Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Действие ретардантов и красного света на рост и формирование фотосинтетического аппарата растений пшеницы

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Действие ретардантов и красного света на рост и формирование фотосинтетического аппарата растений пшеницы"

Московский•государственный уъ'изсрсктвт им. М.В.Ломоносова

На правах рукописи

ВЛСНЛЕННО Владшяр Федорович

УДК 581.143+681.192:501.132:081.174

деймвиз ршадгаш и красного

СВЕТА НА РОСТ И ШШРСВАНЙВ вОТОСИНТЕГОШаСОГО АППАРАТА PfQTEHI-lü ППЖШВД

03.00.12 - Физиологияраотэняй

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Институте почвоведения и фотосинтеза РАН и в Институте общей физики РАН

Научныэ руководителя: доктор биологических наук, профессор Кефели В.И.

кандидат биологических наук Кузнецов Е.Д.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Кренделэва Т.Е. ■ ,

кандидат биологических наук . Рункова Л. В.-

Ведущее учреждение: Институт биологии Академии Наук Латвийской Республики

Защита диссертации состоится /7 ^ 1992 г. в

на заседании Специализированного Совета К 053.05.14 МГУ имени М.В.Ломоносова, по адресу: 119899 Москва, ГСП, Ленинские гора, МГУ, Биологический факультет. .

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке биологического Факультета МГУ.

Автореферат разослан "___"_;_1992 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ СПВДАЙШРОВШОГО СОВЕТА ПОЛЕССКАЯ О.Г.

ОЕЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Регуляция начальных этапов онтогенеза растений с целью повышения их продуктивности и устойчивости является актуальной научно-практической проблемой. Свет является важнейшим физическим фактором, регулирующим жизнедеятельность зеленых растений. К внешним ( экзогенным ) химическим факторам, действующим на растительные организмы, относятся разнообразные синтетические регуляторы роста ретардантного типа, широко используемые для практических целей.

У этиолированных проростков двудольных растений кратковременный красный Свет, активирующий фитохромную' систему /hobt-, 197а :£mîH,isi2./, и ретарданты вызывают сходный морфологический эффект, выражающийся^ например, в торможении роста гипокотиля. На это еще в начале 60-х г.. обратил внимание М. Кзйти /Cithty, 1964 /. в 1966 г. Канон и Толбертом / Kba.n ,Tol teft,l9«6/ показано обращение ретардантом хлорхолинхлоридоы ингибирования кумарином прорастания светочувствительных семян салата-латука. Это говорит о том, что, наряду с регуляцией ретардантами уровня фитогормонов в клетке, в частности торможения биосинтеза гибберел--линов, у некоторых веществ этой группы может существовать связь с фитохромзависимыми процессами. Однако совершенно отсутствуют данные о такой связи и о возможном взаимодействии в растениях эффектов, вызванных ретардантами и фитохромной системой ( ФХ ).

Проблема гормонов и света в физиологических процессах растений или концепция .фоторегуляции функций фитогормонов могла бы иметь логическое продолжение при развитии концепции ретардантов и света ( или ретардантов и ФХ ). Кроме того, совместная регуляция ретардантами и светом начальных,этапов онтогенеза растений могла бы стать полезной в практических целях.

Для решения этой актуальной проблемы мы использовали ретардант - ингибитор биосинтеза гиббереллинов ( хлорхолинхлорид или ССС )-и этиленпродуцент ( 2-хлорэтилфосфоновую кислоту или ХЭФК) для того, чтобы выявить общие закономерности их1 действия, невзирая на специфику механизмов ретардаятной активности каждого вещества.

Цель и задачи работы. Конечной целью исследования являлось нахождение способа ускорения автотрофного развития проростков

. пшеницы, основанного на сочетаний факторов химической и световой регуляции, определение связи параметров роста и формирования фотосинтетической активности на начальных этапах онтогенеза растений с конечной их продуктивности) и урожайностью.

Дня достижения данной цели били поставлены сдедущие задачи:

1) изучить влияние двух ретардантов с различными шханиэдаш действия ( хлорхолинхлорвда и 2-хлорэтилфэсфоковой ккслэтц ) на рост и морфогенез этиолированных проростков пшеницы и сравнить его с низхоэнергегической -фитохрошой реакцией;

2) исследовать действие ретардантов и краткоареызнцого красного СЕета на формирование фотосштететаского еггпаратз у проростков пшеницу в сравнитгльном аспекта;

3) исследовать возможную связь и (таи) Езаииодзйстшю

тов ретардантов (CGC и ХЭ$К) и красного света на иачадьяах е-гепах оэтогепаза растений пшзницы;

4) изучить влияние изменений роста, а также фмосинте-тачаокбй сщукт/ра & аквшноати растений вшвшщц, изданных действие« ре-'тердзштов и крайнего света, на ряд наранатрос яродушдасдаого •

процесса а-онтогенеза растений.

