателей водного режима растений подсолнечника после облучения

7.2. Влияние облучения на некоторые биохимические показатели устойчивости растений

ОБСУЖДЕНИЕ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Действие локального облучения мягкими рентгеновскими лучами на рост и устойчивость подсолнечника к высокой температуре и засухе"

Повышение устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды является важнейшим звеном в решении общей проблемы повышения продуктивности сельскохозяйственных культур. Поскольку продуктивность часто находится в обратной коррелятивной зависимости с генетически обусловленной устойчивостью,целесообразно изыскать дополнительные к селекции способы внешнего регулирования процессами жизнедеятельности растений /Игнатьев, 1982/.

В развитии защитных приспособительных реакций растений к неблагоприятным факторам среды особая роль принадлежит росту.Через рост осуществляется генетическая программа онтогенеза, защита от последствий действия неблагоприятных факторов среды, приспособление к новым условиям существования, индукционное повышение устойчивости /Мокридова, 1982/. С ростом непосредственно связан также почти любой процесс развития /Либберт, 1976/.

Управление ростом, развитием, адаптационными процессами и устойчивостью растений является основным путем создания высокой их продуктивности. Поэтому в настоящее время все большее внимание уделяется использованию внешних регуляторов ( т.н. факторов внешнего воздействия) физиологического состояния растений с целью подъема их урожайности. Известно, что задержка роста, вызванная каким-либо внешним фактором, приводит к повышению неспецифической устойчивости растений / Ледовский, Боцдаренко, 1974; Фомина, 1982 и др./, а также ускорению их развития / Разумов, 1961; Кузьменко, 1982 и др./. С помощью ионизирующих излучений также можно управлять ростом, следовательно, развитием и устойчивостью растений к неблагоприятным условиям среды /Тимофеев-Рессовский, 1956; Савин, Степа-ненко, 1968; S'cx , 1955; Shcxms-i Д , 1981 и др./.

Несмотря на огромный экспериментальный материал по влиянию ионизирующего излучения на растительные организмы, наши знания в этой области все еще невелики. Так, необходимо полнее и многостороннее исследовать реакцию целостного растительного организма на действие ионизирующего излучения, так как попытки объяснить все многообразие и сложность лучевого поражения, прису -щего организменному уровню, исходя из молекулярных и клеточных закономерностей не могут быть полностью успешными /Савин,1981/; недостаточно изучено влияние облучения на рост отдельных органов, изменение ростовых корреляций в облученных растениях в процессе вегетации; мало изучено действие локального облучения (особенно мягким рентгеновским излучением) отдельных органов на основные физиолого-биохимические процессы растений, хотя именно такие работы являются ценными для изучения механизмов биологического действия радиации, особенности восстановительных процессов, а также специфических и общих защитно-приспособительных реакций растительного организма на действие разных неблагоприятных факторов среды.

Для решения проблемы адаптации растений к изменениям внешней среды необходимы надежные и быстрые методы, наиболее адекватно отражающие общее физиологическое состояние растения и его устойчивость к разным стрессам. Однако не все существующие методы отвечают этим требованиям: одни,при удовлетворительной достоверности получаемых данных очень трудоемки ( прямые методы ), другие (косвенные) осуществляются посредством определения одного неуниверсального показателя или морфологического признака, и поэтому недостаточно точны и не гарантированы от ошибок.

Гораздо надежнее и информативнее методы, которые основываются на измерении интегральных показателей жизнедеятельности растений (например, метод длительного послесвечения) и на определении таких узловых функций, как синтетические процессы, отражающие общий уровень устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды. С помощью таких методов мы можем не только судить о физиологическом состоянии растений, но и направленно менять условия выращивания, повышая тем самым их устойчивость и адаптационную способность.

В связи с изложенным, целью настоящей работы являлось изучение возможности использования мягкого рентгеновского излучения для повышения жаро- и засухоустойчивости растений подсолнечника, усовершенствование методов определения физиологического состояния растений. В задачу наших исследований входило:

- исследование дозных характеристик мягколучевого рентгеновского аппарата "РЕИС-И" и разработка методики локального облучения отдельных органов растений;

- изучение влияния облучения мягким рентгеновским излучением на рост (в целом и отдельных органов) и развитие растений подсолнечника при локальном воздействии на главную точку роста;

- исследование действия облучения мягким рентгеновским излучением на длительное послесвечение листьев' и на некоторые физио-лого-биохимические процессы, характеризующие жаро- и засухоустойчивость растений;

- установление оптимальных доз облучения, индуцирующих высокую устойчивость растения к неблагоприятным факторам среды без снижения его конечной продуктивности.

В результате экспериментов в работе впервые выявлена возможность использования мягкого рентгеновского излучения (излучатель "РЕИС-И") с целью управления приспособительными реакциями растения, а также ускорения его развития.

