Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ФИЗИОЛОГО-АНАТОМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОРАСТАНИЯ КЛУБОЧКОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "ФИЗИОЛОГО-АНАТОМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОРАСТАНИЯ КЛУБОЧКОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ"

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА '

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

ДАВИДЧУК Нина Валентиновна

( -

УДК N1.142.

ФИЗИОЛОШ-АНАТОМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОРАСТАНИЯ КЛУБОЧКОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

03.00.12 — физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1992

Работа выполнена на кафедре ботаники Московского ордена Трудового Красного Знамени областного педагогического института им Н К. Крупской, электронномикроскопические исследования проведены в лаборатории транспорта метаболитов Института физиологии растении им. К А Тимирязева АН СССР.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Якушкина Н. И.

Официальные оппоненты доктор биологических наук Прусакова Л. Д., доктор биологических наук, профессор Ме-ликян А. П.

Ведущее учреждение—Воронежский государственный университет.

Защита состоится « & » . . ОклА^и . . 1992 г. в час на заседании специализированного совета Д 120 35.07 при Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимиря-¡ева.

Адрес- 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49, ученый совет ТСХА.

диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « ^ » . .ьЦ&рс^ . . . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета —

4Ш

Лосева А. С.

- , ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ . /. ,

Актуальность темы.Этап прорастания семян играет.важную роль в онтогенезе растений.От протекания физиологических процессов на начальных этапах прорастания зависит появление дружных всходов,что в . ' свою очередь явится:залогом получения высоких устойчивых урожаев.На . : осноле понимания физиологии прорастания,применения различных спосо-. , бов предпосевной обработки появится возможность улучшения посевных .качеств семян(всхожести,энергии прорастаКия). " ■

■ Изучение процессов,происходящих при прорастании,проводилось'в , ■ разных направлениях.Исследовались'особенности поступления и распределения 'воды в семенах при набухании(Аскоченская,1982;АксеноЕ,и.др. 1990) ;участие:и взаимодействие' фитогормонов и ингибиторов.при про- . растении 6емян(Кан,1975){закономерности,определяющие начало роста : клеток. в осевых органа* зародыша на начальных этапах прорастания се мян(Обручева,1991).Однако в большинстве случаев разные исследователи сосредотачивали внимание на изучении отдельных вопросов,что не позволяет дать целостное представление об изменениях*происходящих, ■в процессе набухания.Чрезвычайно мало работ,в которых одновременно . исследовались и физиологические,и анатомические изменения покровов семени.Недостаточно изучено поступление воды на первых этапах набухания,как сигнала,вызывающего, изменения в активности веществ,инги -бирующих и стимулирующих процессы,приводящие к началу роота осевых" органов. Противоречивость литературных данных не позволяет дать определённые рекомендации по влиянию предпосевной обработки фитогор-ионами.Сказанное относится.и к изучениюпарвых этапов прорастания -клубочков сахарной свёклы односемянных сортов. .' •

Пели и задачи исследований.Основной целью нашей работы и явилось изучение физиолого-анатомичесйпс изменений в процессе набухания и ; прорастания клубочков сахарной свёклы сорта'Рамонская 09,односемян-.

. ЦЕНТРАЛЬНАЯ . НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. семсчохоз академии им. К. А- Тимирязева '

Шв.нлШШ__

;' ферулов'ая,'п-кумаровая кислоты); полифеноли(хлорогеновая кислота)и ~.'. флавоноиды.: При набухании количество поли^енолов и (¿даБОноидов уме-V н'ьшается. Полимерные форыы(лей:соануоцианкдины) превращаются в более

\простыз(цианииы). •:'• '. ■':■ '/• •''"'.л . ' -'-

' ^ 7 • В околоплоднике содержится ряд веществ, ингибирующих прорцс-тание($енольныэ соединения,неорганические ионы,в частности,К+)¿бы— , X. мываиив * которых происходит в, основном в первые 24ч .намачивания »что •'■ ■ увеличивает скорость поступления -воды в клубочки и дальнейший рост 4 '.. проростков,. '''; • • : '' ; ' ... -.'.;'/-;. .':.'.■, ■ \\\ '. *• . *- "'• "■:''■.'"■■.'.■.■ •

8., Обработка .ЯУК увеличивает'поступление воды в конце набуха; _ .кия и прорастания клубочков, растяжение клеток осевой части зароды-

поступление ионов-К^:в проростки. Растения,, выросшие из обрабо— . г - танкых-. ПУК клубочков, 'характеризуются увеличением'числа листьев,мае-' ; сы корнеплода. * '•>'.;'-. .■".'■'■■.;• ■■•' V-" V-. . • •''; V '•

.'•'-•• йТ11сх)к. РАШт.'сштакт^пшх-ш .тая Д:СКЕРТАЦ:П1 •'•■ ';■'■

.'количественных признаков/Вопроси - ,тени1?//^екЕуз. сб. науч ,.тр. Ы.: 1'0ПИ,

А.'••'.•. 2.Кулакова11.А. .Давидчук-Н.В., СерёдоваГ. Влияние предпосевной -• обработки семян ауксином на рост проростков сахарной свеклы первого ■ " года. жизни/Рост растений и его гормональная-регуляхмя//Уедвуз.сб. .-; науч.тр.Н, :ШГ1И,1989.С.12-18. . ,•> ■