Дурная адвизда. При rtocîaKOBi© .эйсивриаектазьной задачи каш б^ль выбрана тоисиавап тематика на ся-кко хкшюзекой и езз-уозсй регуяацни фазцологическюс процессов у раеташй. Нргацвдя-авькс» невгш ь нашей работе быяо изучение процессов деэтоояйЦйи Г-рароаЗл.св шзнкцы, ьнзвашшх сбл^пшннан их крастш сват-ек па фака пр®;;'«йритаиыюго ааыачивешя ccv-гш ъ раотеарах рояардашоз кяорхйюмхяоркда или 2-хш>ратаифосфановой' иислош.

Рсгардактн роста тали в настоящее арешг сирояог nvmsmum » .практике гаатеииееод'-тва но только- как средство борьба о аояоей-tizm osptMstsî культур, но н как фактор оатншзйцки продукционного 1тозцостг£ .jrpesâfiiiocTH. и устойчивости растений / Гриачеиво» IS3S; Мурогзцав к др>, IS37 /."Но во uhovom оотеатся из ясшод (ршкопогн-чэехт «гзхаиа:*! стой оптпи^аируюшзй направленности действия рз-тйрл-здзт'оп ;ia раститсяьнай оргетпйг,!. Одной из ёздьч иыкзй работа . л^О'Сяи ксаяодэмшкг к-шшш: ротардонтоз на рост и зеленение провост;» вззняде, прзмм око щчалось в - сопоставлении с ниэкошэр-ге?к«:зекой фктохромвей рбшврой, что такав ятвтел одш» подхода s изучения деййвая раадрдимов.

Кагш поаагано. что црасшШ сват .(КС) аназдггально уенливазт

процессы роста и формирования фотосинтетического аппарата (ФА), ускоряемые ретардантами. Имеет место аддитивное, а в ряде случаев синергическое взаимодействие химического и светового факторов регуляции. Кратковременный низкоэнергетический ЮЗ, активирующий фитохромную систему, впервые представлен нами как "ретардантный фактор", а ретарданты роста растений, в особенности ССС, как модификаторы ряда фитохромзависимых реакций. Данная концепция разрабатывалась нами на уровне' морфологических, структурных и функциональных параметров формирования и активности ФА проростков и взрослых растений. Нами также исследовалось- влияние ретардантов и красного света, как при их.раздельном, так и совместном действии на рост, фотосинтез и. продуктивность растений пшеницы в онтогенезе.

Практическая'.значимость. Результаты данной работы могут быть использованы при дальнейией разработка принципов сочетания химической и световой регуляции физиологических процессов, продуктивности и устойчивости растений. Способ обработки семян пшеницы ретардантами с последующим облучением проростков КС может применяться в практике получения зеленых кормов для животноводства, обогащенных каротином, хлорофиллом и другими ценными биологически-активными веществами. Кроме того, показана возможность практического использования сочетания ретардантного и светового факторов с целью снижения вариабельности ростовых параметров посевного материала и регуляции продукционного процесса растений пшеницы.

Метод, замедленной и быстрой флуоресценции,, как показало в нашей работе, является надежным способом оценки эффективности действия различных регуляторов ( химических, световых и др. ) на многие важные фотосинтетические параметры растений, он быстр и удобенi а поэтому может быть использован как скрининговый.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Школе "Биомембраны 89" / Звенигород /, на Всесоюзном совещании "Спектральный состав света: и продукционный процесс в управляемых условиях" / Красноярск, март 1990г. /, на конкурса научных работ ИФР АН. СССР / Москва, 1990г. /, на 5-м Международном молодепном симпозиуме по регуляции метаболизма у растений /.Болгария, Варка, октябрь 1990 г./,и на симпозиума "Зеленение-91" /Пущино, 1991г./.

В законченом тшде работа доложена и обсуядена на расширенном заседании научно-творческого семинара лаборатория гормональной регуляции фотосинтеза и роста растений Института почвоведения и фотосинтеза АН СССР.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литература по теме, экспериментальной части из 5 глаз, заключения, выводов, списка цитированной литературы,, включающего 251 наименований, из них 150 на иностранном языке,и приложения. Работа изложена на. 196 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 23 таблицы, а также 2 рисунка и 3 таблицы в приложении.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ'.

Объект и методы исследования. Объектами.исследования являлись проростки и взрослые растения мягкой яровой пшеницы /TVitîcum aesfivum I. / сортов Белорусская 80 (основной), Иосковская 35, Ленинградка, Саратовская 29, а такие Саратовская 49 и Sitte Сttrot , Сорт пшеницы Белорусская 80 - современный, высокопродуктивный, интенсивных технологий выращивания, длинкостебельнкй (селекции Белорусского НИИ земледелия, г. Жодино ). '

Проростки выращивали в факторостатных условиях при температуре 25*1°С в чашках Петри ( до недельного возраста ) на дисках из. фильтровальной бумаги в 3-4 слоя, смоченных водой. Растения, которые'выращивали более продолжительный срок, пересмеивали из чашек Петри в вегетационные сосуды. Митчерлиха (от 15 до 25 проростков на сосуд). Молодые растения выращивали в климатических камерах фитотрона при освещенности 25-30 клк и температуре воздуха 22-25°С. На более поздних этапах онтогенеза (от фазы начала

tract**»

кущения) сосуды с пшеницей в оранжерею или летний вегетационный домик. .

