Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Фоторегуляция роста и гормонального баланса пшеницы на ранних этапах онтогенеза и в культуре зародышевой ткани

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Фоторегуляция роста и гормонального баланса пшеницы на ранних этапах онтогенеза и в культуре зародышевой ткани"

ст.

ст. —

О с=:

: SS На правах рукописи

^ 01 УДК 581.142: 581.143.6: 577.17.085

О- 1

ГВОЗДЕВА ЕЛЕНА СТАНИСЛАВОВНА

«ОТОРЕГУЛЯЩИ РОСТА И ГОРМОНАЛЬНОГО БАЛАНСА ПШЕНИЦУ НА РАННИХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА И В КУЛЬТУРЕ ЗАРОДЫШЕВОЙ ТКАНИ

03.00.05 - Ботаника" 03.00.12 - Физиология растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Томск - 1997

Работа выполнена на кафедре физиологии и биотехнологии растений Томского государственного университета и в лаборатории морфогенеза и культуры ткани отдела биотехнологии Института физиологии растений РАН (г.Москва).

Научный руководитель доктор биологических наук,

профессор P.A.Карначук

Официальные оппоненты доктор биологических наук,

профессор Л.Н.Меняйло

. кандидат биологических наук, с.н.с. Л.М.Бондарь

Ведущая организация Главный ботанический

сад РАН, г.Москва . Защита диссертации состоится "л: "¡^Г&^ЛШ/ г. в часов на заседании Специализированного совета К.063.53.08 по защите, диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук в Гербарии им. П.Н.Крылова Томского государственного университета.

634050, Томск-50. пр. Ленина, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Томского государственного университета.

Автореферат разослан "...".л-^&И^...... 1997 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, С.И.Цитленок

кандидат биологических наук л <« ..'-.л/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Действие света как важного фактора, опре-[еляющего рост и развитие растений, начинается с момента прораста-¡ия семян. При переходе проростков от гетеротрофного к автотрофному способу питания свет выполняет энергетическую и регуляторную функ-[ии в растении, - выступая в качестве индуктора основных механизмов ндогенного регулирования (Briggs,1963; Воскресенская,1975; Карна-ук и др.,1990; Кефели,1991).

Согласно современным представлениям, регуляторное влияние эндо-енных фитогормонов на характер роста находится в зависимости не олько от уровня одного из них, но-и от их соотношения (Кефели, 978). Экспериментальных данных по балансу эндогенных гормонов в нтогенезе растении немного. Исследования проводятся преимуществен-

0 на отдельных частях растений, что не дает полного представления гормональном статусе всего растительного организма. В ряде работ

ыло показано участие фитогормонов- в ~ прорастании семян растёний Khan,1960; Николаева,1967,1974; Овчаров,1976). Между тем важен истемный подход в изучении гормонального баланса, в том числе на анних стадиях онтогенеза растений как in vivo, так и in vitro.

Моделью для изучения фоторегуляторных реакций, контролирующих эрфогенез, может служить культура растений in vitro (Спринчану и р.-,1990; Коппель, 1992),-которую мы использовали для анализа роста гормонального статуса .при действии света разного спектрального эстава на ранних стадиях морфогенеза. -

Существуют представления о зависимости роста и уровня некоторых зрмонов от света разного спектрального состава (Kohler, 1985; Drfler, Goring,1978; Карначук и др.,1988, 1990). Анализ литературах данных позволяет предположить, что гормоны растений включаются цепь фоторегуляторных реакций от фоторецептора до морфогенетичес-эго ответа.

Представляло большой интерес исследовать особенности.роста,' ак-шность и баланс фитогормонов в семенах, надземных-и подземных зстях проростков- пшенииы на ранней стадии онтогенеза, а также в юточной культуре .зародышевой ткани пшеницы in vitro в темноте и

1 свету.

Цель и задачи исследования. Целью нашей работы явилось изучение >торегуляции роста и гормонального баланса пшеницы на ранних эта-IX онтогенеза проростков и в культуре клеток зародышевой ткани.

