Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭТИЛЕНПРОДУЦЕНТ 2-ХЭФК КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ ГИАЦИНТА К ПОЛЕГАНИЮ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "ЭТИЛЕНПРОДУЦЕНТ 2-ХЭФК КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ ГИАЦИНТА К ПОЛЕГАНИЮ"



На правах рукописи

СЕМЕНОВА Мария Владимировна

ЭТИЛЕНПРОДУЦЕНТ 2-ХЭФК КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ ГИАЦИНТА К ПОЛЕГАНИЮ

Специальность: 03.00.12—Физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2003

Работа выполнена в Лаборатории физиологии и биохимии растений Главного ботанического сада им Н В Цицина РАН

Научный руководитель

доктор биологических наук Е.Б. КИРИЧЕНКО

Официальные оппоненты

доктор сельскохозяйственных наук В.А. ВЫСОЦКИЙ

доктор сельскохозяйственных наук Н.Б. ПРОНИНА

Ведущее учреждение

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Защита состоится/«^»'мая 2003г в < /К часов на заседании диссертационного совета Д 220 043 08/^Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева по адресу 127550-Москва, ул Тимирязевская, 49 Ученый совет МСХА

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке МСХА им К А Тимирязева

Автореферат разослан апреля 200

Ученый секре- рь диссертационного соч I

кандидат биол ических , Н.П. Карсункина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Проблема полегания растений привлекает внимание физиологов растений в течение многих десятилетий. Работами отечественных и зарубежных исследователей показано, что биомеханические свойства надземной части растения и, в первую очередь, стебля определяются многими внутренними и внешними факторами. Решение задачи повышения устойчивости к полеганию в каждом случае зависит от видовых и сортовых особенностей растения Большое значение придается использованию регуляторов роста при формировании растений с высокой вертикальной устойчивостью. Среди ботанических объектов, привлекающих внимание исследователей в указанном контекст«, декоративные растения занимают особое место. Гиацинт отличается высокими декоративными качествами и является ценным луковичным растением для выгонки, и, в то же время это мало изученный в физиологическом плане объект. Культура гиацинтов в защищенном грунте (выгонка) в зимне-весенний период осложнена явлением, получившим название полегание цветоноса. Аномальный морфогенез побегов приводит к потере декоративного вида растений и экономическому ущербу. Большинство сортов, обладающих высокими декоративными качествами и используемых для промышленной выгонки, подвержены полеганию. Для предотвращения полегания цветоноса рекомендовано использование 2-ХЭФК. В те же время, физиологические особенности действия 2-ХЭФК на растения гиацинта изучены недостаточно

Цели и задачи исследования. Цель работы - изучение физиологических факторов, обусловливающих повышение устойчивости растений гиацинта к полеганию при действии этиленпродуцента 2-ХЭФК. Для её достижения были поставлены следующие задачи:

1. Оценить возможности повышения устойчивости к полеганию цветоносов с помощью 2-ХЭФК;

2. Изучить особенности роста, биометрических характеристик и декоративных качеств растений под действием 2-ХЭФК в различных концентрациях;

3. Исследовать изменения анатомического строения цветоносов при действии 2-ХЭФК;

ЦНБМСХА

4 Изучить изменения под действием 2-ХЭФК характеристик некоторых физиологических звеньев метаболизма, способных предопределять свойства устойчивости к полеганию

а) содержание и соотношение фотосинтетических пигментов в листьях,

б) содержание растворимых углеводов в органах,

в) содержание эндогенных фитогормонов (цитокининов и абсцизовой кислоты) в цветоносах,

д) содержание хлорогеновой кислоты в органах растения

Научная новизна. Впервые выполнено комплексное изучение действия этиленпродуцента 2-ХЭФК на растения гиацинта (при культивировании в защищенном грунте на выгонку) с оценкой его отзывчивости по биометрическим параметрам, анатомическим и физиолого-биохимическим свойствам Выявлена сортовая специфика вызванного этиленпродуцентом морфогенети-ческого эффекта, воплощенного в компактном, неполегающем цветоносе с высокими декоративными качествами Видовая специфика реакции этого ботанического объекта на экзогенный этилен, обусловленная исключительно высокой интенсивностью органогенеза после перевода растений в условия оранжереи, выражается в тесной зависимости морфогенетического эффекта от динамики абиотических факторов и, как следствие, от условий культивирования Повышение устойчивости цветоносов к полеганию предопределено изменениями в протекании физиолого-биохимических процессов, прямо или косвенно детерминирующих анатомическую и пространственную структуру цветоносов

Практическая значимость. Показана возможность использования препарата этиленпродуцента 2-ХЭФК в качестве эффективного средства повышения устойчивости растений гиацинта к полеганию при культивировании в защищенном грунте (на выгонку) Установленное уменьшение полегания при действии 2-ХЭФК в низких концентрациях может служить основой для экономного применения препарата и предупреждения возможных отрицательных последствий использования 2-ХЭФК в больших концентрациях

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на VI Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях» (Москва, 2001), Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, МГУ им М В Ломоносова, 2002), Международной научной конференции «Ботанические сады состояние и перспективы сохранения, изучения, использования биоло-

4

гического разнообразия растительного мира» (Минск, 2002), расширенных научных семинарах Лаборатории физиологии и биохимии растений ГБС РАН (2000 г., 2001 г. и 2002 г.).