Для обработки растений применяли следующие прзпарати: хлорхолmгхлорид или ( 2-хлорэтил )-триметиламмоний хлорид. Водные растворы готовили из кристаллического хлорхолинхлорида с содержанием действующего вещества до.97,(производство ГИИХ, Ленинград) Использовали также 2- хлорэтилфосфоновую кислоту (американский препарат'EtesI* с содержанием д.в. ХЭФК до 39,6%).

Основным способом воздействия данных регуляторов на растения пшеницы являлось замачивание сухих семян в растворах, препаратов разных концентраций. В другой серии опытов также проводили обработку растений в виде однократного опрыскивания растворами CGC или ХЭФК в фазу начала выхода в трубку (6 фаза по Фикесу).

Световая регуляция растений

Для активации фитохромной системы этиолированные проростки . облучали красным светом, использул для этого узкопшосный интерференционный светофильтр (660-5 нм); фотолабораторный фильтр CK (620 + 660 нм); монохроматический облучатель ABQ-I42 (СКВ Пущино). Дальним красным" светом (ДКС) проростки облучали с помощью установки АБО-142 (730^5 нм). Синим светом (450±5 нм) также облучали на установке АБО-142. Фоторегуляторная облученность измерялась пиранометром конструкции Ю.Д.Янишевского,.

Методика регистрации замедленной и быстрой флуоресценции

Регистрируя флуоресценцию хлорофилла определяли состояние фотосинтетического аппарата растений / Веселовский, Весеяова, 1983; Климов, 1988; Kf-anuse.Wc!« ,,1984; Hoff т.им e-t.al. ,1989/, а именно: количество хлорофилла в объекте; количество реакционных центров фотосистемы П ( РЦ ФС П ); электрон-транспортные реакции фотосинтеза; световую кривую интенсивности фотосинтеза и др. Замедленную флуоресценцию регистрировали на установке, собранной на основе фосфороскопа. У используемой нами установки были следующие технические далные: время облучения образца - 7 мс, время регистрации - 18 мс, время мевду окончанием облучения и началом регистрации - 3 мс. Флуоресценцию возбуждали красным светом, интенсивность света варьировали с помощью нейтральных светофильтров. На индукционной кривой замедленной флуоресценции (3$) измеряли величину начального пика или максимума (Р) и стационара (•?).

Для определения относительного содержания реакционных цент -ров фотосистемы П в листа его предварительно фиксировали в растворе дйурона (Ю-^ М). Повторность измерений 5-6 краткая.

Быструю индукцию флуоресценции (ШФ) регистрировали на установка производства СКВ Пущино. После темновой адаптации объекта (высечки листа) в течение 10 мин. его облучали сине-зеленым светом (480 нм) и одновременно начинали регистрировать флуоресценцию. Из флуоресцентных лучей через монохроматор проходил лишь свет с длиной волны 685±1 нм, то есть исходящий только от.ЗС П. На кри- , вой ШФ определяли следующие показатели: Р0 ; ^v (переменная), их отношение , а также площади над кривой НМ, которые характеризуют емкость пластохиноноаых пулов ФС Д / Цукушкин, Тихонов, 1988; Zankar.Kok , 1972 /.

_ б -

Определение содержания пигментов фотосиктетического аппарата

Листья пшеницы взвешивали, измельчали,. помечали в пробирки и заливали 96% этанолом из расчета 10 мл на лист. Пигменты . экстрагировали в темноте при комнатной температуре. Затем на регистрирующем спектрофотометре марки 5р»сог«Г получали спектр поглощения суммарной вытяжки пигментов. Расчет концентраций-хлорофиллов а, в и каротиноидов осуществляли по формулам Wintct-mans, De Mets , 1965.' -

Определение интенсивности фотосинтеза

Интенсивность фотосинтеза определяли по изменению кснцсн- ' •грации COg в замкнутой системе, на базе инфракрасного газоанализатора "Юнкалор" (ГДР), на целых растениях с использованием ка-«еры-щипцов / Крылов, 1969 /.

Статистическая обработка результатов опытов • Достоверность различия между вариантами определяли по f--критерию Стыодента, при уровнях значимости Р i 0,01+0,05. Для «того использовали формулу Лакина / Лакин, 1990 /.

ДЕЙСТВИЕ ССС, ХЭФК И КРАТКОВРЕМЕННОГО КС НА РОСТ И МОРФОГЕНЕЗ ПРОРОСТКОВ ТОВДЩЬ?

