Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физико-химические методы стимуляции ростовых процессов стеблевых черенков древесных растений

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Физико-химические методы стимуляции ростовых процессов стеблевых черенков древесных растений"

РГО сд

ГбСУДАРСГВ^И^ЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

москов ский

государственный университет леса

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВА Людмила Дмитриевна

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СТИМУЛЯЦИИ РОСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ СТЕБЛЕВЫХ ЧЕРЕНКОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИИ

03.00.16 — Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва

1995

Работа выполнена на кафедре физики Московского государственного университета леса. '

Научные руководители — доктор технических наук,

профессор В. Н. Харченко, кандидат сельскохозяйственных наук И. В. Рутковский

Официальные оппоненты — доктор биологических наук

С. И. Демченко;

доктор сельскохозяйственных наук Н. А. Смирнов

Ведущая организация — Всероссийский науно-исследова-

тельский институт химизации лесного хозяйства

Защита диссертации состоится 15 декабря 1993 г. на заседании специализированного совета Д.053.31.05 при Московском государственном университете леса в 10 'час. 30 мин., ауд. 313.

Отзывы на автореферат В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: 141001, Мытищи-1 Московской области, Московский государственный университет леса, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан « 0. » ноября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук, доцент Е, Г, КУЛИКОВА.

Подп. в печ. 11.11.93 г. Объем 1 п. л. Зак. 576 Тир. 100

Типография Московского государственного университета леса

ОНН АЯ XАРАКТЕРИСПЖА Р/БОТИ

Актуальность темы определяется необходимостью скорейшей разработки и внедрения в практику лесоводства, лесовосстанов-ления и озеленения городов я населенных: пунктов новых, эффективных, экологически ^тестых приемов и методов получения высокосортного, элитного посадочного материала, обладающего повышенно!? устойчивостью к эагрязнеюод окружающей среды. Решение панной проблемы возмогло путем применения нетрадиционных стп-кулирумиих воздействий на растительные объекта, что требует проведения большого объема экспериментальных исследований на широком 'круге промшлеиноценннх древесных пород. Нуждается также в дальнейшем иэучонви биологический механизм стимулирования ростов«* пршеосов химическими в физическими - в частности лазерным - воздействиями с подацью биофизических методов и математического моделирования.

Исследования велись в рамках договора о научно-техническом содружестве с Высшим лесотехническим институтом /г.София, Болгария/ по теме: "Лазерная диагностика и биостимуляция лесных объектов" и входили в проблематику плана научно-исследовательских работ НПО "Фундук" по вегетативному разшскешпо.

Цель работн заключалась в исследования нетрадиционных экологически чистых методов и приемов, стицудгарупца укоренение и повышающих жизнестойкость стеблевых черенков древесных растений при вегетативно* размножения. В настоящее вреда в растениеводстве широко приценяются различные химаческяе препараты, которые, однако, не обладают уинверсшшш действ«ем. Физические методы, и в частности - лазерная стимуляция, призваны расширить имеющийся в. распоряжении лесоводе в-практиков арсенал технологических приемов целенаправленного воздействия на растительные объекты.

В процессе выполнения работн ставились следуйте задач!: - на основе экспериментальных исследований получить данные о влиянии предварительной обработка стеблевых черенков лазерным излучением и химическими стшдоятарами на хорнеобразова-тельше процессы и иовнаение жизнестойкости сакенцев; определить оптимальные козы облучения я режжкы стзицуляцм дяя ряда промьишенноценных древесных пород;

- исиольэул ыетоди математической статистики иостриигь модель, адекваяно описывающую влиянии моиохрмгаъ-ачеокоа© см? тового потока на рсотоьиа процессы в расти-ге-пылих ооьект и на es основе проанализировать зксиерикентгишуи лиэийиыоитх,

воздействия как фуКОДШ ДОЗЫ Ц01£«иеНН0Й pftWJ ацйи, а такие сравнить эффективной^ь непрерывною и импульсного раанмов лазерного облучения;

- провести сравнительное исследование влияния лазерное оо лучеипя и обработки химическими препаратами стеодеьих черенка древесных растений на функционирование $отосинт«тическою аппарата п листьях образцов тонкими биофизическими методами.

Научная новизна исследований заключается в том, чго иолу чвш эксперимеятадьше данные о стимулирующем воздействии излучения гелий-неонового.лазера на корнеооразоьателыше нроцес сы у стеблевых черенков древесных растений Московского peí иона, таких как кизильник блестящий, фундук, яОдоня Недзвецкою и др, Впервые изучалось влияние совместной оораоогки черенков лазерным шлученнем и химическими стимуляторами. анализа зависимости стаыулирушехо эффекта лазерного воздействия от дозы поглодехшои радиации модернизирована стохастическая ста тическая модель попадания и мишени и на ее основе получено уравнение для определения граничного значения .дозы поглощенной радиации, разделящею области наиоольшви у^фективности нещ.е рывного и амлульсною режимов лазерного оолучения. Впервые проведено исследование влияния лазерной оиостимуляции на функ цианирование фотосинтетического аппарата .высших растений физическими методами.