' Т'.\ - " 3.ДавиДчук Н.В. вменения содержания фитогормонов на разных ата-пах прорастания семян/Рост-растений и его гормональная регуляция//1.!еж '..'■' ; в^.сб¿науч.тр.М. :1.;0Ш1,1989ГС.80-82.-. . . '

■ : - : '4.Давидчук Н.В. ,:.Кул'акова11.А. ¿СередоваГ.- Метаболический кснт-■"л роль прорастания семян сахарной свёклы/Регуляция роста растения// ■ :.:'■ .Меявуз;сб.науч'.тр.М.:1'0ПИ,1&90.СЛЗ-18. . . • ..' • • '■

■■-. 5.Давидчук Н.В. -, Парамонова Н.В. Ультраструктура семенной обо-

* • лочки(СО)-и клеток. эподермиса(КЭ) сухих и -набухших семян сахарной . СЕёклн/Электронн&я микроскопия и-современная технология//Сб.тез.1У .. • Республиканской, конф.по .электроннойчшкроскопии.Кизинев,1990.С.53.

ч -V': . " б.ДавидчукВ., РунковаЛ.В. Изменение органических соедшений . • ■ -..• в.процессе прорастания соплодий .сахарной свёклы/Рост растений.Пути •.. регуляции//Ыеавуз.сб.науч.тр.а.гМОПИ, 1991.С.2&т32.

V - 7.Давидчук Н.В., ПарамоковаН.В. Об.особенностях ультрастоукту-

:;ры .наружных покровов семян- в процессе набухания//1^1толопш.1991.г5.

/слой не.' имеет кутикулы со стороны зародыша.Перисперм,клетки которое' • го заполнены крахмальными зернами,не имеющими оболочек,располагает- . ■ся между.слоями семенной.конуры и отделен от зародыша лишь' внутренним слоем.При поступлении воды растворение крахмала.в клетках пери- ■ сперма и клеточных стенок внутреннего слоя увеличивает осмотическую ' ; :концентрацию и способствует поступлению воды.Наряду с околоплодни ком,перисперм в семенах сахарнбй свёклы приспособлен для временного: .-. " поглощения и депонирования воды.При набухании клубочков происходит

вымывание веществ,ингибирующих прорастание,неорганических(К+) и ор-- ; - ганических(полифенолов и флавоноидов) .В. процессе прорастания происходят изменения в гормональном балансе,активность гиббереллинов воз- ; . растает,тогда как ауксинов падает,Обработка клубочков МУК,восполняя недостаток ауксинов.увеличивает поступление воды в период наклёвы-.вания,усиливает поглощение К+проросткам>г. Действие ауксина оказывает положительный эффект на дальнейший рост сахарной свёклы.

Практическое значение работы.Полученные экспериментальные данные ^ развивают наши представления о процессах,протекающих напервых этапах набухания и прорастания клубочков сахарной свёклы.Установленные изменения в ультраструктуре семенной кожуры, в содержании ингибито-,, ров и стимуляторов роста иллюстрируют механизмы регуляции перехода от-стабилизированного покоя к прорастанию.Дают возможность разра -ботки приемов,регулирующих и ускоряющих процессы прорастания,первые ; этапы ростаСобработка ауксином,вымывание ингибиторов),что имеет пра ктическое значение при селекции и-возделывании сахарной свёклы. , ■ • Апробация работы.Основные результаты были представлены и доложены на 1У. координационном совещании преподавателей физиологии растений пединститутов -Р®СР(Челябинск, 1987) ;Сабининском семинаре при.. 1 ®Р АН СССР(Москвд,1988) ¡расиртенном семинаре лаборатории транспор-

та метаболитов ШР им.К.А.Тимирязева(Москва,1990);1У Республиканской конференции "Слектронная микроскопия и современная технология" [Кишинев,1950);семинаре-совещании преподавателей физиологии растений и заведующих кафедрами ботаники педагогических институтов?С®СР "Проблемы совершенствования преподавания ботанических дисциплин в педвуза"(Вологда,15305;Всесоюзном савецании"£ункциональна^морфоло-рия клеткиЧЛенинград,1991). '

Публикации.По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Структура и объем диссертации.Диссертационная работа состоит из введения,обзора литературы,описания объекта и методов исследования экспериментальной части,заключения,выводов,списка литературы ( 367 источников,в том числе 128иностранньгх).Материал изложен на 169 страницах машинописного текста и включает 30 рисунков и II таблиц.

сорта Рамонская 09,односемянная.

Экспериментальная работа проводилась на агробиостанции и в лабо ратории кафедры ботаники МОПИ им.Н.К.Крупской; электронномикроско цические исследования - в лаборатории транспорта метаболитов ®Р им. К. А.Тимирязева.

Проращивание, Клубочки набухали в термостате при 25°С в закры -ткх кюветах на стеклах, покрытых фильтровальной бумагой, концы го-торой опускались в воду. Через' определенное время клубочки препа -рировались на части л проводились соответствующие зкспердаенты. В отдельных опытах клубочки задерживали в веда в соотношении 10:1 в течение заданного срака, затем расгладывалгсь на прсрацивьлие, а водные вытяжки испсльзовкли при изучении их влияния ни прорастание семян и для анализов ( электропроводности, К* ).