Личный вклад соискателя. Все результаты экспериментальных работ и выполненных опытов по культивированию и регуляции роста растений получены автором самостоятельно. ,

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в т.ч. 2 статьи в отечественных рецензируемых научных журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц, 22 рисунка; библиография содержит 189 названий, в т.ч. 137 на иностранных языках.

УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований являлись сорта гиацинта: Carnegie (средний • по срокам цветения) и Jan Bos (ранний по срокам цветения). Опыты были проведены в 1999-2000 и в 2000-2001 гг., в оранжерее отдела декоративных растений ГБС РАН. Варианты опытов предусматривали возможность определения оптимальной действующей концентрации 2-ХЭФК, обеспечивающей формирование наиболее устойчивого к полеганию цветоноса. Выгонку проводили по технологии описанной В.Н. Быловым и Е.Н Зайцевой (Былов, Зайцева, 1973; Былов, Зайцева, 1974) для получения цветущих растений в марте. Луковицы были высажены в горшки с песком и помещены в камеру для укоренения и проращивания. По окончании периода охлаждения растения были переведены в теплицу. В фазу бутонизации проводили опрыскивание 2-ХЭФК.

Схемы опытов.

1999-2000 гг. .

Опыт 1. Объектами исследований являлись растения сорта Carnegie.

Варианты- 1 Контроль, 2-9 2-ХЭФК 0,1 мл/л, 0,2 мл/л, 0,3 мл/л, 0,4 мл/л; 0,5 мл/л, 0,6 мл/л, 0,7 мл/л, 0,8 мл/л

В каждом варианте - 10 растений, в вариантах 1 и 4 - по 20 растений

Опыт 2 Объектами исследований являлись растения сорта Jan Bos Варианты 1. Контроль, 2-4 2-ХЭФК 0,3 мл/л, 0,5 мл/л, 0,7 мл/л, В каждом варианте - 10 растений

Опрыскивание растений раствором 2-ХЭФК (50 % д в ) с добавлением Tween 65 проводили в первый день вегетации в теплице 2000-2001 гг.

Опыт 3. Объектами исследований являлись растения сорта Carnegie Варианты I Контроль, 2-3 2-ХЭФК 0,5 мл/л, 1,0 мл/л Опыт 4 Объектами исследований являлись растения сорта Jan Bos Варианты I Контроль, 2-7 0,5мл/л, 1,0 мл/л, 1,5 мл/л, 2,0 мл/л, 2,5 мл/л, 3,0 мл/л, 8-10 Двукратная обработка 2-ХЭФК 0,5, 1,0 и 2,0 мл/л

Опыт 5 Объектами исследований являлись растения сорта Carnegie Варианты 1. Контроль, 2-5 2-ХЭФК 0,5 мл/л, 1,0 мл/л, 1,5 мл/л, 2,0 мл/л, 6 Двукратная обработка растений 2-ХЭФК 1,0 мл/л В каждом варианте опытов - 24 растения Опрыскивание растений проводили раствором 2-ХЭФК (48 % д в ) с добавлением жидкого мыла Обработку раствором препарата проводили в камере для укоренения и проращивания луковиц за двое суток до перевода растений в теплицу При двукратной обработке растений второе опрыскивание проводили в первый день вегетации в теплице

Методы исследования

Оценивали степень полегания цветоносов в конце фазы цветения, когда растения достигали максимального развития (количество полегших и не подверженных полеганию растений в варианте) Проводили измерения высоты и диаметра цветоносов, длины и ширины листьев, длины и диаметра соцветия, определяли массу луковиц

Для анатомических исследований сегменты длиной 2-3 см, взятые из середины цветоноса опытных и контрольных растений фиксировали в 70%

этаноле. Срезы окрашивали с использованием карболового фуксина и пикро-индигокармина по Е.С. Аксенову (1967).