Для достижения цели были определены следующие задачи:

1) изучить ростовые параметры набухающих семян и проростков пшеницы на протяжении 11 суток при выращивании в темноте и на белом свету;

2) провести комплексный анализ уровня активности эндогенных фитогормонов в семенах и проростках пшеницы в темноте и на свету;

3) исследовать действие спектрального состава света на рост и морфогенез культуры зародышевой ткани пшеницы In vitro;

4) определить активность и содержание фитогормонов в эксплантах - незрелых зародышах и каллусных тканях пшеницы, выращенных в темноте и на селективном свету.

Научная новизна работа. Полученные экспериментальные данные расширяют представления о роли фоторегуляторных систем, блоком которых являются фитогормоны, в процессах роста и морфогенеза растений.

Было установлено, что в ходе набухания и развития всходов пшеницы меняется гормональный статус в различных частях прорастающих семян. Условия освещения вносили существенную корректировку в гормональное состояние растительных объектов, выражающуюся в различной степени и времени активации одних и тех же групп фитогормонов или разных соединений определенной группы гормонов, а также изменении соотношения их свободных и "связанных форм.

Уровень эндогенных гормонов незрелого зародыша пшеницы значительно изменялся при культивировании in vitro. При этом наблюдалась разница в морфогенном и неморфогенном каллусе. Впервые установлено, что морфогенез в клеточной культуре зародышевой ткани пшеницы на свету сопровождался падением активности ИУК и повышением активности ГА, 3 и РЗ, а также АБК. При этом выявлена зависимость от спектрального состава света.

Практическая значимость работы. Данную работу можно рассматривать как вклад в развитие представлений о фотогормональной регуляции, роста и морфогенеза растений. Полученные данные используются в общем лекционном курсе "Физиология растений"- и спецкурсах "Гормональная регуляция роста растений", "Клеточная культура растительной ткани", а также при проведении лабораторных занятий со студентами биофака и факультета сельского хозяйства и экологии Томского госуниверситета и Омского сельхозукиверситета.

Апробация работы: Материалы диссертации были представлены на региональной научно-практической конференции (Томск,1994), в докладе на конференции к 70-летию кафедры физиологии растений ТГУ

(Томск,1994), на ежегодных симпозиумах ОФР РАН (Пущино, Моск.обл., 1995; Пенза,1996).

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Объем и структура диссертации: Диссертационная работа (174 страницы, 60 рисунков, 3 таблицы) состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей описание объекта исследования и методик работы, изложение результатов экспериментов и их обсуждение, заключения, выводов, списка литературы (294 наименования, из них 103 зарубежных издания).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования использовали семена пшеницу (Tritlcum aestivum L.) сорта Целинная-Юбилейная, выращиваемые на воде в темноте и на белом свету (интенсивность 19 Вт/м2, 18-часовой фотопериод, продолжительность опыта 11 суток). С момента замачивания семян ежедневно отбирали растительный материал для снятия ростовых показателей различных частей проростков пшеницы - эндосперма, зародыша, корня, .колеоптиля,. первого и второго листьев и стебля (в темновом варианте) и для определения активности эндогенных фитогор-монов.

Клеточную культуру зародышевой ткани получали из незрелых зародышей пшеницы в возрасте 14-ти суток после цветения, выращивая до-норные растения в открытом грунте до стадии молочно-восковой спелости (с мая по август 1994 и 1995 годов). Экспланты подготавливали и стерилизовали согласно принятым и отработанным методикам'(Культура изолированных...,1974), культивировали In vitro на агаризованной модифицированной среде МС с добавлением 2 мг/л 2,4-Д и 10 мг/л ^gN03 в темноте. Через 28 дней каллусы переносили на свежую среду гого же состава и следующий пассаж проводили в темноте или под фасными, зелеными, синими и белыми люминесцентными лампами ЛК-40, 53-40, ЛС-40 и ЛБ-40 (освещенность цветными лампами - 3,7 Вт/м2, 5елыми - 19 Вт/м2) с 16-часовым фотопериодом. В конце каждого пассажа снимали ростовые параметры каллуса, определяли частоту индукции морфогенеза (2-й пассаж) как Z от общего числа анализируемых саллусов, выращенных в определенном световом режиме или темноте, и этбирали растительный материал для определения эндогенных гормонов. 1ля определения исходного эндогенного баланса фитогормонов брали шзрелые зародыши в той же стадии, что и для получения каллуса.