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом исследорэния служила сахарная свекла

В лабораторно-полевом эксперименте клубочки замачивали: I) в воде;2) в растворе ауксина (1Л«г/л). Делянкиразмером Зм ,повторно сть 3 кратная. " - " ',••'•.• ■ •

• ' Изучали следующие показатели. Количество воды в % в расчете! на исходную воздушно-сухую /массу клубочка и его отдельных частей. Скорость поступления воды в мг/г исходной воздушно-сухой массы- -клубочка и его частей.в час. ... ; . >

- Строение семенной кояуры,. клеток эпидермиса семядолей.и пе- .-рисперма семян изучали методом световой и электронной микроско -пии. Семега фиксировали 5$ глютаровым альдегидом, для постфиксации применяли забуференный 1% Материал заключали в аралдит. Срезы готовили на ультратоме. ШВ-8800(Швеция). Для. световой микроскопии срезы окрашивали азуром II, приготовленном на К.растворе буры, для электронной -.окрашивали в парах 3% спиртового раствора йодистого калия'в течение I ч , цитратом свинца- 20 минут. Исследования проводили на электронном микроскопе УЩ-100В фирмы ""(Япония). Морфометрические измерения площади сечения клеток сферосом, толщины кутикулы - на вццеоплане "ЮР фирмы" ЬеАигЬ " (ФРГ). * • - ■V ' ;.

. йчтенсивность дыхания определяли с помощью ИК-газоанализато раГИП-10-МБ без изменения естественной концентрации СО2 в воздухе и без нарушения целостности'клубочков (Гавриленко и др.,1975).

Электропроводность водных вытяжек определялась кондуктометри чески./ л - ' • .; • -

■ Поглощение ионов (^^д) определяли по убыли ионов из: растворов /К+-на пламенном фотометре;№0д - спектрофотометрически (

е а. ,1975) /. Содержание ~ в клубоч::е и его частях: К+ -на нламенном фотометре,Ж>з - с дисульфофеноловой кислотой (Данилова

1963).

Разделение фенольных соединений проводили иа бумаге - 3 (ГДР) в различных сиртемах растворителей, в одном или двух налра -влениях. Для идентификации веществ использовали УФ, Уй-йЖд» Уа^Сй^ (ICS), №аОН(I№), FeCI3(K>, сульфаниловую кислоту, А1С13(Ш. Количественное содержание о-дифенолов определяли по методу Нукера и Аренса (2urAns,i!At<№j ,IS58), лейкоантоцианедины - по И>£&4

(1959). Фдавоноиды окрашивали 1% AICI3 и определяли спектрофотомет-рически.

Зцделение АШ - методом газожидкостной хроматографии (Кислин, Кефели,1981). Количество АБК - методом абсолютной калибровки (Столяров и др.,1978).

Фитогормоны выделяли комплексным методом (Власов и др.,1979)о последующим биотестированием: ауксинов (Кефели и др.,1973), гиббв-реллинов {ftanklaml, У/аюку, I960), цитокининов (Мазин и др. ,1976).Калибровочные кривые стррили с использованием метчиков: гибберелловой кислоты (ГА3) "Мицубиси кайев евке", зеатина " "-.ИУК " ШыА. "

Опыты проводились в ^кратной биологической и в Зхкратной химической повторностях. Данные обрабатывались статистически (Лакйн , 1990). В таблицах приведены средние арифметические значения со стандартными ошибками. Вероятность безошибочного прогноза данных, оце -ненная по критерию Стьюдента, была не ниже 0,95 .

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

I. Водный обмен и ультраструктурные изменения покровов семян в процессе набухания клубочков сахарной свеклы

Согласно определениям, в клубочках сахарной свеклы Рамонская09ч односемянная на долю околоплодника приходится 61 % , крышечки - IK, семени - 28 % от общей массы клубочка. Б целых воздушно - сухих

б

; клубочках содержится 8,2? воды, • в крышечке - 7,1%, в околоплоднике 7,6$ и в семейи - 10,воды к исходной мессе.

Динамика поступления воды определялясь как для. целого клубочка, так и для его частей. При этом учитывалась скорость поступления воды за каждый последующий интервал времени в мг/г исходной -Массы в час и количество поступившей* воды в % ;с исходной воздушно-сухой массе. В Первые 3 ч набухания вода в целый клубочек(рис.1) • поступает с высокой скоростыо( 146 мг/г час ). Количество воды к этому времени возрастает до 43,7? (табл.1). ' : ' .

; ■..' ,* ; , ' ,.■ Таблица I •'-'■. '

;. \ ■ ; • Поступление воды в клубочек сахарной .., -■ ■

; 1 свёклы и. его части при. набухании. ; -

... ! : - •*количество" воды

время набуха- 1 _ к исх. розд. сух. массе)

ния ~

(ч) • I

клубочек околоплодник | • семя „'■*

3 • • 43,7 - •■■■• ^ - 50,5 . 12

6 63|4 * 5<3 3 ' - 18

12 , ' ' 76 0 ' ' • ■ 69 0 .. .25

18 103 6. 109 6 ; 31:

24 109,7 \ ■ 107 9 . 42

■48 141 8 • • • 137,7' 48

^ Далее - скорость поступления,воды ритмически изменяется. В пе -риод 6 - 12 ч скорость поступления 4 водырезко падает, затем к 18ч возрастете к 24 ч - снова падает. . Скорость поступления ^оды'в ско лоплодник (рис.2) в первые часы несколько выше, чем в целый клу бочек ( 168,5 мг/г час против 146 ). Так псе , как. и в целом для клубочка, скорость поступления воды в околпйлодних через 6 ч они жается и становится равной скорости поступления воды в целый клу-. бочек. В последующие " временные ' интервалы ( 12 и 18 ч ) скорость поступления растет, и. к : 18 ч околоплодник в основном на-