Для проведения биохимических анализов пробы листьев, цветоносов, околоцветников лиофилизироаали. В 1999-2000 г. пробы для анализа (цветоносы, листья, околоцветники растений вариантов 1 и 6 опыта 1) отбирали в исходном состоянии (за день до обработки), через 7 и 14 дней после обработки 2-ХЭФК; в 2000-2001 г. пробы для анализа (цветоносы и листья растений вариантов 1 и 10 опыта 4) отбирали в исходном состоянии (за день до обработки), через 8 и 12 дней после обработки 2-ХЭФК.

Содержание хлорофиллов и каротиноидов определяли спектрофото-метрически на СФ-26 в ацетоновых вытяжках согласно Лихтенталеру и Вёльбурну (Lihtenthaler, Wellbum, 1986). Количественное определение содержания моносахаридов и дисахаридов проводили фотометрически с пикриновой кислотой (Минеев, 2001). Методом ВЭЖХ (Белынская и др., 1997) определили содержание фитогормонов (цитокининов и абсцизовой кислоты) в цветоносах растений. Содержание хлорогеновой кислоты определяли спек-трофотометрически на СФ-26 с предварительной очисткой на колонках (Zucker, Ahrens, 1958). Результаты анализов были обработаны статистически (Зайцев, 1984; Доспехов, 1985) с использованием компьютерных программ STRAZ и Microsoft Excel.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Действие 2-ХЭФК на степень полегания цветоносов

В результате проведенных исследований установлено, что в изучаемый период выгонки 2-ХЭФК способствовала повышению устойчивости к полеганию цветоноса растений как сорта Carnegie, так и сорта Jan Bos. При этом четко проявилась сортовая реакция растений, что, по всей вероятности, связано с генетически детерминированной различной устойчивостью сортов к полеганию.

В опытах 1999-2000 гг. для сорта Carnegie в фазу массового цветения в контрольном варианте полегало 57 % растений, существенное уменьшение степени полегания отмечено уже в диапазоне концентраций 0,2-0,4 мл/л (20%

полегших растений), во наиболее эффективными оказались концентрации 0,5-0,8 мл/л (полегших растений в этих вариантах не выявлено) Сорт Jan Bos, характеризовался 100% полеганием в контрольном варианте, а также при использовании концентрации 0,3 мл/л, некоторое уменьшение отмечено при действии концентрации 0,5 мл/л (70% полегших растений) и только при концентрации препарата ХЭФК 0,7 мл/л достигалось значительное снижение степени полегания (40 % полегших растений)

В 2000-2001 гг выявлена аналогичная тенденция Но процесс полегания протекал более интенсивно Так, контрольный вариант сорта Carnegie в фазу цветения характеризовался ¡00%-кым полеганием в опыте 4, 75%-ным -в опыте 3 В то же время, как и в опытах предыдущего года сорт Carnegie характеризовался большей чувствительностью к 2-ХЭФК, чем сорт Jan Bos Для сорта Jan Bos существенное уменьшение степени полегания по сравнению с контрольным вариантом проявилось только при концентрациях 2 0-3,0 мл/л, тогда как, у сорта Carnegie (опыт 3) полегание уменьшалось уже при использовании концентраций 0,5-1,0 мл/л Процент растений, подверженных полеганию цветоноса у сорта Carnegie в опыте 5 составил 5-19%, по сравнению со 100% в контрольном варианте, причем уже при действии ХЭФК в концентрации 0,5 мл/л достигалось существенное уменьшение степени полегания (15% полегших растений)

Таким образом, установлено, что в изучаемый период выгонки уменьшение степени полегания цветоносов растений сорта Carnegie обеспечивалось при обработке растений препаратом в концентрации 0,5 мл/л, причем дальнейшее увеличение концентрации не влияло на степень полегания Для сорта Jan Воь значительное уменьшение степени полегания цветоносов отмечено при более высоких концентрациях

Особенности роста растений гиацинта при действии 2-ХЭФК

В результате проведенных исследований установлено, что 2-ХЭФК в значительной степени тормозит рост растений гиацинта, вследствие чего высота цветоносов опытных растений была значительно меньше, чем контрольных Изучаемые сорта характеризовались снижением интенсивности роста под действием 2-ХЭФК Так, в опыте 1999-2000 г выявлено снижение интенсивности роста опытных растений сорта Carnegie по сравнению с контрольными, более значительное в диапазоне концентраций 0,2-0,8 мл/л и менее выраженное у растений, обработанных препаратом в концентрации

8

0,1мл/л. В результате этого опытные растения характеризовались меньшей высотой цветоноса, чем контрольные. Рост цветоносов растений сорта Jan Bos характеризовался сходной, но менее выраженной ростовой реакцией на действие 2-ХЭФК.