Активность и содержание эндогенных гормонов в различных частях [роростков определяли биотестированием из общей навески сырого рас-

тительного материала 1500 мг, а в незрелых зародышах и полученной из них каллусной массе (1-й и 2-й пассажи) - биотестированием и ИФА из общей навески лиофйльно высушенного растительного материала 90 мг. Гомогенат заливали кипящим этанолом. Выделение свободных и связанных ИУК и АБК проводили по методу (Кефели, Турецкая,1966), свободных цитокининов (ЦТК) - по методу (Негрецкий, 1988), свободных и связанных фракций ГА - по методу (Ложникова и др.,1973). Разделение гормонов проводили с помощью ТСХ. В качестве детекторов использовали стандартные метчики: ИУК, ГАз и ГA4 ("Serva", ФРГ), АБК, 3 и РЗ ("Sigma", США). Активность ИУК и АБК определяли по степени удлинения отрезков колеоптилей пшеницы сорта Скала. Прирост выражали в X к контролю на 2%-ной сахарозе (Кефели и др., 1973).. Активность ЦТК определяли по интенсивности образования 0-цианина в семядолях щирицы, выражая в % к оптической плотности контроля (Biddington, Thomas, 1973). Активность ГА находили по стимуляции амилолитической активности эндосперма ячменя сорта Гималайский и оценивали''относительно оптической плотности контроля на воде, выражая в У. (Ермаков, 1972; Серебряков,1977).

Количественное'определение 3 и РЗ проводили с помощью ИФА по методу (Кудоярова и др.,1989), ГА, ИУК и АБК - по методу (Хододарь и др.,1995).

Ростовые параметры"Определяли для 100 растений в каждом варианте. Биологическая повторность опытов 3-кратная, ИФА проводили в 3-х биологических повторностях и 6-ти аналитических. При статистической' обработке результатов эксперимента использовали традиционные методы (Плохинский,1980). " .

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 ОСОБЕННОСТИ РОСТА. И ДИНАМИКА ФИТОГОРМОНОВ В ПРОРОСТКАХ ПШЕНИЩ1 ПРИ НАБУХАНИИ И ПРОРАСТАНИИ В ТЕМНОТЕ И НА СВЕТУ

1.1 ИЗМЕНЕНИЕ РОСТОВЫХ ПАРАМЕТРОВ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ПРИ НАБУХАНИИ И ПРОРАСТАНИИ

Снижение ростовых показателей запасающих органов семян пшеницы, прорастающих в темноте и на свету, сопровождалось активным "ростом осевых органов. Наибольшие различия отмечены в развитии побега.

Удлинение колеолтиля в темноте продолжалось до 6 суток, а увеличение сухой массы наблюдали до 7-суточного возраста (Рис.1). Освещение" проростков способствовало увеличению сухой массы колеоптиля до 4-суточного возраста, а удлинение этой части проростка отмечали вплоть до 6 суток. Í '

1 2 3 сухая масса, мг

белый свет

Рис. 1. Изменение ростовых параметров колеоптипя пшеницы сорта Целинная-Юбилейная при выращивании в темноте и на белом свету

2 3 4 5 „.А сг4г»

СУХАЯ МАССА. МГ ВШ

ста белый сват

длина, см

площадь, см'

е«ша свет имиот»

белый свет

Рис. 2. Изменение ростовых параметров первого листа пшеницы сорта Целинная-Юбилеиная при . выращивании в темноте и на белом свету

Таким образом, свет тормозил рост колеоптиля и вызывал слабую пигментацию (зеленение), в темновом же варианте колеоптиль был пол--ностью лишен окраски и развит сильнее, чем у освещенных проростков. Но в обоих вариантах рост данной части проростка прекращался с выходом 1-го листа.