Практическая и&нностъ работы заключается в возможности использования полученных автором результатов при разработке технологических реашиов стимулирования укоренения и выраадва ння корнесооственных саженцев в качестве опорных, материалов, характеризующих »фиктивность воздействия лазернодо излучения и химических предаратсв на ризогенез и повышение жизнестойкое ти стеодевых черенков.

Достоверность полученных результатов ооеспечигаегся ис-аользованием современных срехйтв и методик изменений в экспериментальных исследованиях , применением дисперсионное и «нереляционного анализа при статистической оораошче экспериментальных данных.

Апробация работа. Основные результаты ксследований докладывались на е^годных научко-техни.чосккх конференциях ('/зековского лесотехнического института /1991-1993 г./.

Даюсертацаснчая работа в завершенном вид-; докладывалась на совместно;.'. заеданий каТедры физчкз и га^ед^-ы ¡фскытиешой экологи:; и запита леса ¡"¿осковсеого государс-троннсго университета лопа /1993 г./

)7уали:ср.ггзи. Ко материале« диссертация опубликовано две статьи, три стятьа находятся в печати. Результаты исследований использованы в отчетах НИР. .

Структура и ооъем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пята глав, выводов и приложений. Изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит IВ рисунков и 17 таблиц. В с писке литературы насчитывается 262 наименования, в том числе 44 - иностранных авторов.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РЯЕОТУ

Во введении показаны актуальность задачи исследования нетрадиционных, экологически чистых методов и приемов, стимулирующих ризогенез и говншащих жизнестойкость стеблевых черенков при вегетативном размножении, сформировали цели и задачи, обоснованы научная новизна и практическая ценность работы, представлены структура и объем диссертации.

В главе ^ представлен обзор литературы, посвященной вегетативному размножению древесных растений, стимулированию ризогенез а химическими препаратами и физическими методами, а также описанию механизма взаимодействия оптического излучения с растительными объектами.

Различные породы древесных растений обладают неодинаковой способностью к образованию придаточных корней. Большое влияние на процесс кернеобразования стеблевых черенков оказывают возраст материнских растений и оптимальные срока черенкования. Существенное значение Для развития саженцев имеет и технологи-

ческвй реъсш укоренения: шд суострата, освещенность, влакшсть и температура гряд и воз душной среды.

В обзоре показано, что имеется довольно болыдое количество рабог, сосвяценшх исследования влулпуя на кориеобразова-гельаие процессы стеблевых черенков различных химических препаратов: ауксинов, янтарной и Туликовых кислот, эталкротвловою сзадрга, этаязнизихедя, хлорходшклорида, фенолышх соединений, ватгшров и других, а такяе различных комбинаций физиологически активных веществ.

Физические метода воздействия на ростовые процессы высших растений изучены значительно слабее. К числу относительно распространенных приемов макно отнести только кольцевание постов а загелшение /этнодяцш/ материнского растения ш его .отдельных ветвей. Мало данных о влиянии на процессы корнеобразования такие физических факторов как электрический ток или электромагнитное поде.

Проблема взаимодействия электромагнитных ваш оптического диапазона с-биологическими объект ала достаточно интенсивно исследовалась широким крутой ученых различных специальностей.. При этом наибольшее количество работ посвящено изучению процесса фотосинтеза под действием солнечного бвета. Излучение лазера, с момента его изобретения, использовалось в большей степени для диагностирования состояния биообъекта, а в качестве стиму-лирувдегр фактора в растениеводстве стало применяться с начала семидесятых годов. Наиболее изученным элементом лазерной агротехники является способ предпосевной обработки сешн сельскохозяйственных растений лучем лазера в режиме резонансной сти-. мудяции /Инешн, Ильясов, Федорова, 1381/. Позднее появились работы о влиянии предпосевной обработки на прорастание семян и развитие саженцев древесных растений /Василенко, 1985, 1990/. Практически отсутствуют сшгемагезировашше исследования воздействия лазерного излучения на рос го вые процессы стеоаевых черенков древесных и кустарниковых растений.

Механизм сгииудирупцего действия лазерного излучения на корнеобразователыше процессы является в основном предподожи-' тельным и требует дальнейшего изучения. Свет гелий-неонового лазера, относящийся к красной ооласти спектра физиологически активной радиации, возбуждает фоторегуляторные реакции, кото-

рне могут"окачивать влияние на пути клеточкой дифференциации*. "... чтооы он /эффект стимуляции/ проявился и впоследствии раз 'вился, неоскодим ш всякий импульс, а импульс монохроматического поляризова!шого когерентного красного света в диада-зоне 630-в50 нм..." /Игаетин, Ильясов, Федорова, 1931, стр. 4243/. Ряд авторов указывает ¡'а бо'льшуп физиологическую эффективность монохроматического поляризованного к когерентного света но сравйетео с рассеянный тетповым излучением той же мощности /Дегяткоэ,• Ласкков, 'Ласлоброд и др., 1975/. В настоящее время ргзрюативаотся гипотеза о внутриклеточном полифункциональном действии света /оахов, 1990/. "Вся клетка в целом вовлечена в процесс трансформации поглощенной: световой энергии, в том числе не остается безучастным к ней т один из клеточных компонентов" /йншин, Ильясов, Федорова, 1931, стр. 17/.