В наших исследованиях мы стремились изучить, как влияют ретарданты с различными механизыаии действия (ССС и ХЭ$Ю на рост и морфогенез этиолированных и зеленых нророст«оа яровой гглзницы, а такхз сопоставить это влияние с тем, котороо скалывает кратковременный низкоэнергатический (до I Вт/м } кр&сний свет.

Семена пшеницы сорта Белорусская 60 обрабатывали ССС или ХЭФК путем закачивания в растворах этих регуляторов'в течение 2:5 ч. Предварительно были подобраны концентрации растворов зке-пепиментальным путем, исходя из того, чтобы они не тормозили роет первого листа проростков. Это было нео&еодико сделать дзд того, чтобы затем' било, легче зарегистрировать эффекта, вызванные последуацим облучением их КС. Для ХЭШ эта когщентрацля •- 0,1%, а для ССС - 1%. После того, как семена бши обработали регуляторами, кх помещали б полную темноту для проращивания. Затеи партию проростков облучали-КС. Опыт в цлпом включал 6 вариантов:

контроль - без обработки; КС - проростки из семян, необработанных регуляторами, на 3-е и 4-е сутки облучали красным светом дваады по .5 мин. ; ССС - обработка хлорхолинхлоридом; ХЭФК - обработка 2-хлорэтилфосфоновой кислотой; ССС+КС - обработка ССС, затем облучение КС; ХЭФК+КС - обработка ХЭФК, затем облучение КС.

Через 5 сут. от начала замачивания семян проростки были поставлены из темноты на постоянный белый свет. Сразу после этого оценивали фотоморфогенетическую реакцию первого листа, подсчитывая число случаев его выхода из колеоптиля ( прорыв верхушкой листа колеоптиля ). НС ускоряет эту рэанцип почти в 2,5 раза по сравнения с текновым контролем (табл. I). •

- ' ' Таблица I

Число случаев выхода 1-го листа из колеоптиля у проростков пшеницы сорта Белорусская 80 при общзм количестве проростков в варианте, равном 40.

Повтор-. ■ ность опыта Контроль КС ССС • ХЭФК . ССС+ +КС ХЭШ+-+КС

I 0 13 9 23 19 19

2 0 16 ' 17 га ' 24 35

3 II 12 10 21 24 30

4 8 26 - 25 - 33

среднее 7 17 12 ' 24 22 29

% • 100 242 171 343 .314 414

В вариантах, где применялись' ретарданты, также отмечается значительная стимуляция выхода листа из колеоптиля. Так, ХЭФК активирует этот процесс почти в 3,5 раза, то есть больше, чем красный свет, а ССС в 1,7. раза. Интересно, что сочетание обработки регуляторами с облучением проростков КС обладает наибольшим действием," например, комплекс ХЭФК+КС стицулирузт развитие листа более, чем в 4 раза.

На рис. I представлены кривые статистического распределения. длин первого листа и колеоптиля у проростков в шести вариантах. Кривые свидетельствуют о тоы, что ретарданты и красный свзт, особенно при их взаимодействии, значительно снижает вариабельность биометрических параметров популяции проростков. По-виднмо!^,

Рис. I. Статистическое распрэделениэ длин 1-го листа и колеопткля у Ь-суточных про- ' ростков пшеницы сорта Белорусская 80 в зависимости от вариантов регуляторного действия.

Р.'lo

вп

53 кО .10 W 10

L контроль

— Лист ■

— Колшшаль

Л.

с.Велорусытг-ЁО КС.

I ]П 50 so Ш i ¡0 50 S3 Шл-7

¡o та na 30 -70 no

тшсзя регуляция является своего рода синхронизатором роста популяции проростков» "подгоняя отг,таг.щио" и "тсраоаа убэгаащаэ" растения. Так, если в контроле разброс значений дввк ксяеопткяей составляет от I дс 120 ш, то в варюкта CCG+KG до 95% upopasï-,ков -укладывается в пределы длин от 30 до

У б-сут. проростков (Ï сут. на свету) определили снруз к сухув массу корнай на рис. 2 видно, что jsakdosea 'сияш&й споф-вйцяа роста корневой системы в сравнения с контролен происходила у проростков, подвергнутых сосиастному воздействие синтетических регуляторов и КС. На 41% возросла сухая масса корней в варианте CCC'iKC и па 56Й - в варианте ХЗ®ЫСС. Иасса, корней проростков, которые облучали КС, такие шз контрольной на 82%, а у растений, абоабатЁШых только сюичзгическнш регулятора!«!, есть некоторое увеличений сирой и сухой ыасси корней а сравнен;:!! с контро нем ( Р < О, S5 ). В данном случае. иазвт мес-то синергическоэ взаимодействие факторов, вызванных рот&рдонтами к красным счетом.

Рис. 2. Масса корней б-сут. проростков по вариантам: I - КС;

П - CGC; III - ¡ШК; 1У CGC+ÎÎG; У - ХШК+КС.Незештрях.

колонки - сирая масса, зеятркхованньга- сухая.