Рост первого листа, если семена проращивали в темноте, продолжался в колеоптиле до 6 суток. После этого, постепенно удлиняясь, из колеоптиля выходил этиолированный, свернутый в трубочку 1-й лист (Рис.2). Свет ускорял рост листа: уже на 4 сутки он превышал длину колеоптиля в 1,8 раз, а на 5 день лист полностью разворачивался. Начиная с б-суточного возраста 1-й лист зеленых - всходов превышал все показания (кроме длины) этиолированного листа. На свету проростки переходили на автотрофный тип питания; начинался процесс фотосинтеза, что и сказывалось на накоплении массы всего побега, а также корневой системы. Что касается последней, то она приобретала доминирующее развитие, относительно корней пшеницы темнового варианта, начиная с 4 суток и до 11-суточного возраста за счет большего количества вторичных придаточных корлей и корневых волосков.

Подобные различия в росте и развитии растений пшеницы в темноте и на свету, вероятно, связаны со спецификой формирования гормонального баланса.

1.2 ГОРМОНАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРИ НАБУХАНИИ И ПРОРАСТАНИИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ

1.2.1 ИЗМЕНЕНИЕ ГОРМОНАЛЬНОГО БАЛАНСА СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ПРИ НАБУХАНИИ

Наши наблюдения позволили сделать вывод о том, что вынужденный покой семян пшеницы совпадал с наличием ЦТК в эндосперме и АБК в зародыше. При выходе семян пшеницы из покоя'принимали участие все изучаемые нами группы природных регуляторов роста. При набухании зерновок происходил биосинтез и перераспределение имеющихся свободных, и связанных форм фитогормонов.

1.2.2 ДЕЙСТВИЕ СВЕТА НА ГОРМОНАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ

В эндосперме семян пшеницы, прорасФающих в темноте и на свету, ведущая роль принадлежала ГА и ЦТК, которые были- наиболее активны в первые дни. Тем не менее на свету уровень активности свободных ГА1.3 был в 2 раза ниже, а 3 - в 1,2 раза выше. По-видимому, это связано с тем, что на свету рост зародыша и побега за счет деления клеток идет более интенсивно, чем в темноте (Кузнецов и др.,1986; Кефели, 1991). Для поддержания высокой скорости этого процесса рас-

тущему организму на свету требуется большое количество 3, который не только синтезируется de novo растущим корнем, но и высвобождается в эндосперме и переходит в зародыш или побег. Напротив, в заро-дшэ и побеге зерновок, прорастающих в темноте, отмечали более высокий уровень активности свободных ГА, чем на свету, возможно, в связи с этим обмечали более значительное растяжение этиолированного побега.

Данная тенденция в динамике эндогенных гормонов сохранялась в разных частях проростков пшеницы и при дальнейшем освещении, а именно: наибольшему приросту колеоптилей в темноте (до 6-суточного возраста) соответствовала максимальная активность ГА, тогда как на свету интенсивный■рост контролировался высоким уровнем активности ЦТК (Рис.3). Как в темноте, так и на свету в момент роста колеоптилей отмечали активность свободной ИУК, а с началом старения - свободной АБК.

Начальный рост 1-го листа в возрасте 3-х суток в темноте также был связан с активностью свободных ГА1.з, ~а на свету - с 3 (Рис.4). В более поздние сроки (б-11-e сутки) в обоих вариантах зафиксировали повышенную активность 3, что,возможно, связано с донорной ролью листа в дальнейшем формировании и росте побега. На свету, как и в темного, в первые сутки прорастания свободная ИУК имела высокий уровень активности, что можно объяснить интенсивным ростом 1-го зеленого листа, а последующее снижение ее уровня - прекращением его роста. Наиболее высокая активность свободной АБК в 1-м этиолированном' листе была обнаружена в те дни, которые предшествовали или совпадали с существенными преобразованиями в растительном организме, а именно: рост 2-го листа, появление и значительное удлинение стебля. Усиление активности свободной АБК в 1-м зеленом листе происходило только в момент замедления его роста и начала роста 2-го листа.

Следует подчеркнуть, что разворачиванию листовой пластинки вышедшего из колеоптнля 1-го зеленого листа на 5 сутки соответствовал не только высокий уровень активности ГА (которые, как уже выяснили (Blaauw-Jansen,1959; Loveys, Wareing.1971), отвечают за этот процесс), но и свободных ИУК и РЗ.