В главе 2 описаны методика лазерной и химической обработки оисяогического материала, технологический режим выращивания саженцев и природные условия района исследований.

Экспериментальная установка для оодучения стеблевых черенков была создана на кафедре физики ШУЛ. В работе приведена оо-щая схема экспериментальной установки, центральным элементом которой является гелий-неоновый лазер ЛГ-52-1, излучавдий на длине волны 632,В нм. С палью понижения плотности оптического излучения, а также получения возможности одновременного облучения нескольких черенков"в установке применен специальный расширитель лазерного луча, дающий световой лучок цилиндрической-формы диаметром 3,1 см при выходной мощности 20,2 мВт. Обработка черенков проводилась"пучками по 10-25 штук, количество которых в пучке определялось диаметром их. основания, значительно отличающимся у черенков различных перо д. Облучался только них-ний срез черенка.

Доя укоренения образцов использовались крупногабаритные -теплиш и холодные парники, ¡юлив в которых осуществляйся ту-ыаноооразувдей установкой, доз валящей подчеркивать оптимальный реким увлажнения при выращивании саженцев. В качестве субстрата в оольшиютве случаев применялась смесь фрезерного низинного торфа с песком.

Перед посадкой часть черенков обрабатывалась стимулятора-

ии роста, ¿дя згой цели использовались водные раствори шшз-ЛЕЛ-З-ыаышаой кислота в концентрации 100-300 мг на

I литр вода.

Укоренение черенков и выращивание саженцев производилось в Ивантеевской лэс^ои селекционно:..» с:штш-11о.::.з ^тельцом шдо^-ЕЕХв НПО Чундек". В ходе зшшшшш накечзнной' прогрякаы работ было ьысашно около Ю тиояч черенков.'

С.тзгцстаческаи обработка подучикких результатов проводилась с использованием катодов дисперсионного и коррелицмошкн'о

анализа /Зайцев, ■1£в4, 1ЭЭ0/.

) ■

В главе 3 приведены результат экспериментальных. исследований до влиянию предварительного лазерного облучения и химической обработки на укоренение и ростовые процессы стеояевых черенков древесных и кустарниковых растений по породам. Для изучения ошш отобраны вши древеса растений с различной корне-ооразовательной способность», которые раэкноааются в отделении зеленого черенкования Ивантеевского питомника в промытенных масштабах.

Экспериментальные исследования показали первостепенное значение корнеооразовагельной спосоонбсги данной древесной порода и технологического режима укоренения по сравнению с физическими и химическими сгиыулирухвдми боздействиями. Так, зеленые черешш оерезы карельской (ве1;и1а сагецса) взятые с 27-детних маточных растений, б нашем опыте не укоренились ни оо~ лучешше,' ии контрольные. Опыт бил поставлен в нескольких пов-торностях, образцы высаживались а в теплину, и в парник. Полученный результат, по-ввдшоыу, СЕЯзан со слабой корнеооразова-тельной способностью данной порода и значительным возрастом материнских растений.

Не укоренились такие зимние одревесневшие черенки фундука (Согу1из та$1та мщ), взятые с 10-летних маточных кустов. Черенки хе облепихи крушиновой (н1ррорЬае гЬал»о1с1еа), относящейся к легкоукореняемым породам, укоренились на 9Ц1» и оолее и байтные и контрольные.'У других исследованных лиственных пород: Фундук - зеленые черенки, яблоня .Недзвецкого . (ььчиз глеагу^г-Иапа), слива китайская (ртгшиз кизильник сшестя-

щий (Сс^опеаз ьег 1ис1аиз) отмечено повышение жизнеспособности

черенков после лазерного облучения.

На рис.1 графически представлены результаты эксперимента по укоренению летних стеблевых черенков сливы китайской. По оси абсцисс отложена значения времени лазерного облучения образцов, нуль на этой оси соответствует контрольной группе биообъектов. А по оси ординат отложены значения соответствующих параметров в процентах. Кривая I дает зависимость от дозы об-

0 2,5 5.0 7,5 10,0 12.5 £,мии.

Рис.1 Влияние лазерного облучения на укоренение, побегообразование и зимостойкость стеблевых черенков сливы китайской /пояснения в тексте/.

лучения укоренения летних черенков сливы китайской через два месяца после рысадга, а кривая 2 - образование ими за. тот же период новых прбеюв. Кривая 3 показывает сохранность укорененных черенков через год после высадки и характеризует их зимостойкость. График наглядно демонстрирует зависимость показателей развитая ■черенков от дозы лазерного воздействия. Дучшие показатели развития имеют группы, биообъектов в вариантах с временами облучения в течение 5,0-7,5 данут.