В 2000-2001 гг. растения сорта Carnegie в опыте 5 проявили значительную чувствительность к 2-ХЭФК. Существенные различия по высоте цветоноса между опытными и контрольным вариантами выявлены уже при концентрации 2-ХЭФК 0,5 мл/л. В опыте 3 различий по этому параметру между опытными и контрольным вариантами не установлено. У растений сорта Jan Bos значительные различия выявлены только при действии 2-ХЭФК в концентрации 1,5 мл/л. Сравнительно низкая чувствительность к этиленпроду-центу растений в опытах 3 и 4, возможно, связана с тем, что период охлаждения составил в этих опытах 22 недели, тогда как в опыте 5 — на 2,5 недели меньше. В период охлаждения в растениях накапливаются гиббереллины, которые вызывают усиление синтеза, активацию и высвобождение ауксинов (Novak, Rudnicki, 1993). Вероятно, высокое содержание этих фитогормонов в тканях растений, накапливающихся в результате более длительного периода охлаждения приводит к очень интенсивному росту, для ингибирования которого требуются высокие концентрации 2-ХЭФК. Выявлено увеличение диаметра цветоноса у растений под действием этиленпродуцента. Так, у растений сорта Jan Bos при двукратной обработке 2,0 мл/л 2-ХЭФК, диаметр цветоноса увеличился на 33,7 % в нижней части цветоноса и на 10 % в средней части. Согласно литературным данным (Полевой, 1982), торможение роста стебля в длину в присутствии этилена происходит вследствие изменения направления роста клеток с продольного на поперечное. Радиальный рост клеток приводит к образованию утолщения в зоне растяжения стебля. С этим процессом, по всей вероятности, было связано торможение роста в длину и утолщение цветоноса гиацинта, что явилось одним из факторов уменьшения степени полегания растений. Длина листьев у опытных растений уменьшалась, что свидетельствует о торможении их роста. При этом различия между контрольными растениями и опытными не столь значительны как при сравнении высоты цветоноса. Под действием 2-ХЭФК происходило некоторое уменьшение длины соцветия с увеличением концентрации: препарата, диаметр соцветия достоверно не изменялся. Цветки в соцветии располагались более компактно, улучшались декоративные качества растения. Но, при действии 2-ХЭФК в концентрациях выше 2,0 мл/л происходило усиление анто-

9

циановой окраски цветков и цветоносов в опыте 4 Повышенное содержание этих соединений, по всей вероятности, обуславливало также более темную окраску листьев в этом опыте, поскольку содержание хлорофилла и кароти-ноидов не изменялось Усиление антоциановой окраски свидетечьствует об определенной фитотоксичности (Казакова и др , 1990) концентраций выше 2,0 мл/л при использовании в данные сроки Отмечено преждевременное старение цветков при действии концентраций 2,5 мл/л, 3,0 мл/л 2-ХЭФК, а также при двукратном опрыскивании 2,0 мл/л 2-ХЭФК Более интенсивно процесс увядания цветков происходил при двукратном опрыскивании раствором препарата в концентрации 2,0 мл/л по сравнению с вариантами 2,5мл/л и 3,0 мл/л Необходимо отметить, что с увеличением концентрации препарата проявилась тенденция к уменьшению массы луковиц

Таким образом, проведенные исследования позволили выявить значительное торможение роста в длину и связанное с этим изменение биометрических характеристик растений двух сортов гиацинта под действием 2-ХЭФК Утолщение цветоноса, а также ингибирование роста в длину является одним из факторов уменьшения степени полегания Установлено, что применение концентраций 2-ХЭФК выше 2 мл/л в изучаемый период выгонки приводит к нежелательным последствиям (раннее старение цветков, уменьшение массы луковиц)

Изменение анатомического строения цветоносов

Под влиянием этиленпродуцента изменялась анатомическая структура тканей цветоноса, увеличивалось количество клеток, сокращались размеры межклеточных пространств, по-видимому, утолщались клеточные оболочки, что согласуется с данными Kamp и De Heríogh (1986) Кроме того, обнаружено нарушение развития центральной полости у растений сорта Jan Bos под действием этиленпродуцента (растения гиацинта имеют полый стебель) Центральная полость стебля образуется за счет разрушения определенного количества клеток в процессе удлинения цветоноса У опытных растений сорта Jan Bos при действии экзогенного этилена ингибировалось образование полости, вместо нее у части опытных растений в сердцевине цветоноса наблюдали несколько небольших полостей, целостность сердцевины также поддерживалась за счет клеточных оболочек отмерших клеток Экзогенный этилен, ингибируя быстрое удлинение цветоноса, предотвращал и деградацию клеток сердцевины, и, тем самым, препятствовал развитию центральной

10

полости Этим, по всей вероятности, объясняется увеличение числа клеток сердцевинной паренхимы цветоноса Таким образом, уменьшение размеров межклеточных пространств, ингибирование разрушения клеток сердцевины и коры способствовало увеличению устойчивости к полеганию Кроме того 2-ХЭФК вызывает у растений сорта Jan Bos ингибирование развития центральной полости цветоноса