Появление и начальный рост стебля у этиолированных всходов коррелировали с вькхнсим уровнем активности 3. Период значительного удлинения данной части этиолированного проростка совпадал с максимумом активности свободных ГA4.7. По всей видимости, свет тормозит формирование стебля'и способствует увеличению (усилению) развития

к— - -А-•

-О- -

СВОбОД- СВЛЗВН- Свобод- С5Я1ЭН- звгши рибоэид- свобод- связан- свобод- связан ныв ныв ныв ныв »ватина нвя нал нал ная

ГА,.Э ГА,.1 ГА»., ГА«., ИУК ИУК АБК АБК

Рис. 3. Активность гормонов в колеоптиле пшеницы сорта Целинная-Юбилейная при выращивании в темноте (А) и на белом свету (Б)

Рис. 4. Активность гормонов в первом листе пшеницы сорта Целинная-Юбилейная при выращивании в темноте (А) и на белом свету (Б)

ассимилирующей поверхности растения - листьев.

Выращивание растений пшеницы в разных световых условиях сказалось и на гормональном состоянии подземной части проростков. Хотя кап в темноте, так и на свету развивающейся корневой системе проростков пшеницы были характерны высокие уровни активности ЦТК и свободны* TAi,э, а последующий рост корней проростков в обоих вариантах был сопряжен с активностью тех же самых гормонов, действие света изменяло время появления максимальных пиков активности ГА и ЦТК. Бесспорно, что автотрофный путь питания создавал благоприятные условия для активного роста и подземной части растений, а также быстрого накопления гормонов. Так, в корнях зеленых проростков пшеницы уровень ЦТК был выше и соответствовал более активному росту корневой системы за счет образования боковых корней, чем у этиолированных, что совпадает с результатами экспериментов на проростках гороха (Согур, Гамбург,1979).

2 МОРФОГЕНЕЗ И ДИНАМИКА ЭНДОГЕННЫХ ФИТ0Г0РМ0Н0В В КУЛЬТУРЕ

НЕЗРЕЛЫХ ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ НА СЕЛЕКТИВНОМ СВЕТУ 2.1 МОРФОГЕНЕЗ В КУЛЬТУРЕ НЕЗРЕЛЫХ ЗАРОДШЕЙ ПШЕНИЦУ НА

СЕЛЕКТИВНОМ СВЕТУ Из незрелых зародышей пшеницы формировался каллус, имеющий рыхлую, водянистую, аморфную консистенцию, прозрачно-белого цвета (1-й пассаж). Частота каллусогенеза составляла 95-100%. Процесс регенерации (2-й пассаж) протекал "спонтанно". Структура каллусной ткани изменялась: при визуальном анализе морфологии каллусов было выделено несколько типов, различающихся по ряду морфологических признаков и морфогенетическому потенциалу (табл.2.1).

Таблица 2.1

Частота образования ыорфогенных каллусов в культура зародышевой ткани пшеницы. Е'-'ращ-энншс в разит световых условиях (2-й пассаж)

Тип каллуса (Z)

Условия выращивания ---------------------------------------------

неморфогенный ризогенный морфогенный

темнота 47,83 ' 27,83 '■ ■ ' 24.34

белый свет 77,14 - 22,86

красный свет 66.04 1 - '33,96

зеленый свет 44,19 - 55,81

синий свет 64,75 - 35.25

В зависимости от условий выращивания отмечали различия и в ростовых параметрах каллусов: БС способствовал росту 1саллуоов и накоплению биомассы, в темноте же ростовые параметры были несколько ниже, но тем не менее значительно превышали показания, полученные при культивировании каллусов на селективном свету. Минимальный прирост сухой биомассы отмечали у обоих типов каллусов, выращиваемых на СС.

Интенсивность ростовых процессов и неоднозначный морфогенетичес-кий ответ определялись различным гормональным состоянием каллусных тканей, вызываемым условиями выращивания в определенном. световом режиме.