Количество жизнеспособных летних стеблевых черенков фун-цука составило в контроле а в подвергнутых лазерному обручению - от 30 до 7Ш. Лучший результат показан вариант со зреиенем- облучен'ля 5 минут. Необходимо отметить, что лазерное излучение повлияло не только на укоренение, но а на закладку горенками полноценных вегетативные почек, которые являются необходимым элементом для развития саженца в следупдем вегетационном периоде. Заметим, что препятствием для успеш-

иого вегетативного размножения фундука являются как слабая корнеобразозЕгельная способность данной древесной порода, так .а то обстоятельство, что даже среда укоренившися черенков значительная процент образцов не закладывает полноценных по-чз:;, а, следовательно, не кохет развиваться в сл едущей

. сезоне. Лазерное кзлучан;;и оказало стимулирувдее едеянлэ г на корнеобразование, и па процесс закладки че-ренкака вегетативных дочек. Бри совмещении лазерного обяучо-Е21Е к хииичэсгоХ обработки водным раствором ШК достоверных разла-чай. а развитии о Слученных и контрольных ооразцов не на-йшшось. '

Озиэчено влияние лазерного излучения на побегоооразование а укоренение стеблевых черенков кизильника блестящею. НаОла-дэнив за процессом укоренения черенков данной древесной повода позволило откатить различия в развитии корневой системы оды-дш и контрольных ооразцов, Через два месяца после висал-кз сйзученаые черенки имели пооурешую эластичную корневую систшу с хороио развитыми корнями второго порядка, в то ге время корни контрольных растений были относительно оолее светлима и хрушсшан, что, по-видимому, связано с более поздним хорнеобразованием последних. '

Результаты эксперимента до укоренение летних стеблевых черенков яскони Недзвецкого, относящейся к трудноукореняемым породам, предстазлены графически на рис.2. По оси абсцисс отле ¿ен^реиени лазерного облучения образцов, нуль на этой оси соответствует контрольной группе биообъектов. По оси ординат отлсаены соответствуйте значения параметров в процентах. Кривая I дает зависимость каыиосообразования от дозы облучения через два с половиной месяца после высадка, а кривая 2- укоренение черенков за тот же период. Кривая 3 показывает сохранность укорененных черенков через год после высадки и мскет рассматриваться как характеристика их зимостойкости. Подчеркнем, что в нашем эксперименте успешно перезимовали только черешен, подвергнутые лазерному облучения, при том что контрольная группа образцов составляла несколько сотен экземпляров. На графике четко видно, что по всем приведенным параметрам ва рианты, облученные в течение 5 и 7,5 минут, заметно.превосходят остальные облученные и контрольные образда. ото позволяет

полагать, что опти-мачьное время лазерного облучения для стимуляции pOC-TOBI« процессов у летних стеблевых черенков яблони Кедзвецкого составляет от 5 до 7,5 кинут.

Изучение еоз-действих лазерного излучения на хвойныо растешл проводилось па двух породах: ели европейской (Picea

abies ^которая относится к числу важных ооразоватеяей темно-, хвойных лесов европейской части России, и интродуценте лже-тсуго Мензиса (Tse-udotsuga Kenziesii),

Для опыта с ельп европейской использовались зимние однолетние одревесневшие черенки, которые заготавливались в марте до начала сокодвижения и хранились в снежном бурте до момента обработки и высадки в парник. В. качестве субстрата дня укоренения черенков этой породы использовался перлит. Часть черенков после облучения была обработана 0,03* раствором ИМС.

Эксперимент показах зависимость каядксообразовательных процессов и укоренения стеблевых черенков ей от возраста материнских деревьев. Так усредненный процент черенков, образовавших кашне, и усредненный процент черенков, образовавших корни, составили: для маточных даревьев 7-летнего возраста -41% и 87$, для маточных деревьев 9-летнего возраста - 92* ■ 62?, а для маточных деревьев 17-летнего возраста - 801 я 483» соответственно. Далее следует отмэтать различия в хамюсо- »

Рис.2 Влияние лазерного облучения на каллюсообразование, укоренение в зя-мостойкость стеблевых черенков яблони Недзвецкого /пояснения в тексте/.

коркеобраз оватедьной способности черенков от деревьев различных клонов лаке одинакового .возраста. Например, усредненный показатель относительного количества черенков, ооразоваших кашшс, доя двух ipyrni вариантов от. различных клонов материнских растений 17-уаетяего возраста составил SO% и 71%.

Достоверного влияния лазерного облучения на ростовые процессы стебленй черенков ели обнаружено не было, что ысжет быть сказано с низкой активность» физиологических процессов в черенке* после длительного нахождения их в тешоте и при. отрицательных теидерагурах. Обработка образцов ШК ' такаэ не повысила процент укоренения черенков, он оказался даге нихе, чему групп вариантов без химической обработки.

•Лжетсуга Мевзиса.относится к трудноукореняемым породам с длительные периодом укоренения. Необходимо подчеркнуть актуальность вегетативного размножения этой перспективной древесной породы, которая в климатических условиях Московского региона не образует-полноценных сеэ^ян.