Активация фитохроынсй системы НС, как известно / Кузнецов к др., IS86 /, приводит к ускорению роста корневой системы.проростков. Ретарданты танка могут в некоторой степени стимулировать этот процесс, эффект же суыш факторов надаого правьшает- сугшу зффза-tod КС и регуляторов по отдельности (сшергаам).

При анализе данных табл. 2 мояно.констатировать, что воздействие на проростки ретардантами вместе с КС ускоряет иобкля-зацию питательных веществ зерновки растущими частями (корезкани и ростком). Сочетания ССС+КС и X3®U1ÎC активирует рос? корезшоз и ростков (колэоптиль+лкст), тогда как регуляторы по отде.о.ьнсета, в данном случае, почеиу-то не сггазиааат видимого глияггш» на рост» Кроме того, масса, проростка с зерновкой в вариантах, гдз действует комплекс рэтгрдаит+КС, несколько выше (в средней кг 7-1ОЙ), чем в других вариантах. Это говорит о более эффективном, «гяояьзо-ванин запасных питательных веществ семэяи на фор-шрозшкэ пегзта-тнвных органов.

Таблица 2

Действие КС, ССС и ХЭФК на распределение сухой массы проростков пшеници сорта Белорусская 80.

Варианты К КС ССС ХЭФК ССС+КС-1ХЭФК+КС

Проросток-г зерновка Зерновка Корешок Росток 3Q,8±0,7 12,4±0,2 8,1+1,2 10,3+0,6 30,4±0,5 12,0^0,6 7,8+0,2 10,6+0,7 30,0^0,4 13,3*0,7 7,4+0,1 9,3+0,4 30,9±1,2 И,4±1,2 9,0+1,1 10,5+1,3 33,5±0,2 10,9^0,2 11,6+0,1 11,0+0,1 32,7t0,7 10,9il,9 10,3+0,1 Н.5+0,1

Участвует ли фитохромная система прямо или косвенно в реализации эффектов ХЭФК в ССС на мсрфогенетические процессы проростков? Дяя этого семзна пшеницы, обработанные ретардантами, проращивали в темноте, а затем облучали проростки КС, либо КС, а затем ДКС, или синим светом. Сразу после перестановка проростков из темноты на свет спустя 4 часа посла действия фоторегуляторного облучения оценивали пзрвичггую ростоэуа реакцию первого листа, табл. 3.

Таблица 3

Число случаев выхода первого листа из колеоптшш у пяти-суточньк проростков {%).

Контроль Контроль КонтролГхЖ+КС ХЭШ+КС+ ССС+КС ССС+КС+ДКС + КС +КС+ДКС ДКС

~38 + 4 59 + 7 28 + 15 63 + 10 34 + 15" 90 + I 88 + 4

В контроле существует количественная обратимость эффекта КС посредством ДКС, это же относится к вариантам, где действует ХЗ$К, но в случае, когда облучению КС предшествовало действие ретарданта ССС, эффект ¡{С как бы усиливался, и исчезала его фотообратимость ДКС.

Спустя сутки после начала освещения проростков бельм сватом подсчитывали количество полностью развернувшихся листьев в контроле и в вариантах, где действует ССС. В контроле оно составило ( в % ) 26+2, в контроле с КС 42+3, контроль+]СС+ДКС II+2, контроль+ +синий сват 28+9, в варианте ССС+КС 92+1 и ССС+Ш+ДКС 83+4. Разворачивание 1-го листа регулируется ФХ /Viner. ai,al. , 1988 /,

что подтверждается в данном опыте наличием фотообратимости КС/ДгСС и отсутствием реакции на синий свет. Однако действие ССС опять se способствует- усилению данной фотоморфогенетической реакции и почти полностью снимает обращение эффекта КС посредством ДКС.

. Итак, в хода исследований нами бшо установлено, что ССС и ХЗФК - ретарданты с различными механизмами' действия - способны оказывать сходное оптимизирующее влияние на рост и морфогенез этиолированы* и зелены?: проростков пшеницы. Отмечается сходство эффектов,вызываемых НС (выход 1-го листа из колеоптиля и его разворачивание, активация роста корневой системы и т.д.), с процессами, стимулируемыми ретардантами. Происходит взаимоусиление эффектов, вызываемых ретардантами и КС, а ДЙС'в' ряде случаев снимает эту стимуляцию. Синий свет оказывается не эффективным, что указывает на фитохромнув природу данного явления.

ВЛИЯНИЕ РЕТАРДАНТОВ И КРАСНОГО СВЕТА НА ФОРМИРОВАНИЕ

ФОТОСИИТШЧЕСКОГО АППАРАТА РАСТЕНИЙ ■ ПШЕНИЦЫ

Цель дальнейшей работы состояла в том, чтобы.выяснить, можно ли совместным действием светового и химического факторов ускорить формирование фотосинтетического аппарата в большей степени, чем под действием■каждого из этих факторов в отдельности.