Впервые исследованы дозные характеристики мягколучевого рентгеновского излучателя и разработана методика локального облучения отдельных органов растений. Изучен характер изменений в процессах роста и развития растений подсолнечника при локальном облучении главной точки роста мягким рентгеновским излучением. Результатами работы еще раз подтверждается глубокая взаимосвязь между отдельными органами и физиолого-биохимическими процессами растений.

С использованием разных методов определения физиологического состояния растения установлены оптимальные дозы, которые не только ускоряют развитие растений, но и способствуют повышению их устойчивости к неблагоприятным факторам среды.

Рассмотрены причины повышения устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды, после облучения их в определенных (оптимальных) дозах.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Рехвиашвили, Теймураз Михайлович

Проведенными исследованиями установлено следующее: I. Исследовано распределение мощности дозы в пучке излучения мягколучевого рентгеновского аппарата "РЕИС-И". Разработана мето дика локального облучения отдельных органов растений.Z, Облучение главной точки роста растений подсолнечника в до зах 27 и 36 Гр заметно тормозит рост стебля и отдельных его меж доузлий. Облучение растений в дозах, тормозящих рост стебля, при водит к уменьшению площади и увеличению толщины листьев. Степень изменения роста различных органов растений в ответ на облучение зависит от дозы облучения, времени, прошедшего после воздействия и степени сформированности органа к моменту облучения. Со време -

нем индуцированные облучением изменения ростовых процессов части чно сглаживаются.3. Локальное облучение точки роста растений в дозах, задержи вающих рост стебля и листьев, приводит к увеличению в них содер жания сухого вещества.4. Локальное облучение точки роста растений в дозе 27 Гр при водит к ускорению цветения на 6-9 дней.5. Определение жаростойкости методом регистрации длительного послесвечения показало повышение устойчивости растений в дозах, тормозящих рост стебля. С возрастанием дозы облучения термоустой чивость листьев к высокой температуре повышается. При этом замет нее меняется жаростойкость вышерасположенных листьев.6. Оптимальной оказалась доза облучения 27 Гр, после воздей -

ствия которой жаростойкость листьев всех трех сортов подсолнечни ка повысилась не только по положению максимума на термограмме, но и по разнице между максимумом и стационарным уровнем свечения поеле предварительного прогрева листьев, а также по "времени жизни" листа после воздействия повреждающих температур. Интенсивность по слесвечения более термоустойчивых листьев оказалась несколько ни же.7. Изучение засухоустойчивости растений с помощью длительного послесвечения листьев показало однотипность ответной реакции на засуху и подсушивание листьев. С увеличением водного дефицита ли стьев характер послесвечения меняется по двухфазному закону.Пара метры послесвечения листьев облученных в дозах 27 и 36 Гр расте -

НИИ менялись с меньшей скоростью и при более высоких степенях обез воженности, чем листьев контрольных растений.Скорость потери воды у облученных в дозах 27 и 36 Гр растений гораздо меньше, чем у контрольных.8. Облучение вызвало уменьшение транспирации, водного дефици та и дефицита относительной тургесцентности листьев, повышение со держания прочно связанной воды. С увеличением дозы воздействия изменения указанных параметров происходили в направлении повыше -

ния засухоустойчивости растений.9. Облучение привело к повышению содержания общего хлорофил ла и карротиноидов. Повысилась и прочность пигментов с липопроте иновьм комплексом, что еще раз свидетельствует о повышенной ус -

тойчивости облученных растений к высокой температуре и засухе.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Рехвиашвили, Теймураз Михайлович, Ленинград

1. SO S.B, Stomatal regulation of evaporation from well-v;ateredplants canopies: a new synthesis. - Argr. Meterol., 1983, v. 29, N 3, p. 2.

2. OH S. Membrane surface potential and the reactivity of the system II primary electron acceptor to charged electron carrier in the medium. - Biochim. et Biophys. Acta, 1978, vol, 504, N 2, p. 324 - 340.

3. NG T.P., KERSTEN M. Stimulation of growth soybean seeds by softx-rays. - Plant Physiol., 1936, vol. II, p. 6I5.

4. ROVEL I. On a relation between fluorescence and liominescence inphotosynthetic systems. - "Progress in photosynthetic research", 1969, vol. 2.

5. PESCHKIN W.W. Kolloidchemie des Protoplasmas. Berlin, 1937.

6. VITT I. Responses of plant to environmental stresses. N,Y. Acad.Press, 1972, 665 p.

7. VATT I.L., CAIJIPBELL D. Effects of CCC and moisture stress onsimflower. - Exp. agr. , 1973, vol. 9, N 4, p. 329 - 336.