Эхслерименг до изучению едйяния лазерного излучения и химического стимулятора №К на ростовые процессы стеблевых черенков данной породы проводился на летни* полуодревесневших черенках с материнских деревьев 17-18-летнего возраста, растущих в селекционном отделении Ивантеевского дендрологического сада. Исследовалось влияние на стебдеше чере'шш лхетсуги как предварительного лазерного облучения в частом виде, так и совместно о химическим стимулятором И&К, причем в различных вариантах последовательности лазерной н химической обработок. Эксперимент показал, что в течение первого вегетационного сезона стеблевые черенки лжетсуги и контрольные, и оСлученные, и подвергнутые химической обработке только образовали каллюс и на этом ш развитие как Сы приостановилось. Распускания верхушечной ила соковых дочек не наблюдалось. Относительное количество черенков, ' образовавших к&шшс, составило более 95$ во всех вариантах, и эффект стицулирупцего воздействия в этот период не проявился. Заметный отпад черенков начался только на второй год. В гру.инвариантов, которые не обрабатывались ЙМК, эффект лазерной стимуляции проявился наиосяее четко. Так сохранность облученных черенков через год после шсадки составила 89-9X5 в вариантах с различными дозами о&ау.чения оез химической оораоотки при сохр&и-

ности контрольных образцов - 7Ь%. В группе вариантов, ойраоо-таяшх ИМК после облучения, эффект лазерной стимуляции не обнаружен и на второй год: сохранность и облученных и контрольных черенков практически одинакова и составила 86-93)6. Можно предположить, что водные растворы снимают эффект светового воздействия, в группе вариантов, облученных после обработки КУК, сохранность солученшк черенков составила 87-90? -при сохранности контрольных - 81%. По распускают почек и росту побегов Л-02НО выделить вариант, облученный в течение 5 минут, оез химической ооработки, где этот показатель составил 33% от числа высаженных черенков, в то де время в других вариантах он не превышал 20%.

В главе 4 для ооьяснения явления лазерной оиостиыуляции применяется стохастическая статическая теория попадания и ми-Лени /Иванов, 1566; Хуг, Келлерер, 1969/. С этой цельв модернизирована осце принятая модель и на Основе полученной модели рассмотрена экспериментальная зависимость укоренения стеблевых черенков древесных растений от времени лазерного воздействия как функция типа доза-эффект. Поскольку события поглощения энергии распределены независимо друг от друга, '¡«спользу ется распределение Пуассона, согласно которому вероятность того, что объемом 1/б0 поглотится ровно и ^стонов, если ожидаемое число 0/со, запишется в виде:

(Р/Р0) ехр (-В/Д0) п !

где С - доза облучения, прямо пропорциональная времени

оораоотки /при постоянной мощности/, измеряется числом квантов, поглощенных веществом в единице ооъема.

Далее предполагается, что для'получения стимулирупцего эффекта клетка должна поглотить от п. до т фотонов, что соответствует (Готобиохишческкм процессам взаимодействия лазерного излучения с биообъектами /Приезхев, Тучин, ШуйбчкиН, 198у/, В и том случае доля прост шулированных клеток как функция дозы-оолучения запишется следующим образом:

^ (з>/6Л

ехр И/В ) Т —

к!

к-п

Полученная функция имеет один максимум, что коррслируе- с они-, сашыми в главе 3 экспериментальными кривыми влияния лазерного яалучекия на ростовые процессы стеблевых черенков ряда древесных растений.

Интересна также модель, в которой клетка рассматривается не в качество единого целого, а состоящей из I шшекей, хзкдая из которых имеет формальный объем I/д . В случае растигелъньа клеток такими мишенями могут быть лноо целые органеллы, такие как пластиды, либо даже отдельные молекулы, например пигеекгы. Чгооы отреапфосана одна кяетка, кахдгл из входяпкх в нее I «шекей должна поглотить ог п до т фотонов. Доля простимулированных клеток в этом случае определится выражением:

Б«» ехр (~1Ь/Ъ0)

И

¿ к!

£

Данная формула' описывает наиболее осщий случай стимулирования монохроматическим излучением физиологических процессов в бяо--объектах.

Псяученаые формулы могуг сыть использованы, для анализа закономерностей воздействия лазерного ^учения на растительные ооъекты. Одной из наиболее интересных -проблем представляется сравнение эффективности непрерывного и. импульсного лазерного оолучения, равного по дозе. С этой целью сравним долю простимулированных клеток, полученных при непрерывном облучении дозой 2Ь, с одной стороны и долю простимулированных клеток, подученных при облучении двумя импульсами - вдвое меньшей дозы калцай - с другой. Причем действие импульсов будем полагать независимым. Решение этой задачи в общем виде содержит определенные математические трудности, поэтому мы ограничимся рассмотрением нескольких частных случаев в рамках модели одной иишзни. Сначала рассмотрим два варианта одвофотоннои стимуляции. В первом'варианте предполагается, что второй импульс монет оказывать стимулируодее влияние только на клетки, не поглотившие при первом импульсе ни одного фотона. Действие

второго импульса на уже простимулированные клетки не учитывается. Б рамках этой модели эффект непрерывного ойлучения получился ниже эффекта импульсного воздействия при любой дозе облучения. Более того, ьасшю показать, что с увеличением дозы облучения 'относительная эффективность импульсного воздействия оудет возрастать но сравнении с непрерывным облучением.

Второй случай рассматривает такие однофотонную стимуляции, но отличается от первого тел, что учитывает влияние второго импульса на уже простимулированные клетки. Действительно, клетка, ухе помогившач вря первом импульсе один фотон /простимулированная/, мскет поглотать при втором импульсе два' и более фотона и оказаться в угнетенной состоянии. Учет этого обстоятельства влечет уменьшение доли клеток, простимулированных импульсно. . Однако и в этом случае доля клеток, простимулированных импульсно, выше доли клеток, простимулированных непрерывно, при любых значениях дозы облучения. Как и в первом случае, относит ел I. ная эффективность импульсного облучения по сравнению с непрерывным возрастает с увеличением дозы.