2.1 ДИНАМИКА эндогашьк ГОРШЮВ В КУЛЬТУРЕ ЗАРОДШЕЙ II! VITRO В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ОСВЕЩЕНИЯ

Количественное определение эндогенных гормонов в исходных незрелых зародышах пшеницы показало наличие свободных 3 и РЗ, а ИУК, ГА и АБК в свободном и связанном состоянии. При культивировании экс-плантов в темноте (1-й пассаж) в образовавшемся каллусе в основном сохранялся высокий уровень активности ИУК. Отличительной чертой каллусогенеза явилось резкое снижение. АБК н появление значительного количества РЗ.

. Мы проследили дальнейшее изменение гормонального статуса клеточной ткани пшеницы при выращивании в разных световых условиях (2-й пассаж). Построение концентрационных рядов фитогормонов, обнаружен- ~ ных в "исходных эксплантах и в полученных из них каллусных культурах, позволило обнаружить несколько однотипных рядов (табл.2.2.1), однако в проявлении морфогенного ответа, как мы'полагаем, большую роль играют количества, точнее соотношения, гормонов в каждом из приведенных вариантов. И важную роль в.этих преобразованиях гормонального баланса зародышевой ткани пшеницы играет свет (его спектральный состав, интенсивность и т.д.).

Во всех световых вариантах • в морфогенных каллусах .отношение ГА/ЦТК однозначно, тогда как в темноте морфогенез определялся более высоким отношением указанных гормонов, а ризогенез - меньшим.

У морфогенных тканей, образовавшихся на КС, отношение ГА/ИУК было наивысшим, т.к. на данном участке спектра происходило наиболее сильное снижение ИУК по сравнен™ с исходными эксплантачи и при каллусообразовании в 1-ом пассаже. В остальных вариантах с морфоге-нетическими:;0тветами (2-й пассаж) это выражено менее резко.-

Принципиальные отличия морфогенеза в темноте от морфогенеза на свету заключались в низком содержании АБК в темновом варианте, что.

Таблица 2.2.1

Соотношение различных групп эндогенных фитогормонов в незрелых зародышах и каллусных тканях пшешщы с. Целшшая-Юбнлейная, выращенных в разных световых условиях

а/ п Объект ГА/ЦТК ГА/ИУК ГА/АБК ЦТК/АБК ИУК/ЦТК ИУК/АБК концентрационные ряды

1 зародыш 0,92 0,27 1,21 1,31 3,38 4,44 ИУК>ЦТК>ГА>АБК

2 Т-1 0,54 0,20 47 86,29 2,75 237 ИУК>ЦТК>ГА>АБК

3 Т-2-н/м 1,17 . 0,83 129,33 0,70 . 1,42 156,5 ИУК>ГА>ЦТК>АБК

4 Т-2-морф 0,64 0,50 78,43 122,86 1,27 156,29 ИУК>ЦТК>ГА>АБК

5 Т-2-риз 0,25 0,23 0,58 2,30 1,08 2,49 ИУК>ЦТК>АБК>ГА

6 КС-2-н/м 0.19 0,17 4,29 22,12 1,16 25,62 ИУК>ЦТК>ГА>АБК

7 КС-2-морф 0,31 1,19 0,77 2,49 0,26 0,65 ЦТК>АБК>ГА>ИУК

8 ЗС-2-н/м 1,06 0,81 3,02 2,86 1,30 3,72 ИУК>ГА>ЦТК>АБК

9 ЗС-2-морф 0;37 0,44 1,76 4,74 0,85 4,02 ЦТК>ИУК>ГА>АБК

10 СС-2-н/м 1,08 0,87 2,98 2,76 1,24 3,41 ИУК>ГА>ЦТК>АБК

11 СС-2-морф 0,35 0,32 0,90 2,60 1,08 2,81 ИУК>ЦТК>АБК>ГА

12 БС-2-н/м 0,80 0,61 - 0,49 0,61 1,31 0,80 АБК>ИУК>ЦТК>ГА

13 БС-2-иорф 0,38 0,58 0,53 1,39 0,66 0,92 ЦТК>АБК>ИУК>ГА

Примечание: Т - темнота; КС - красный свет; ЗС - зеленый свет; СС - синий.свет; БС - белый свет; 1-1-й пассаж; 2-2-й пассаж; ШМ - неморфогенный каллус; МОРФ - морфогеннын каллус; РИЗ -ркзогенный каллус; ЗАРОДЫШ - незрелый зародыш (молочно-восковая спелость).