Кинетика накопления хлорофилла в первом листе проростков пшеница разных вариантов в течение первых суток после перестановки их на свет показала, что в контроле синтез хлорофилла начинался только спустя два часа после перестановки проростков из темноты на свет. Лаг-фаза в синтезе хлорофилла практически отсутствует в варианте с предварительным облучением проростков КС, что согласуется с литературными данными' /Vit-gin ,1951; A koyu.nojloa, 1970; Fi-jck , 1975 /. Еще более выражено начальное'ускорение в образований хлорофилла в вариантё с обработкой ССС. При воздействии на растение комплекса регулятдрных факторов (CCCt-KC и ХЭФК+ КС) их эффект на синтез хлорофилла оказался наибольшим. Уже спустя два часа после начала освещения проростков содержание хлорофилла а в этих вариантах достигает 60*10 мг/лист.- К концу первых суток зеленения разница между контролем и вариантами с воздействием биорегуляторов с КС. достигает большой величины. -Так, содержание хлорофилла и каротиноидов под действием суммы факторов ХЭШ -t КС и ССС -ь КС увеличивается в 2 раза по сравнении с контр. Анализировали индукционные кривые флуоресценции (рис. 3).

Ряс.

3. Индукционные кривые замедленной флуоресценции листьев пшеницы (2 ч. зеленения) при 5-мин. темновой адаптации

•1«

ХШ*КС

ссыс

ас

КС

(V

хш

/зхтроль

I.

I I

I

1_.

ИГ.

I /

/

Зр/ц пин

Тушение флуоресценции на индукционной кривой связано с разрядкой протонного градиента оа счет энергозависимых процессов, например, фотофосфорилирования / Климов, 1988 /. Это тушение тем больше, чем больше скорость фиксации углекислоты в процессе фотосинтеза ( коэффициент корреляции для пшеницы 0,82-0,83 ). Величина тушения на индукционной кривой ЗФ для вариантов ХЭНШСС и ССС+КС составляет 45% и 30$ соответственно, для вариантов ССС и КС -23£ и Ш%. У вариаита ХЭ<5К и контроля индукции полностью отсутствуют, видимо из-за того, что в них нет развитых фотосинтетических мембран.

Таким образом, у этиолированных проростков пшеницы под воздействием комплекса ротардант^-красный свет фотосинтетическая фиксация С0<>, по-видимому,начинается уже через 2 ч. после переста-'новки их из темноты на постоянный белый свет.

Рис. 4. Зависимость ' 32> перрого. . лнста от освещенности пзрзз 24 ч. поо,5з качала сбяучзния проростков бельм свечоа (диурон-15 ыш.)

Я« .

ет/г

Спустя сутки после перестановки проростков из темнота на свет изкоряяи уровень 35 с диуропом <рис. 4;, то есть получали светосые кривые флуоресценции. Наибольшее количество Щ 5€ Л находится в листьях проростков пшвннци, подвергнутой совместному действию хишческого и светового факторов регуляции. Варианты КС 1г"ССС1 как к в пре,падучих измерениях, занимают промежуточное положение по уровня стечения с диуропом уезду контролем и вариантами ССС+КС и Х&Ж+КС, а обработка се»Ш1 Х3®{ практически но дошзт этот показатаяь в сравнении с контролем.

Расчитывали относительное количество -хяорофявла, приходящееся на реакционный центр ФС II, черзз 2 к 24 я. зеленения по вариантам. В табл. 4 представлена сведши, яоторйэ условно передает величина отношения числа единиц хлорофилла, -приходящегося на один Щ П. Под двйстшем Х3$!1 »то отношение несколько возрастает. а комплекс ХЗ&М'С увеличкв?.от его почти в 4,5 разе, э

Таблица 4

Относительное количество хлорофилла, приходящееся на Щ ФС П.

(точность + 0,1)

Барная? Контроль КС ССС ХЭЖ ССС+КС хшлс

2 ч. свет 1,1 1,1 1,0 1,3 0,8 4,8

24 ч.свет 1,1 0,9 0,9 г.з 1,2 1,2

первые часы зеленения. Комплекс рэг. факторов ССС+КС, наоборот, несколько сникает отношение хлорофилл/РЦ $С П в сравнении с контролем после двух часов пребывания проростков на свету.