сыщается водой. В этом случае изменении скорости поступления воды присуща ритмичность. К 24 ч в клубочек продолжает поступать вода . Важнейшим отапом, приводящим к началу прорастания, является овод -ненность самого семени. В первые 3 ч скорость поступления воды в

I

семя значительно меньше, чем в околоплодник - 39,8 мг/г час против 168,5 (рис.3). Это связано с тем, что в этот интервал времени ( Зч) околоплодник набухает и с большей силой удерживает воду. Л 6 ч скорость поступления воды в семя снижается лишь в 2 раза, в то время, как в околоплодник - почти в 5 раз. Таким образом, околоплодник отдает часть воды семени. В последующие временные интервалы (6-12 ч) скорость поступления воды в семя снижается, но количество воды продолжает расти как в семени, так и в околоплоднике. К 18 ч отмечается повышение скорости поступления воды, она продолжает расти и к 24ч,

Роль околоплодника подтверждается тем, что в изолированное семя (рис.4) поступление воды вдет с очень высокой скоростью (136 иг/ г час против 39,£5) ч в нем раньше достигается уровень оводненности , необхЬдимый для 'прорастания, оно раньше прорастает. Таким образом, ул первых этапа:: поступления воды околоплодник является резервуаром, снабжающим водой семя.

Наряду с околоплодником, барьерами на пути поступающей к зародышу воде служат семенные покровы. Вместе с тем, по мере набухания клубочка в семенной кожуре, клетках эпидермиса и перисперма происходят значительные изменения, которые в свою очередь влияют на скорость поступления воды. Как показано нами, семенная кожура имеет трехслойное строение. Наружный слой, покрытый кутикулой, заполнен веществами фенольной природы (флобафенами), вследствие чего его содержи -мое не просматривалось в электронном микроскопе. На снимках хорошо видно наличие в этом слое протуберанцев, субериновых ламелл.Внутрен-

о а

0 а Л

Я -

1

i а>

в'

^

IOC

о о и

л ' е»

о о О-§20

о ■ .

V б 12 18 24

Рис.I.Скорость поступления воды в . клубочек сахарной свёклы.

6 12 18 24

6 12 18 24

Рис.2.Скорость по- Рис.3.Скорость поступления воды в • ступления воды в околоплодник сахар- семя сахарной свёк-ной свёклы. ', лы. •

3 9 ' 15 24 время набухания (ч) Рис.4.Скорость поступ-.

• ления воды в семя,набухавшее вне околоплодника. ...

ний слой состоит из сжатых к.гток и не имеет кутикула со стороны зародыша. Семенная кожура покрывает все семь снаружи. Перисперм , клетки которого заполнены крахмальными зернами, располагается между слоями семенной кокуры, таким образом, что от околоплодника его отделяют наружный и. промежуточный слои, а от зародыша - лишь внутренний. Отсутствие внутреннего слоя семенной кожуры напротив перисперма может способствовать более быстрому поступлению воды именно в перисперм. Обилие крахмала в перисперме может играть вяленую роль при поступлении воды. Таким образом, перисперм, как и околоплодник, является резервуаром воды. К 24 ч набухания в наружном электронно -плотном слое появляются трещины, направленные перпендикулярно поверхности семени. Вода, проникая между микрофибриллвыи, делает клеточные стенки более рыхлыми, их электронная плотность снижается.Изменения в семенной кожуре в процессе набухания, лизис крахмальных зерен в перисперме способствуют поступлению воды. В клетках эпидермиса сферосомы округляются и уже не представляют сплошного липидного слоя, как в сухих семенах. .

В период от 24 до 48 ч содержание воды продолжает несколько возрастать, однако скорость её поступления во все части клубочка резко падает. Поступление воды в данный период обусловлено главным образом осмотическими силами (матричный потенциал падает до минимума).

Это подтверждается тем,что, как показали электронномикроекопичес -

/

кке снимки, в клетках перисперма резко возрастает число лизирован -ных крахмальных зерен со стороны внутреннего слоя семенной кожуры , некоторые из них выгладят как бы изъеденными с одной стороны. В этот срок площадь сечения клеток эпидермиса увеличивается^ Кутикула на их поверхности имеет более низкую электронную плотность, чем после 24 ч набухания, что может быть обусловлено изменением ее химическо-

го состава. Таким образом, в результате всех; изменений проницаемость; для; воды повышается. Достигается уровень оводненности, необходимый для наклёвывания. Именно в это,время (48ч) было отмечено наклёвывай ие клубочков. Показано, что наклёвывание как изолированно-: го семени, так и семени, набухающем в околоплоднике, начинается при одебм и том же количестве воды. -

2, Характеристика биологически активных веществ ■ ,' клубочков сахарной свёклы. ■ - *