Изменение содержания фотосннтетических пигментов при действии 2-ХЭФК

Полученные результаты показывают, что в период охлаждения растений в камере для укоренения и проращивания небольшое количество хлоро-филлов в этиолированных листьях, сформировавшихся в темноте, все же накапливалось Содержание каротиноидов в них достигает 30-40 % от максимального уровня, который характерен для них в фазе цветения. При этом в листьях сорта Jan Bos накапливалось более значительное количество фотосинтетических пигментов по сравнению с сортом Carnegie После перевода растений в теплицу при естественном освещении листья контрольных и опытных растений быстро зеленели, интенсивно накапливая хлорофиллы и каротиноиды Сравнительно низкие отношения хлорофилла а к хлорофиллу b и хлорофиллов к каротиноидам указывали на то, что к этому моменту в условиях закрытого грунта в клетках мезофилла листьев гиацинта сформировались хлоропласты теневого типа У растений сорта Carnegie в течение первой недели опыта содержание хлорофиллов и каротиноидов в листьях опытных растений было ниже, чем у растений в контрольном варианте Но через 14 дней опыта, т е в фазу полного раскрывания цветков содержание фотосинтетических пигментов в листьях опытных растений выровнялось с таковым в листьях контрольных растений У растений сорта Jan Bos через 10 дней роста и развития в условиях теплицы содержание фотосинтетических пигментов в листьях опытных и контрольных растений было практически равным Таким образом, можно заключить, что количественный эффект действия этилен-продуцента 2-ХЭФК на формирование пигментного аппарата проявился лишь у сорта Carnegie в течение первых 7 дней опыта и выразился в снижении содержания хлорофиллов и каротиноидов на — 20% по сравнению с контролем Состав и физиологическое состояние пигментного аппарата, судя по отношениям хлорофилл а/хлорофилл b и хлорофиллы/каротиноиды, незначительно изменились под действием 2-ХЭФК

11

Динамика содержания углеводов при действии 2-ХЭФК

Было проанализировано содержание растворимых углеводов в цветоносах, листьях и околоцветниках растений сорта Carnegie (опыт 1), подвергнутых действию 2-ХЭФК в сравнении с контролем (табл. 1). Как было показано выше, растения, обработанные 2-ХЭФК, характеризовались меньшей степенью полегания растений, чем контрольные. В контрольном варианте полегало 57% растений, тогда как в опытном варианте 6 (0,5 мл/л 2-ХЭФК), взятом для анализа углеводного статуса, полегания цветоносов в фазу массового цветения не выявлено. Под действием 2-ХЭФК содержание моносахаридов существенно увеличивалось через 7 дней, но на 14-й день различия были незначительны. Концентрация дисахаридов в тканях цветоноса обработанных растений была выше, чем у контрольных растений в течение всего изучаемого периода. В нашем опыте увеличение суммарного содержания растворимых углеводов в тканях цветоноса коррелировало с уменьшением полегания у опытных растений. Но различия в содержании моносахаридов были значительны в начале цветения (через 7 дней после обработки), а в период массового цветения (через 14 дней после обработки), когда процесс полегания развивается наиболее интенсивно, различия между вариантами не столь ярко выражены. В то же время, повышенное содержание дисахаридов в цветоносах опытных растений сохранялось и в этот период. У растений гиацинта в период перехода от бутонизации к полному раскрыванию цветков происходит уменьшение количества клеток в тканях цветоноса вследствие их деградации (Kamp, De Hertogh, 1986), причем под действием 2-ХЭФК этот процесс замедляется. Возможно, этот процесс связан с очень интенсивным транспортом углеводов к развивающимся цветкам и затратами на быстрый рост цветоноса. Поскольку под действием 2-ХЭФК происходило увеличение концентрации Сахаров в тканях цветоноса, можно предположить, что это связано с торможением транспорта сахарозы к цветкам и ингибированием роста цветоноса. Вследствие этого, уменьшается деградация клеток и соответственно, увеличивается прочность цветоноса и устойчивость к полеганию. Количество дисахаридов в листьях растений не изменялось под действием этилена. В то же время, выявлено более высокое содержание моносахаридов в листьях растений на 7 день после обработки. На 14 день, концентрация этих углеводов в листьях была одинаковой в обоих вариантах. •.