С целью, проработки вопроса о причинах синергического взаимодействия эффектов ретардантов и КБ при зеленении проростков ыы, как и в случае мсрфогенетических параметров, определяли фитохром-ную природу данного явления. КС стимулировал формирование компонентов злсктроМ-трансяоряЮЙ цепи фотосинтеза (пластохинонового цула). Однако далее мы показали, что облучение ДКС полностью устраняло этот стмулвдущий аффект КС, а значит в основе его реализации находится активность ШХ. У растений, семена которых предварительно замачивались в растворе :ССС, под действием КС емкость пластохинонового пула возрастала в большей степени, чем у растений, не обработанных регулятором (синергизм факторов). В первые сутки отсутствовала фотообратимость КС посредством ДОС, а на шестые сутки зеленения между вариантами ССС+КС и ССС+КС+ДКС начинают наблюдаться некоторые различия в исследуемом параметре. Облучение проростков одним ДОС, суммируемое с воздействием хлор-холинхлорида, приводит к одному и тоцу же эффекту, что и облучение КС в первые сутки зеленения. В контроле ке ДКС' не эффективен в отношении стимуляции формирования электрон-транспортной цепи фотосинтеза. Однако сочетание ССС+ДКС "работает" лыь непродол-жителышй срок и й& третьи сутки его действие полностью нивелируется, тогда как в варианте CCC+IîC стимуляция сохраняется спустя б суток и далее. Эти данные могут говорить о том, что для проявления синергического эффекта сугшы факторов ретатаант+КС необходимо присутствие в клетках активной формы фитохрома - Фдк. Кроме того, исходя из данных результатов, уместно говорить об усиливающем или да-so цодпфицирувдем влиянии CGC на ряд фитохромзависимых ■ процессов в клетке, в частности на формирование фотосинтетического аппарата. . *

РЕГУЛЯЦИЯ РЁТАРДАНТШ И КРАШШ СВЕТОМ РОСТА и тшшпш. В ОНТОГЕНЕЗЕ РАСТЕНИЙ пшщвдн

Изучали реет 3-го листа у шести вариантов. Лаг-фаза в начальный период роста бнла выражена только у контроля, где третий лист появляется примерно на сутки поззее, чем у других вариантов. Ретарданты к КС почти в одинаковой степени активируют начальные отагга роста листа, и это,по-видимому, связано с их влиянием на. частоту клеточных делений. Под действием XS5K происходит сильная стимуляция на протяяеинн всего периода роста третьего листа, тогда как под влиянием ССС эта стимуляция роста в длину на 4-е су т. сиеняятся торможением.

Светозш кривые COg газообмена,регистрируемые в разннз периода оитогензза пшеницы, показали существенный разлитая s интен- -сивности. фотосинтеза между вариантами. У растешь4., обработанных ССС, она была на 20-50% выше, чем в контроле, а вариант ХЗФК занимал промежуточное положение между контролем и ССС. Определение параметров 3$ флагового листа пшеница Белорусская 80 в фазу начала молочной спелости зерна однако показало, что только вариант ХЕШ+-КС отличался от остальных некоторым увеличением интенсивности фотогштети'-еских реакций.

Анализ параметров продуктивности к концу вегетации растеиий показал, что нейду вариантами отсутствуют достоверные различия по массе надземной части-растения и главного колоса. Масса 1000 зерен также практически не изменилась в сравнегаи с .контролем у вариантов, подвергавкнхея действию ретардантов к КС по-отдсльности. ¡¡о зтот показатель возрастал у растеиий, на семена и проростки которых действовал коглллакс футоров рзтардапт+КС, что вновь обнаруживает проявление синергизма химической и световой регуляции. В итоге» у варианта ССС+КС масса Î000 зерон возрастала на '(% s сравнении с контролем, а у варианта ХЭФК+КС - ва 8,5'!.

Таким образом, якзплекс факторов ретардант+КС после однократное? стим/ляцки им физиологических процессов на начальных этапах онтогенеза так ила иначе сохраняет своэ влияние на протяжении всего онтогоняаа растешй яровой пионицы. i

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Паия было установлено, что несмотря на различия двух ретар-

дантов - ССС и ХЭФК, существует много общего в их конечном влиянии на растения, Налрииэр, показан ускоряющий эффект этих ретардантов на морфогенез-первичных листьев проростков пшеницу и формирование у них фотосинтетического аппарата. Это действие ССС и ХЭ£К было сходным с том, что оказывает кратковременный красный свет. Наиболее интересным был обнаруженный нами синергизм в регуляторнан действии на проростки ретардантов и красного света, в основе которого находится активность фитохромной систош. Стимулирующий эффект ССС, ХЭФК. и КС на ряд параметров роста и фотосинтеза сохранялся на последующих этапах онтогенеза пшеницы вплоть до фаз налива и созревания зерна. В вариантах, где действовал комплекс факторов ретардант+КС, было отмечено повышение седанной продуктивности растений за счет возрастания массы семян, но ко их числа.

Эффекты аддитивности и синергизма ретардантов и красного света могут быть поняты при объяснении действия ретардантов на следующие регуллторше компоненты клетки: фитохромну® систему; •вторичше мессевдкери ФХ - ацетилхолиновуа и др. систош; фито-гормоны.- Предложенная концепция сочетания химической к световой регуляции жизнедеятельности растений может иметь дальнейшее теоретическое развитие и практическое применение.

вывода

I. Ретарданты хлорхолннхлорид и 2-хлорэтилфосфоновая кислота при обработке ими семян способны стимулировать морфогенетичес-кие реакции у проростков яровой пшеницы: формирование и рост первого и последукщих листьев, д также рост корневой системы.