Третий случай - мдогофотонное стимулирование -. предполагает, что для' получения стимулирующего эффекта клетка должна поглотить ровно п фотонов. Будем полагать таете, что второй импульс может оказывать стимулирундее действие только на клетки, поглотившие при первом импульсе менее п фотонов. Действия второго импульса на уже простимулированные клетки не учитывав ется. Получены выражения, показывающие, что импульсное облучение эффективнее непрерывного в случае одно- и двухфотонного стимулирования при любых дозах облучения. Если же для получения стимулирующего эффекта клетка должна поглотить 3 и более фотона, то при дозах целесообразнее применять непрерыв-

ное облучение. Можно сформировать и более оацее утверждение: при любой фиксированной дозе С воздействие импульсного облучения на растительную клетку оудет предпочтительнее, если для получения стимулирующею эффекта требуется число фотонов

меньшее некоторого пг, определяемого уравнением: ,

Пг-Г- I

пг .........., _ ТЫ

2Пг ехр С—Л>У ]>„) * 1+ ахр (~.Ъ/Ъ0)}

к - о

а цри значениях п > пг - эффективнее непрерывное оояучение. В случае, когда. п=пг, эффективности влияния на биообъект непрерывкою и импульсного режимов оолучения равны д;уг лругу.

Аналогично можно сформулировать, что при люоом фиксированном п»3 воздействие импульсного, облучения на растительную вдетку эффективнее при дозах й >Х>Г, определяемого . уравнением: ^

2П ехр (-Э/!^ - I + «яр /Ъ^-^-0- •

. К'О к!

а при дозах Ь'Вр лучшй результат катет сыть получек применением непрерывного ойлученвя.

Корректное использование модели т'ревует введения дополнительных 01раничений, которые должны сыть связаны с длительностью лазерного воздействия, временными интервалами между импульсами и отражать процессы Дифференциации и восстановления клеток. V "

В хяаве 5 описана методика и приведены результаты сравнительного исследования фотосинтегического аппарата оолучен-ньк и контрольных растений двумя физическими методами: злеет ровного парамагнитного резонанса /¿ПР/- дающего и1формацга преимущественно о функционировании й>отссистет 1 - ?. термслг; минееценции - характеризуй; ей в оолылей степени расоту ¡фото-., системы ¿.

Оля измерения спектров ЗПР листьев выращенных саженцев применялась установка и использовалась методика, разраоотан-иая на кафедре биофизики физического факультета М1У им.М.В. Ломоносова. /Тихонов, Рууге, 1Э7Е/, Центральнйм элементом установки является спектрометр йПР 3-сантиметрового дкалззо-. на модели Ь>4 фирмы " уаг1еп " /США/. Данные измерений' через . аналогово-цифровой преобразователь подавались' во включенную в. схему установки 5 ЕМ, 'где осуществлялась кх математическая оЗраоогка, а также выделение слабых сигналов на Фоне шумов.

. . .¿ля одновременного возбуждения фотосистемы I и фотосистемы испсш.зоаапись как белый свет, здуший непосредственно . от лампы накаливания, так и. ближний красны*! свет Онм/,

удален йш при пома;и интерференционного светофильтра. Яля

преимущественного возбуждения фотосистеет I использовался свет дальней красной ооласти спектра /Л -7С7 нц/. Интенсивность светового потока, падаицего на образец, составила 100 Вт/иг для оелого спета и I fíi/tr дня Ояиннего к дальнего кр.*с:юго сг.етп,

Постсянн-л ijpcüSTO и коэффициент усидення прибора подбиралась в k.-tí.;o:j конкретном случае по величине сигнала ЭПР, газа этом ссслвдалось условно: шбранные параметры регистрация спектров не дойхкц гизгсхать их форму и характер кинетических кривых. 3 эксперименте использовалась такая последовательность освещения высечек из листьев облученных и контрольных сахен-цев /Рыкикоа, Тихонов, 1989/, которая дает наиболее полнув информации о функционировании обеих фотосистем и позволяет производить математически!; анализ полученных результатов.

Сравнительное исследование спектров ЭПР различных видов древесных растений показало, что величина сигнала, определяемая количеством napagaraитных центров в образце и. их физиологической истинностью, неодинакова у различных видов растений, а также макет варьировать в зависимости от того, из какой части растения - верхней или нижней - взят образец. Различие в величинах сигнатов ЭПР, вероятно, ооусловлено тем, что различные участки листа гетерогенны и могут иметь неодинаковую плотность реакционных центров Р700.

В работе приведены спектры и характерные параметры кинетических кривых, описыващих фотоиндуцированные изменения сигнала ЗПР в листьях и хвое различных видов древесных растений. Такими параметрами являются: Р -величина возрастания сигнала под действием дальнего красного света насыщающей интенсивности; лР - величинй пдцения сигнала при включении ближнего красного света /Ла С50 нм /; - время подувыхода на стационарный

уровень сигната ЬГГР после переключения дальнего красного света на оелыи свет; i j-д, - время полувыхода на стационарный уровень сигнала JÍIP после переключения оелого света на дальней красный. .