Таблица 1 Изменение содержания растворимых углеводов в органах растений сорта Carnegie под действием 2-ХЭФК

Продолжите чьность Содержание упеводов, % от а с в

Вариант вегетации растений в теплице дней носче 1 Моносахариды! Дисахариды Сумма

обработки

Цветоносы

Исходное состояние 0 23,3+0,0 34,0+3,3 57,3+3,3

Контроль 7 41,8+1,5 1,8+0,8 42,6+0,8

0,5 мл/л 2-ХЭФК 47,4+0,0 3,4+1,6 50,8+1,6

Контроль 14 50,7+0,8 3,0+0,8 53,7+0.0

0,5 мл/л 2-ХЭФК 51,1 +0,8 6,3+0,0 57,4+0,8

Листья

Исходное состояние 0 44,7+0,8 7,7+1.4 52,4+0,7

Контроль 7 36,8+0,0 7,0+0,7 43,8+0,7

0,5 мл/т 2 ХЭФК 45.3+0,0 6,9+0,7 52,2+0,7

| Контроль 14 38,6+0,0 6,7+1,4 45,3+1,4

1 0,5 мл/л 2-ХЭФК 38,2+0,8 7,9+1,4 46,1+0,7

| Околоцветники

Исходное состояние 0 9,0+0,4 42,0+0,4 51,0+0,0

( Контроль 7 31,9+0,0 8,0+0,0 39,9+0,0

' 0,5 мл/л 2-ХЭФК 29,9+0,4 14,5+1,1 44,4+0,7

Контроль 14 40,9±0,0 4,9+0,0 45,7+0,0

0,5 мл/л 2-ХЭФК 41,3+0,7 5,6+0,7 46,9+1,5

2-ХЭФК не вызвала изменений в динамике содержания моносахаридов в околоцветниках В то же время выявлено увеличение содержания дисаха-ридов у опытных растений по сравнению с контрольными Количество диса-харидов существенно увеличивалось под действием 2-ХЭФК через 7 дней после обработки, но через 14 дней содержание этих углеводов приближалось к контрольному уровню, и различия в этот период были не существенны Сахара действуют как антагонисты этилена, препятствуя образованию этилена и поддерживая целостность мембран (Leshem etal, 1986) В работе Ichimura and Hisamatsu (1999) было установлено, что под действием экзогенной сахарозы происходило увеличение концентрации Сахаров, которые могут быть

вовлечены в процесс ингибирования образования этилена в лепестках. Возможно, в нашем опыте повышение содержания дисахаридов в цветках растений гиацинта связано с защитной реакцией растений на образующийся этилен.

Таким образом, 2-ХЭФК вызывала изменения в содержании моно- и дисахаридов в изучаемых органах растений гиацинта сорта Carnegie. В цветоносах, листьях и околоцветниках под действием экзогенного этилена выявлена тенденция к увеличению растворимых углеводов. Более высокое содержание растворимых углеводов в цветоносе, возможно, является одним из составляющих процесса, связанного с уменьшение полегания растений гиацинта под действием 2-ХЭФК.

Динамика содержания эндогенных фитогормонов и фенольных соединений при действии 2-ХЭФК.

В регуляции процессов роста цветоноса решающую роль играет его гормональный статус. Ранее было установлено, что удаление бутонов вызывало ослабление роста цветоноса гиацинта. Нанесение ауксина (ИУК) на места прикрепления удаленных бутонов индуцировало нормальное удлинение и утолщение стебля, в то время как ГАз производил значительно меньший эффект.' Эти результаты указывают на то, что в растущих бутонах образуется фактор, по всей вероятности, ауксин, который ответственен за удлинение стебля (Saniewski, 1981; Saniewski, Rudnicki, 1984). Согласно литературным данным, этилен вызывает усиление окислительного метаболизма ИУК и активацию ферментов, участвующих в процессе ее декарбоксилиро-вания, что является одним из механизмов снижения содержания ауксина в тканях под действием этилена (Гуськов, 1991). Хлорогеновая кислота, инги-бируя разрушение ИУК, является синергистом действия ауксина (Сарапуу, Кефели, 1968). В нашей работе определяли содержание суммы хлорогеновых кислот в листьях и цветоносах растений гиацинта (табл.2). При действии 2-ХЭФК выявлено • уменьшение содержания хлорогеновой кислоты в тканях цветоноса и листьев. Это, возможно, является одним из факторов, приводящих к снижению содержания ИУК в результате увеличения активности ИУК-оксидазы и вследствие, этого к ограничению роста и, в результате, к уменьшению полегания цветоносов под действием этиленпродуцента.