Z. Красный свет через фитохромную систему значительно усиливает процессы роста, морфогенеза, мобилизации питательных веществ семени и зеленения, регулируемые ретардантами. Имеет место аддитивное, а в ряде случаев ешшргическое взаимодействие ишичзского и светового факторов регуляции.

3. Ретарданты ОСС и ХЭЖ сокращают лаг-период при образовании хлорофилла в лнотьях этиолированных проростков пшеницы в перше часы их освещения постоянным белым светом.

4. Хлорхо лшшгарид, главным образом, стимулирует формирование раакцаонгих центров фотосистемы П, а ХЭШ - синтез хлоро-филяов - свэтосборщиков. Совместноо ке действие ретардантов к

кратковременного ннзкоэнергетического красного света пропорционально активирует образование всех структур фотосинтетического аппарата, причем больше, чем каждой из факторов по-отдельности.

5. Проявление действий ретардантов во многом определяется присутствием в клетках активной (Фдк) формы фитохрома, однако сами ретарданты могут влиять на фитохромзависимые процессы. Последнее выражается в том, что в вариантах, где действует ССС, полностью или частично отсутствует фотообратимость эффектов КС посредством ДКС, кроме того, облучение ДКС в данном случае приводит к одному и тому же эффекту, что и облучение КС в первые сутки зеленения. Но это модифицирующее действие ССС на фитохром-ные реакции в свои очередь ыояет зависеть от условий роста проростков (плотности их популяции).

6. Эффекты этиленпродуцэнта ХЗФК на рост и зеленение во многом определяются его действущими. дозами, а в некоторой степени

и сортовыми особенностями растений.

7. Ретарданты и кратковременный низкоэнергетический красный свет действуют как факторы, снижающие вариабельность ростовых параметров (длины листа и колеоптиля) проростков, что позволяет получить более однородную популяцию растений.

8. Ретарданты и красный свет ускоряют формирование листьев в онтогенеза растений пшеницу и при комплексном применении увеличивают содержание в них хлорофилла а в 2,5 раза, а хлорофилла в в 3,7 раза.

9. Обнаружено активирующее действие ССС и ХЗ£К на интенсивность фотосинтеза листьев яровой пшеницы в онтогенезе, которое зависит от способа применения регуляторов (замачивание семян или опрыскивание растений) и других особенностей.

10. -Совместное действие ретардантов и кратковременного шз-коэнергетического красного света на ряд физиологических параметров растений провой пшеницы отражается в итоге на их продуктивности: на 7-8,5!? возрастает масса 1000 зерен при одинаковом : с контролем их числе на растении, тогда как применение данных ре-гуляторкых факторов по-отдельности оказалось не аффективным.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

I. Василенко В.Ф. Действие ретарданта "Тебепас" на рост, фотосинтез и продуктивность яровой пшеницы. - Гез. 7-й конф. молодых ученых-биологов: "Изучение, рациональное использование и

охрана природных ресурсов", Рига, 1987,- с. 75-76.

2. Василенко В.Ф., Кузнецов Е.Д. Действие хлорхолинхлорида и зтрела 1ш рост и зелаиение проростков п'шенйцы. - Доклада

• ВАСХНИЛ, 1990, » 7, с. 6-9.

3. Василенко В.Ф., Кузнецов Е.Д. Физиологические и'экологические аспекты использования химической и световой регуляции рос-

„та растений. - Вестник сельскохозяйственной науки, 1990, № 7, с. 63-68.

4. Василенко В.Ф., Креелааский В.Д.., Кузнецов Е.Д. Хлорхо-линхлорнд как модификатор ряда регулируемых фитохромоы процессов роста и фотосинтеза. - Доклада АН СССР, 1991, т, 316, № 6, с. 1512-1514. -

5. Василенко 0. Ф., Кузнецов Е.Д., Веселова Т.В., Вэселовс-кий В.А. Ускорение формирования фотосштетического аппарата у проростков гшеняцн красным светом и синтетическими регуляторами роста ретардантлого действия. - Физиология и биохимия культурных растений, 1991, вып. 2, с. 107-Ш.

,6. Уа5'| (епко У.Р. бс^в ер ^ett (¡з^ .ССС ат! "Et(-c/ ел апс! рЬс}01у»,Н1с1-1с.(!е1'е1ертяг}1' ^ ыЬе^ $еес111пд£—ТЬ£ Absf^ha.e^'s о{

Ое^оЬе»- 1390 ;У&упа , Ви1даНа , р.

7.Василенко В.Ф., Кузнецов Е.Д., Колесник Т.И. Ретарданты и красный свет в регуляции продукционного процесса пшеницы. -Доклада ВАСХНИЛ, 1991, № 12, стр. 2-4.

Подписано в печать 19 марта 1992 года Заказ & 121. Тирад 100 экз. П.д. 1.2 Отпечатано в ОНТИ ШН РАН Москва,В-333, Ленинский проспект