Среди полученных результатов сравнительных исследовании снектров oííP оолучениых и контрольных растений отметим прежде всею то обстоятельство, что интенсивность сигнала /Р/ варьирует в широких пределах / от 13 до 34 условных единиц/, что напет оыть связано с неодинаковой плотностью реакционных цент-

ров в листьях различных растений. Однозначного влияния предварительного лазерного облучения на какой-либо из выделенное Параметров спектров ЬПР в сторону увеличения ели умещения ire обнаружено. При том, что количественные характеристики Спектров значительно различаются - поведение сигната ЬПР в листьях облученных и контрольных растений похоже в основных своих чертах, и в пределах вариабельности параметров «окно утверждать, что предварительное облучение ризогеккой сил ас та стеолевою черенка не внесло сушествекшх азмененка в Функционирование фотосинтетического аппарата вирацетш саженцев.

Для ряда растений, исследовавшихся е оентяоре-октябре, фотомндуцированные изменения сигнала с£1Р оказались настолько малы, что не представлялась возможной ж достоверная регистрация. Последнее, вероятно, обусловлено крайне низким содержанием хлоропластов в листьях этих растений, либо их аномально низкой функциональной активностью в осенний период.

Для регистрации спектров термолвминесценции листьев шра щенных саженцев применялась установка и использовалась метода ка, разработанная на кафедре биофизики физического факультета М1У им М.Ъ.Ломоносова /jliquett p., Solntzev,к.'к.. 1S7S/. .

Проведение стандартного' опыта осуществлялось до описанной ниже схеме. Высечку из исследуемого листа помотали в кри-остат на держателе образца и оолучали в течение 30 секунд ' ; светом дальней красной боласти спектра с длиной волны Х=72Ь&\ получаемой ю белого света ври помощи интерференционного светофильтра, для стандартизации начальны« условий опытов.-'ЗАтем' образец быстро охлакдали кидким аз от ой до температуры -3Q°G и облучали белым светом дампы KIM-ЗШ-ЗО в. течение, трех минут, что, при. интенсивности -возбуждавшего луча ШВтАг позволяло достигать наевдения сигнала гермолюкинесценции. После чего образец охлаждали до температуры -100°С,когорая была вы орана в качестве начальной точки для регистрации кривой термолюкинес-ценции. Нагрев образце производился со средней скоростью 35 град/иан в температурном интервале -100.. .+30Я; и со средней скоростью ¡¿О град/мин в температурном интервале t-ЗО.. .+70° Точность определения температуры составила 2°С.

Светссумма, которая сврещляется площадью под кривой спектра тер.жшоминесценции и Является одним из наиболее ив£ор~

мативиых показателей итого физического кото да, вычислялась 1ра$ическим интегрированием при помада кокпенсацио иного полярного планиметра фирмы "

¿:сследовал1*сь листья различных ярусов с укоренившихся черенков кизильника блестящего. Измерялись спектры термолшанес-ценцаи как контрольных растений, так к черенковых Саженцев, подвергнуты: лействав лазерного излучения примерно за три месяца до измерений. В работе приведет кинетические кривые и характерные параметры термолгминесцентных спектров, описывающих фотоиндударованные изменения я листьях кизильника блестящего. Такими параметрами «вляются: тешература регистрации низкотемпературного пика А / Тц пика А/, температура регистрации пика В / Тм пика В /, расположенного в области положительных температур, полуширина, то есть ширина пика на половине ею высоты /и/, амплитуда спектра термолшинесценциа /1/, аветосумма в области отрицательных температур / 5А/, полная светосуима' /, параметр, показывавдии относительную сме-

щенность спектра в о сласть отрицательных температур /к=$л/5оад/

АНая изие^я полученные результаты, следует отметить, что при в^з&'Времени лазерного воздействия кривые термадшлннес-ценции оолученных образцов сметаются в область более низких температур по сравнению со спектрами контрольных растений, что может быт£ связано с "последействием" лазерного облучения. Показателем такого смещения является параметр Л, который равен у контрольного растения 21%, а у отученных образцов от '•£>/« до 60$ в вариантах с оолучением от 15 секунд до 2 минут. Отметим, что при 30-секундном облучении черенков максимумы кривых термолюминесценции листьев как первого так и второго Ярусов локализованы в осшасти самых низких температур, по сравнению со всеми остальными спектрами термолю.минесцен-ции, а именно при температурах--20°с и -1?°С соответственно.

■ Значение температуры регистрации пика А на кривых термолюминесценции листьев первого яруса при всех временах облучения было не выше, чем на с.пектрах листьев второго яруса. '.Температуры максимумов оказались одинаковы только для варианта, оолученного в течение I минуты. Наибольшее отличие в значениях температур, при которых наблюдались пики А, для листьев различных ярусов одною растения составило 7 градусов для

черенка, облучавшегося 15 секунд.