: 2Л. Влияние вымывания веществ из клубочков на : . процессы их прорастания. . -

* ... В околоплоднике сахарной свёклы локализованы вещества,которые! задерживают прорастание и которые при набухании постепенно вымыва-. ются. Увеличение времени приводит к возрастанию количества проросших клубочков.^Наибольшее положительное влияние оказало отмывание клубочков в течение 9 ч (рис.5). Отмывание ингибиторов положительно сказалось и на росте гипокотиля проростка (рис.б). Так,на 17 от посева день у проростков, выросших'иа отмытых клубочков, длина.гипокотиля -.3,6 см против длины 2,'&-2,8 см у проростков,выросших4 из неотмьггых клубочков. Имеются данные, что замачивание в воде не только растворяет ингиёирующие вещества, но и ускоряет их распад; (Исип,1939). Вьдерживание клубочков в водных вытяжах вызывает торможение, прорастания; При проращивании клубочков сахарной свёклы в вытяжке девятичасовой ингибирование достигает наибольшей величины (прорастает лишь 18& клубочков). В концентрированных вытяжках (24ч) клубочки если и прорастают, то у них не развивается корневая система (рис.7). Тормозящее влияние вытяжек, полученных в результате н&> мачивания клубочков сахарной свёклы, проявилось и на прорастании се мян кресс-салата С табл.2). Ив этом случае наиб с л шее торможение от мечалось в 9 ч вытяжке. СледсАательно, ыожно считать,что 9 ч дос -

2 4 6 8 10 12 , .

вымывание (ч)

Рис.5.Влияние вымывания веществ из околоплодника.

на прорастание клубочков сахарной свеклы.

опыт

контроль

дни от посева Рис.6.Влияние отмывания ингибиторов из клубочков

сахарной свеклы на рост1 гипокотиля проростков.

40

20

время вымывания(ч) Рис.7.Влияние водных вытяжек разного срока вымывания на прорастание клубочков сахарной свеклы.

г

таточно для вымывания веществ ингибиторного типа.

Таблица Z

Влияние вытяжки веществ из клубочков сахарной свеклы на прорастание ееиян кресс-салата

I длина (мм)

вариант опыта ~ корня гипокотиля

контроль время вымывания

35,0^0,50 24,0±0,28

сшшооппп . _ . __

9 ч 3,33^0,02 §.^0.20

24 ч 3 33Í0.0I 5.0Í0 18

48 ч 4,0Q±Q,0I 7,3Í0,II

Полученные данные указывают на то, что в околотлоднике сахарной свёклы сосредоточены вещества ингибиторного действия, обуслав -ливающие так называемый "химический" покой (Саяе.,1977). •

2.2. Содержание неорганических ионов в клубочках сахарной. свёклы и их изменение в процессе прорастания.

Согласно литературным данным (Po«l£a.i¿». Д93А), неорганические ионы могут быть ингибиторами прорастания клубочков. О сумме ионов переходящих в водную вытяжку, судили по изменению электропровод / ности. Уже за первые 2 ч вымывается определённое количество ионов . Вместе с тем, при повторном погружении клубочков вымывание ионов продолжается. В этих же вытяжках определяли содержание ^.Наибольшее количество К+ вымывается также в первые часы (табл.3).

Определение распределения К4" показало, что ионы концентриру -ются в основном в околоплоднике (рабл.4). При набухании количество К+ в околоплоднике снижается, тогда как в семени не изменяется. Таким образом, К+ не только концентрируется в околоплоднике,но и вымывается из него на начальных этапах прорастания.Что косвенно может оказывать положительное влияние на прорастание. О роли К*,как ингибиторов прорастания,говорится и а литературе( fadto^iu. ,IS88 ).

... Таблица 3

Электропроводность водных вытяжек.из околоплодника сахарной свёклы и содержание в них К : .

время вымы- . 1 ! , , Г Г I I ■ " I

вания (ч) ^ Z , 4 { 34 {48 { 64 { 112 | 184

Электропроводность _ мсм см

К+< мг/г , 3,14 " 1,25 0,64 0,60

водность т

мсм см 1 6,72 ' 8,48 13,4 1,08 0,74 0,42 0,31

" Таблица 4 .

Изменение содержания ионов в вестях клубочка сахарной свёклы в процессе набухания ...

вариант . - /[==™™rrz=z==r~~=.__J?T-i!ffi7r_cffi22_MacSuL опыта | околоплодник семя, !

сухие 12,410^0,050

.у ч набухания' 8,510^0,060

24ч набухания- 6,330±0,008

48ч набухания ,< 5,950^0,050

6,18(40,008 6 260±0 007 6 230±0 001 6 230±0,001

; 2.3. Содержание биологически активных веществ и их

1 изменение в процессе прорастания. ' ' , ;

• ; 2.3.1. Фенольные соединения. ■

Наряду с неорганическими Ионами, на'прорастание могут оказывать влияние и органические соединения, в частности, фенолы. Среди которых имеются вещества, ингибирующие рост: салициловая,оксибен -зойная, феруловая, п-кумаровая кислоты (Плотникова и др.,1967),тормозящее влияние оказывают также полифенолы(Губанова,1964) и фла -вонолы (Новотельное,Ежов,1957).Хроматографическое;разделение веще- . ста и их качественная ццентификация показали,что в сухих клубочках (рис.8) содержатся кверцетин (I), кис.лоты:хлорогеновая(2) .гентизи-новая(З),оксибензойная(4), п-^умаровая цис,-транс(5,5*), феруло -

вая цис,-трано(6,6*), салициловая(7). Наряду с вицествами, наличие которых было показано ранее, нами дополнительно веделены:хлороге -новая, гентизиновая кислоты; цианидин. Из флавоиовдов при набуха -нии клубочков вместо цианццина обнаружен цианин(рис.9а,б).Количественный анализ показал (табл.5), что при. набухании клубочков в те -чение 48ч происходит снижение содержания о-дифенолов(в основном, хлорогеновой кислоты, почти в 2 раза) и фдавоноидов. Содежание окрашенных форм - флавонолов(рутина,кверцетина) и бесцветных соединений - флавононов снижается в равной степени. Наибольшее падение отмечается в содержании лейкоантоцианидинов(в 2,враза).Уменьшение этих соединений в процессе набухания может способствовать прорастании.