Таблица 2 Содержание хлорогеновой кислоты в листьях и цветоносах растений в зависимости от обработки и фазы развития растений, мг/г а с в

Продолжительность

Вариант вегетации в теп чипе Фаза развития хторогеновая кислота

ян посте обработки чистья цветоносы

Сорт Carnegie

Исх сост 0 Бутонизация 0,40+0,01 -*

Контроль 7 Начало цвете- 1,40+0,03 _

0,5 мл/л ния 0,96+0,03 -

Контроль 14 Массовое цве- 1,40+0,01 0,24+0,01

0,5 мл/л тение 1,12+0,08 0,18+0,03

Сорт Jan Bos

Исх (.ОСТ 0 Бутонизация 1,83+0,01 0,17+0,01

Контроль 2,0x2,0 мл/л 6/8 Массовое цветение 6,83+0,10 6,77+0,10 1,08+0,01 0,62+0,01

Контроль 10/12 Конец цветения 8,07+0,00 1.32+0,01

2,0x2,0 мл/л 6,47+0,07 1,31+0,03

* - не определялось

Под действием 2-ХЭФК изменялось содержание эндогенных фитогор-монов в цветоносах растений гиацинта (табл 3) Абсцизовая кислота в нашем эксперименте обнаружена только в связанной форме До обработки, в фазу бутонизации, АБК обнаружена в тканях цветоносов у растений обоих сортов В фазу цветения в стеблях контрольных растений как сорта Carnegie, так и сорта Jan Bos, АБК не выявлена В цветоносах опытных растений сорта Jan Bos через 8 дней посте обработки содержание АБК увеличивалось, в значительно меньших количествах она содержалась в тканях цветоносов через 12 дней У растений сорта Carnegie абсцизовая кислота отсутствовала, на 7 день после обработки и выявлена на 14 день Отсутствие четкой динамики АБК в период ингибирующего действия 2-ХЭФК, а также тот факт, что АБК обнаружена в идентифицируемых кочичествах только в связанной форме, не позволяет сделать вывод о возможном участии АБК в ингибировании роста цветоноса под действием 2-ХЭФК Более вероятно, что увеличение содержания конъюгатов АБК в тканях цветоноса под действием экзогенного этилена является результатом обработки 2-ХЭФК как стрессового воздействия Под действием 2-ХЭФК изменялись содержание и состав цнтокининов в тканях цветоносов Зеатин в свободной форме идентифицирован только в цветоно-

15

сах контрольных растений сорта Carnegie (0,6 мкг/г а.с.в.), в остальных случаях идентифицированы только рибозиды зеатина и изопентениладенина (табл.3). Выявлено снижение уровня зеатин-рибозида у опытных растений сорта Jan Bos по сравнению с контрольными в фазу массового цветения, но в конце фазы цветения его содержание повышалось по сравнению с таковым у контрольных растений. Для сорта Carnegie отмечено только повышение уровня зеатин-рибозида под действием этиленпродуцента. Обнаружено появление изопентениладенозина у обработанных 2-ХЭФК растений обоих сортов, что, вероятно, свидетельствует об ответной реакции растений на действие этилена, поскольку в контрольных растениях изопентениладенозин идентифицирован не был. Увеличение содержания цитокининов, возможно, является защитной реакцией растения на действие экзогенного этилена как фитогормона, ускоряющего старение органов, а также способствует сохранению клеток сердцевинной паренхимы, замедляя тем самым развитие центральной полости в цветоносах под действием этиленпродуцента.

Таблица 3. Содержание цитокининов и АБК в цветоносах растений в зависимости от обработки 2-ХЭФК и фазы развития растений.

Вариант Продолжит-ть вегетац. в теплице / дн. после обработки Фаза развития Содержание фитогормона, мкг/r а.с,в

Цитокинины АБК

зеатин-рибозидипа-рибозид связ. форма

Сорт Carnegie

Исх. сост. 0 Бугониэац. 16,96+2,49 0,30+0,01

Контроль 7 Начало цветения 21,72+5,60 - -

0,5 мл/л 33,42+5,52 121,03+3,31 -

Контроль 14 Массовое цветение 59,93+3,22 - -

0,5 мл/л 67,40+2,34 - 0,31+0,01

Сорт Jan Bos

Исх. сост. 0 Бутонизац. 18,32+0,35 5,26+0,39 0,30±0,00

Контроль 6/8 Массовое цветение 70,70+3,22 - -

2,0x2,0 мл/л 57,08+1,99 62,08+4,32 0,34+0,01

Контроль , 10/12 . Конец цветения 11,70+0,39 - -

2,0x2,0 мл/л 18,53+0,62 (34,66+1,12 0,09+0,01-

*- не идентифицировано

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования позволили выявить значительное торможение роста и связанное с этим изменение биометрических характеристик