Кроме четко выраженных различий спектров термсшг'инес-ценцил для листьев различных древесных пород, обусловленных видовыми и морфологаческими особенностями растения, имиэтся заметные различия спектров для листьев разных ярусов одного и того же растения, а такке для листьев облученных и контрольных черенковых саженцев. Из параметров тегмодя-.-икеспент-ного спектра, наиболее чувствительных к {«звшодексксйдг состоянию образцов, следует выделить пик А, антенсквность и паюисение которого меняются при переходе от контгсш.ккх к опытным растениям, к параметр .

ОСНОЫИЕ РКзИЬГАлУ И ГаЗОД!

I, Проведено исследование влияния лазерного излучения и химических стимуляторов на ростовые процессы стеблевых черенког некоторых видов древесных растений, имеющих важное народнохозяйственное значение. Экспериментально установлена неодинаков реакция различных древесных пород на лазерное воздействие..

'¿. Обнарукено стимулирующее влияние лазерного излучения на ризогенез и другае ростовые процессы стеблевых "еренков некоторых хозяйственноценных древесных пород, размножаемых методе зеленого черенкования в промышленных масштабах.

3. Выявлена корреляция между дозами лазерного воздействия и каллюсосхЗразованием, укоренением, побегообразованием и зимостойкостью летних стеблевых черенков яблони Недзвецкого, слит китайской, кизильника блестящего, фундука и лкетсухи Мензиса.

4. Ькспериментаино установлено, что максимальное стимулирс ваяие различных ростовых процессов /калллсообразоЕаяия, укоре нения и побегообразования/ происходит при близких значениях . дозы поглощенного излучения для черенков данного вида.

5. Определены оптимальные дозы облучения и режимы обработки для ряда древесных.пород. Время лазерного облучения, позволяющее получить максимальный стимулируниий эффект, составило 01 5 до 7,5 минут для сливы китайской и яблони Недзвецкого, Ь ш нут для фундука и лжетсухи Мензиса.

6. Не обнаружено достоверного влияния лазерного облучения на ростовые процессы зимних черенков ели и фундука, что макет

бить и»ишо с цизкии акч'ивностыо физиологических процессов ь ('црек-сненних черенках, долгое время находившихся при от-I ш'тч'ЛЬных температурах.

7. а; и сон'К.сгнон воздействии лазерного излучения и химической ооработки достоверных различий в развитии облученных и киит) ольних черенке г их саженцев не обнаружено. Отмеченное обстоятельство позволяет предположить, что совместная ебра-оотка неэффективна.

И. и!онернизиронана статическая стохастическая модель попадания и мишени и на ее основе получена теоретическая зависимость о Iимулируодего зЭДвкта лазерного воздействия от дозы иоглищьнного излучения, общий вид которой /с одним максимумом/ коррелирует е экспериментальными кривыми стимуляции лазерным излучением ростовых процессов у стеблевых черенков и зимостойкости у черенковых саженцев древесных растений. 1 У. Проведено теоретическое сравнение эффективности непрерывного и импульсного р еж и.мо в облучения и получено уравнение для определения |раничного значения дозы поглощенного излучения, разделяющего области наибольшей эффективности непрерывного и имиульсною режимов лазерного облучения в случае многофотонно-ю стимулирования.

Хи. Показано, что для листьев, выросших на побегах укоренив-1ихсн черенков различных древесных и кустарниковых растений, основные закономерности кинетики окислительно-восстановительных превращений реакционного центра фотосистемы I и термолю-иинесценции хлорофилла а имеют общий характер как дая листьев черенковых саженцев, подвергнутых облучении светом гелий-неонового лазера, так и для контрольных растений. II. Выявлены параметры гермолюминесцентного спектра /пик А в шрамвтр <*/, отражающие состояние фотосистемы 2 и кислородо' гшделншен) комплекса хлоропластов, значения которых меняйте 1)Н1 перечоли от контрольных к облученным растениям.

По материалам диссертации опубликованы следующие работа:

1. Исследование функциональной активности 'xjk>i опшютон ь листьях высших растений в связи с проблемой лязе] мор c.thmv ляции лесных культур //Науч. тр./ ГА>г.к. лесотехн, ин-т.-1991,- Вып. 242,- С. 57-64 /в соавторстве с Цузнеиояой К. А.. Тихоновим А.Н., Солнцевым М.К./

2. Исследование функциональною состояния ф.гл cmuei и -ческого аппарата листьев растений в оря.-) и с пр^олеыой лаяг-р ной биостимуляции лесных культур// Отчет но КИР.- Гег, ÜI9IUU0KJI4.- М1ТИ.- IS9I.- 65с. /ь соавторстве с Куьншюи-и Ü.A., Солнцевым М.К., Тихоновым А.Н./

. 3. Влияние лазерного облучения на развитие чьри(:.сов «( весных растений //Науч. тр./ Моск. лесотехн. ин-т,- 1992. -С. 16-22 /в соавторстве с Кузнецовой Е.А./

4. Исследование воздействия лазера на ризогенез стеблевых черенков //Науч. тр./ Моск. гос. ун-т леса.- 1993 /в печати, в соавторстве с Кузнецовой Е.А./

5. Лазерная стимуляция и теория мишени //Науч. тр./ Мое»' гос. ун-т леса,- 1993 /в печати/

6. Стимуляция укоренения стеблевых черенков монохроматическим красным светом /Десной журвал /в печати, в соавторстве с Кузнецовой S.A./