Таблица 5

Содержание фенольных соединений в клубочках сахарной сьаклы(мкгЛ00 р СЬфОЙ массы)

I сухие | ~на5ухшие~

сумма веществ |____________

_____________2

о-дифенолы 740012-, 657 4200*1,429

флавоноиды: . .

окрашенные 17162^0,596 16588*5,140

неокрашенные 16613*0,015 157рЙ5,767

лейкоантоцианидины 160±0,001 6010,001

2.3.2. Дбсцизовая кислота.

К веществам, накапливающимся в семенах и оказывающих влияние на прорастание, относится и АБК. Методом ГЖХ было показано,что в процессе набухания содержание абсцизовой кислоты не только не уменьшается, а увеличивается с 6,7 до 8,2 нг/г . Сходные данные имеются и в литературе (Петрова,1973;0бручева и др.,1985).Это еще

раз подтверждает, что роль абсцизовой кислоты многообразна.В част»

■ . • -»СН3С00Н (2%) Рис.8.Схема хроматограммы веществ из клубочков сахарной

се

В) I

м

о

зг

в

8 со

5

Т

Ох

'I • 3

а)

4 4 0,

толуол-СИдСШИ-вода

Рис.9.Схемы хроматограмм веществ из сухихСа) и набухших(5) клубочков сахарной свёклы:хлорогеноваякисл0та(1) > ?..

неидентифицированный флавоновд(2).салициловая кисло-■ та(3)

ности,этот фитогормон стимулирует новообразование белков( Кулаева и др.,1964).

2.3.3. Стицуляторы гормональной природы.

В процессе прорастания клубочков сахарной свеыш в них происходят изменения содержания и соотношения гормонов.Особенно сильно возрастает количество гиббереллинов(табл.б).По мнению Кана А.(2971) гиббереллин необходим для прорастания и при его отсутствии семена находятся в покое независимо от того,имеются или отсутствуют в них ингибиторы.Цитокинины инактивируют ингибиторы,обеспечивая прорастание.Поскольку в наших опытах отмечено вымывание ингибиторов,то незначительное снижение содержания цитокининов не оказывает влияния. Почти полное исчезновение активности свободных ауксинов, возможно, происходит за счет имеющихся в клубочках фенольных соединений,активирующих фермент,разрушающий ИУК, Таблица б '

Содержание $итогормонов в клубочках сахарной свеклы о

(л 10 мг/г сух.массы)

вариант |Этил-ацетатная ! эфирная !бутанольная I эфирная

сухие 0,033^0,0001 0,4±0,005 0,1^0,040 0,030^0,0004

проросшие 0|115^0|0003 0,3±0|007 0|1^0,003 0|005±0|0002

3. Влияние ауксина на процессы набухания, прорастания и дальнейшего роста сахарной свеклы.

Ауксин является одним из регуляторов поступления воды в растительные клетки(Якушкина,1947;Полевой,1973).Предварительные опыты показали,что обработка клубочков сахарной свеклы ИУК увеличивает поступление воды лишь через определенный промеяуток времени.В связи с этим,в следующем опыте клубочки переносились на рстворр ауксина после наклёвывания.В этом случае поступление воды превышало конт -

17

- - ■ .-66 72 78 . 64 , 96 ■

. - ' , - , . бремя набухания (ч)

Рис. 10.Влияние ауксина на поступление воды в клубочки' сахарной свёклы после предварительного набухания в воде.

13 16-Т?-1Г

21

дни от посева

Рис.II.Влияние ауксина на рост гипокотиля проростков сахарной свёклы. , ■ , • »

роль(рис.10).Анализ кривых роста гипокотиля(рис.П) показывает увеличение темпов роста у проростков,выросших из клубочков,обработанных ИУК - б,2см против 4,4 .По длине гипокотиля в настоящее время проводится сценка качества клубочков сахарной свёклы,как своеобразный "стресс-тест"(.Наряду с увеличением поступлении воды ауксин усиливает поглощение ионов.Корни Юдневных проростков, выросших из обработанных ауксином клубочков,поглощают ионов К*боль- ' те,чем контрольные(1,256 мг/г сырой массы против 0,623).Можно пред--положить,что ауксин оказывает влияние через повышение активности К+М^А©азы(Полевой,Вахмистров,1968).Обработка клубочков ИУК сказала полотательйое влияние на ростовые показатели,сырую и сухую массу листьев,массу корнеплода(табл.7)» Тя^щр 1

Влияние обработки клубочков ИУК на ростовые показатели сгосарной свёклы

I ____ сроки анализа _

вариант \------ИИ1£Х£1-

г I _ _ __показатели___

! сырая~массаТсух{1я"массаТ к н Лмасса ко^еаднда ________Iлистьев__г. (листьев___г|ЙЙ когнердоу__р__