растений двух сортов гиацинта под действием этефона и подтвердили эффективность использования препарата 2-ХЭФК для предотвращения полегания цветоносов в периоч поздней выгонки Выявлена сортовая специфика действия этиленпродуцента Сорт Carnegie проявил большую чувствительность к 2-ХЭФК, чем сорт Jan Bos Изучение анатомической структуры цветоноса показало, что 2-ХЭФК может вызывать изменения в анатомическом строении цветоноса, замедляя разрушение клеток и развитие центральной полости цветоноса Выявлено временное снижение содержания хлорофилла в листьях сорта Carnegie под действием экзогенного этилена Соотношение хлорофил-лов и отношение суммы хлорофиллов к сумме каротиноидов не изменились Показано, что при действии 2-ХЭФК увеличивается содержание углеводов в органах Более высокое содержание растворимых углеводов в цветоносе, возможно, является одним из составляющих процесса, связанного с уменьшением полегания растений гиацинта под действием 2-хлорэтилфосфоновой кис юты Установлено снижение содержания члорогеновой кислоты в тканях цветоноса при действии 2-ХЭФК Экзогенный этилен вызывает увеличение связанных форм цитокининов и АБК в тканях. Таким образом, повышение устойчивости цветоносов к полеганию обусловлено изменениями в протекании физиолого-биохимических процессов (фотосинтеза, углеводного и фе-нольного обмена, метаболизма фитогормонов) прямо или косвенно детерминирующих анатомическую и пространственную структуру цветоносов

Выводы

1 Морфогенетический эффект этиленпродуцента 2-ХЭФК выражается в формировании компактного, неполегающего цветоноса гиацинта с высокими декоративными качествами

2 Эффективность этиленпродуцента 2-ХЭФК зависит от генотипиче-ских особенностей сорта, фазы развития растения и активности процессов роста цветоноса в момент применения

3 Этиленпродуцент 2 ХЭФК вызывает изменения анатомической организации цветоноса Вспедствие ограничения деградации клеток происходит увеличение их количества в тканях коры и сердцевины и уменьшение емкости центральной полости цветоноса

4 Этиленпродуцент 2-ХЭФК в начальный период может вызывать временное снижение содержания хлорофиллов а и b в листьях с последующим восстановлением его содержания до уровня контрольных растений Ре-

акция пигментного аппарата на действие 2-ХЭФК зависит от особенностей сорта.

5. Этиленпродуцент 2-ХЭФК вызывает увеличение содержания растворимых углеводов в листьях, околоцветниках и цветоносах сорта Carnegie. Возможно, повышенное содержание растворимых углеводов в тканях цветоноса способствует уменьшению степени полегания растений гиацинта.

6. Этиленпродуцент 2-ХЭФК вызывает повышение содержания связанных форм цитокининов и АБК, что, вероятно, свидетельствует о реакции растений на стресс, вызванный действием этилена. Увеличение цитокинино-вой активности в тканях цветоносов, возможно, является одним из составляющих процесса торможения деградации клеток и развития центральной полости в цветоносах гиацинта под действием 2-ХЭФК.

7. Этиленпродуцент 2-ХЭФК вызывает снижение содержания хлороге-новой кислоты в тканях цветоноса, что, возможно, определяет уменьшение активности ИУК и , в результате, ослабление интенсивности роста цветоноса под действием 2-ХЭФК и уменьшение степени полегания.

Список основных работ, опубликованых по теме диссертации

1. Семенова М.В. Действие 2-ХЭФК на морфогенез и синтез физиологически активных соединений в растениях гиацинта. // Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». М.: Изд. МГУ, 2002. - С. 52-53.

2. Семёнова М.В., Кириченко Е.Б., Постников А.Н. Изменение содержания растворимых углеводов в органах растений гиацинта под действием 2', хлорэтилфосфоновой кислоты. // Гавриш. 2002. - № 6. - С. 34-37.

3. Семенова М.В., Кириченко Е.Б., Постников А.Н. Изменение характеристик роста и степени полегания цветоносов растений гиацинта под'дйст-вием 2-хлорэтилфосфоновой кислоты. // Бюллетень ГБС РАН. М., 2002. — Вып. 185.

4. Семенова М.В., Постников А.Н. Действие 2-хлорэтилфосфоновой кислоты ' на формирование цветоноса гиацинта в условиях закрытого грунта. // VI

Международная конференция «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях». Тезисы докладов. М.: Изд, МСХА, 2001. - С. 121.

5. Семенова М.В., Постников А.Н. Действие этефона (2-хлорэтилфосфоновой кислоты) на рост растений гиацинта и содержание цитокининов и абсцизовой кислоты в цветоносах растений. // Тезисы докладов Международной научной конференции, г. Минск, 30-31 мая 2002 г. Центральный Ботанический сад HAH Беларуси. Минск: Изд. БГПУ, 2002. - С. 244.

Объем I О п л

Зак 214

Тир 100 экз

АНО «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул Тимирязевская, 44