контроль 224,5 22,4 72,0±2,5 216,0±5,9

опыт 25б)0 30* 5 В6,&5,7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Клубочки сахарной свеклы находятся в стабилизированном покое (С>и-тша,1970).По мнению некоторых исследователей это связано с присут-савием в них АБК(Калинин,Горя,1975).Наши данные показали,что зто явление имеет более сложный хар^тер-Ингибирующее влияние ыогут сказать неорганические ионы(К^).разнообразные фенольные соединения. Рель К+,как ингибитора прорастажш,обсуждается в литературоСИ»«^**-'» 13е£).3 клубочках обнаружены монсфенолы(оксибенэойная,п-кум<.соаая; феруловая кислоты),полифенолы и флавоноиды«многие из нкх-ингабнтс-

ры прорастания. Важно.также, что клубочки содержат определённое ко- , личество гиббереллинов и. цитокининов. Роль цитокининов,по-видимому, связана с блокированием ингибиторов(Кан, 1975)Действие гиббереллинов на прорастание связано ■ непосредственно с' образованием- ферментов, катализирующих.распад сложных органических соединений. Процесс водо-поступления в клубочки можно разделить на 2 этапа. I этап (24ч) ха-.' растеризуется ритмическими колебаниями скорости поступления воды, ■;•■ при непрерывном возрастании её содержания, увеличением интенсивности- дыхания. Изменения в клубочках сахарной свёклы на этом этапе, индуцированы поступлением воды. Хорошо проявляется.регулирующая роль околоплодника. Ткани околоплодника удерживают воду до наступления определённого уровня влажности семени. В первые Часы скорость.поступления воды в околоплодник выше, по сравнению с семенем. Затем;ско-" рость поступления воды в околоплодник падает, тогда как в семя возрастает. Количество ёоды в околоплоднике в этот.период достаточно^ для вымывания ингибиторов как органической, гак и неорганической природа. Содержание фенольных соединений и неорганических ионов, в частности,К+ .падает. ; . . '.:. . /

. .Семенная кожура имеет трехслойное строение. Благодаря расслоению семенной кожуры, перисперм снаружи покрывается двумя слоями, а . от зародыша его отделяет лишь внутренний слой.. Такое расположение перисперма-и обилие в нем крахмала,.способствуют депонированию воды.' Таким образом, наряду с околоплодником, перисперм сформировался как приспособление к прорастанию клубочков свеклы при наличии достаточной влажности почвы. Через 24 ч набухания происходят значительные изменения семенной кожуры. В наружном слое появляются трещины.В про-' межуточном и внутреннем слоях под действием амилазы происходит раз-. рушение клеточных стенок. В клетках перисперма отмечается начало лизиса крахмала. В клетках эпидермиса сферосомы отдаляются от гплазма--

леммы и уже не образуют сплошного липидного слоя. В этот период поглощение воды вдзт не только за счет матричных, но и за счет осмо -тических сил.

На 2 этапе (24-48ч) поступление воды продолжается с меньшей скоростью. Интенсивность дыхания, выход ионов, в том числе и К4" .стабилизируется. В клетках перисперма происходит дальнейший лизис крахмала. Крахмальные зерна выглядят как бы изъеденными, осмотическая концентрация возрастает. Уменьшается размер белковых тел. Клетки эпи - " дермиса переходят к растяжению.

Исследования показали, что. под влиянием обработки клубочков ИУК наблюдается усиление поступления воды в период проклэвызания.Проростки, выросшие из клубочков, обработанных ИУК, характеризуются усилением поглощения калия, более интенсивным протеканием ростовых процессов. Увеличивается размер листовой поверхности, масса корнеплода.

вывода

1. Поступление воды в клубочки сахарной свеклы(до каклёвывакия) включает % этапас первые 24ч содержание воды непрерывно возрастает. Оводненность семени достигает уровня, при котором начинается растя -хение клеток зародыша. В последующие 24ч вода поступает с малой скоростью а основном за счет осмотических сил. В этот период отмечается наклёвЫвание семян. Интенсивность дыхания на I этапе возрастает,

в дальнейшем несколько снижается.

2.Вода различными частями клубочка сахарной свёклы поглощается неравномерно. В первые часы ^корость"поступления воды значительно выше з околоплодник, в котором и сосредотачивается большая ее часть. Околоплодник выполняет роль резервуара воды. В последующем ускоряется поступление воды а семя.

3. Использование световой и электронной микроскопии позволило

выявить ряд особенностей в строении семенной кожуры и е§ роли в по-сиуплении"воды: '.*'"..•■• ' ■

а)семенная кожура имеет трехслойное строение. Наружный слой по- • крыт кутикулой, состоит из клеток, заполненных электронноплотным материалом, оболочки которых имеют протуберанцы. Промежуточный;-из 2' '-* компонентов: основного гомогенного вещества средней плотности и на-. ''

, ходящихся в нем тончайших, рыхлосвязанных микрофибрилл. ВнутренниЙ-из разрушенных клеток, сильно сжатых. В области перисперма семенная. кожура расслаивается. Снаружи перисперм покрыт.лишь двумя слоями(на--, , ружным и промежуточным), что в дальнейшем способствует накоплению в ' нем воды; . . ■ : : •' " :. '- :. ■ ■" .' -;; ' .'Л ,:

б)в процессе набухания на I этапе в наружном слое семенной.ко-.журы появляются трещины, происходит разрушение клеточных стенок промежуточного и внутреннего слоев. В клетках эпидермиса сферосомы ок- •

, .ругляются и отдаляются от плазмалеммы. Гиалоплазма просветляется.В клетках перисперма отмечается начало лизиса крахмала; Растворение крахмала и клеточных стенок внутреннего слоя семенной кожурыувели»-чивает осмотическую концентрацию и способствует поступлению воды;. -- в)на 2 этапе водопоступления (48ч)' в перисперме происходит"да-. льнейший лизис крахмала". В клетках, эпидермиса хорошо ввдны митохо'нд- ' рии,-ядро, пластиды, эндоплазматический ретикулум. ' ; . . ,

5. Клубочки сахарной свёклы характеризуются высокой активностью 'цитокининов, небольшой активностью гиббереллинов. На первых этапах ■

набухания содержание АБК увеличивается, При прорастании активность' / гиббереллинов резко возрастает;; а активность цитадсининов остается на том же уровне! :■;"/, * * -.

6. Показано наличие в клубочках.разнообразных фенольных соединений. Среди них: монофенолы - ингибиторы прорастания(оксибензойная, (

... 22 Л : ^Лг:.;-';:;

'".:" ферулов'ая.'п-кумаровая кислоты); полифеноли(хлорогеновая кислота)и > ; флавоноиды.: При набухании количество полифенолов и флавоноидов уме-V н'ыпается. Полимерные формы(лей:соануоцианидины) 'превращаются и более

• простыз(цаанииы). "... •:'• '. '..." .■• "' л . • -'-

, ... • 7. в околоплоднике содержится ряд веществ, ингибирующих проряс- •

тание($енольные соединения,неорганические ионы,в частности,К+)¿вы— , . ьшвание которых происходит в, основном в первые 24ч намачивания »что •'■

■ увеличивает скорость поступления -воды в клубочки и дальнейший рост 4 • '..проростков,. ' ''; • • : '' ; ... . '-• ..';.'.., ■ ':'■ \\\ '. *• . *- у ";' *:'';• •

8... ОбработкаПУК увеличивает'поступление воды в конце набуха;

; .кия и прорастания клубочков, растяжение клеток осевой части зароды-

поступление ионов-К^:в проростки. Растения,, выросшие из обрабо— .

г - танкых-- ПУК клубочков, 'характеризуются увеличением'числа листьев,мае-

'; сы корнеплода. V ".-•'.;'• :.. • ■".'.■■ -•.-.".' V- . ' • ;.г ' '•

.'•'-'• '., ;'; СПИСОК. РАЮТ.'ОГСШШВАШЫХ' ПО „ТЕМЕ ДИСС2РТАЦ?21 ■ :

.';• •' V 'I.Кулакова" И.А.',СаввинаИ.И.,Дз.видчук Н.В.. Влияние предпосевной •

обработки сахарной свёклы ауксином на модификационную изменчивость "•количественных признаков/Вопроси регуляции ростовых процессов у рас-.' '.тений//Межвуз.сб.науч.тр.Ы.: 1'ОПИ, 198о.С. 9г-13.- ; '...:• '• ■

', Кш- ' 2.Кулакова11.А. .Давидчук-Н.В., СерёдоваГ. Влияние предпосевной -• обработки семян-ауксином на рост проростков сахарной свеклы первого ■ " года. жизни/Рост растений и его гормональная-регуляхмя//Уедвуз.сб. .-; •,'■:'науч.тр.Н,:ШПИ, 1889.0.12-18. . •. ,•> ■

' Т'.\ - " З.ДавиДчук Н.В., вменения содержания фитогормонов на разных ата-пах прорастания семян/Рост .растений к его гормональная регуляция/Д'еж ';■ ;в^.сб;науч.тр.М.:ШП]1,1989:0,80-82.-. . . '

■ - : '4.Давидчук Й..В.,- Кул'аковаИ.А. ¿СередоваГ,- Метаболический кснт-■"л роль прорастания семян сахарной свёклы/Регуляция роста растений// . :.:'■ .&ежвуз;сб.науч'.тр.М.:1'0ПИ,1990.СЛЗ-18. . . ..' • • '■

■■-. 5.Давидчук Н.В. -, Парамонова Н.В. Ультраструктура семенной обо-

* • лочки(СО) -и клеток. эподермиса(КЭ) сухих и -набухших семян сахарной . свёклы/Электронная микроскопия и.современная технологщу/Сб.тезДУ . ■ • Республиканской.конф.по .электронной"микроскопии.Кишинев,1990.С.53.

б.ДавидчукН.В., РунковаЛ.В. 1Ьиенениа органических соединений .в.процессе прорастания соплодий .сахарной свёклы/Рост растений.Пути регуляции//Ыежвуз. сб, науч. тр.М. :М0ГОГ, 1991. С.2бт32.

■ .' У.Давидчук Н.В.', ПаремоноваН.В,' Об.особенностях

.. • /.давидчук п.с., шрамонован.ь. ио,особенностях ультраструкту-:;ры. наружных покровов семян- в процессе набухания//1^1толопш.1991.Г-5.

Объем 17г п л

Заказ 523

Тираж 100

Типография Московской с х академии им К А Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул, 44

г

Бесплатно