видно из соотношений гормонов ГА/АБК, ЦТК/АБК и ИУК/АБК. Свет увеличивал количество АБК, на величине содержания вдторой сказались состав света и интенсивность.

На соотношение фитогормонов ИУК/ЦТК в морфогенных культурах также оказывали влияние интенсивность освещения и спектральный участок света, при которых- выращивается ткань.

В основе неоднозначных морфогенных реакций зародышевой ткани, выращиваемой в определенном световом режиме, лежат разные соотношения активных форм изучаемых фитогормонов. Свет определенной длины волны и интенсивности приводит в возбужденное состояние различные рецепторы•или разное число рецепторных участков, способных воспринять конкретное количество активно действующего гормона. Это, в свою очередь, позволяет регулировать соотношение фитогормонов, скорость . синтеза, распада или инактивации гормональных веществ. В результате формируется гормональный статус, обуславливающий специфическую морфогенную,реакцию растительного объекта.

Таким образом, установлено, что интенсивность роста и проявление морфогенетического ответа в культуре зародышевой ткани пшеницы в различной степени зависят от активности, содержания и соотношения эндогенных фитогормонов, баланс которых контролируется светом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты наших опытов расширяют представления о значении фитогормонов как составной части фоторегуляторной системы, контролирую-• щей жизнедеятельность, на ранних этапах онтогенеза пшеницы in vivo и in vitro при изменении условий освещения.

Так, в семенах и проростках пшеницы,.выращиваемых в темноте и на свету, выявлено изменение активности фитогормонов в ходе онтогенеза растений. Например, значительное накопление биомассы и удлинение этиолированных побегов до .5-суточного возраста сопряжено с высокой активностью свободных ГА"' Развитие зеленых побегов пшеницы в основном коррелировало с повышенной активностью ЦТК. Эти же группы фитогормонов имели большое значение в развитии корневой системы проростков обоих вариантов. Была обнаружена специфика во времени проявления максимумов активности 3 и ГА в темноте и на свету. Следует отметить значительное увеличение активности ауксина только в период разворачивания 1-го листа освещенных всходов. В темноте подобного явления не наблюдалось. lío мере роста как зеленых, так и этиолиро- . ванных проростков,увеличивалась активность АБК.

На протяжении 11-ти суток изменялись активность и соотношение отдельных фитогормонов в проростке. Так, разворачивание листовой пластинки 1-го зеленого листа происходило, по всей видимости, за счет растяжения клеток, обуславливаемое высоким'уровнем активности ИУК и ГА (Карначук,1989). Этому процессу, как мы предполагаем, предшествовал рост делением, т.к. на 4-е сутки был зафиксирован значительный уровень 3. Разворачивание же листовой пластинки 2-го зеленого листа, возможно, могло идти за счет одновременного деления и растяжения клеток, т.к. в этот момент отмечали пик активности как 3, так и ГА.

На основании изучения особенностей фоторегуляции уровня ГА в отдельных частях проростков пшеницы обоих вариантов нами высказано предположение о том, что снижение активности свободных ГА4.7 при одновременном повышении активности свободных ГАх, 3 можно объяснить переходом ГА4,у в ГА1.3. Этот процесс не зависим от света, т.к. наблюдался в суточном этиолированном побеге и в стебле этиолированного проростка (10-11 сутки), а также в первом зеленом листе.и ко-леоптиле (3-4 сутки).

Нами установлено, что воздействие света разных спектральных участков (КС, СС, ЗС) низкой интенсивности на зародышевые культуры способствовало большему процентному выходу морфогенных каллусов, по сравнению с действием БС или темноты. Особенно высокий процент формирования морфогенных каллусов был зарегистрирован на ЗС, следовательно, он имеет существенное значение и играет активную"самостоятельную роль в фотогормональной регуляции некоторых важных процессов жизнедеятельности, в том числе и ранних этапов морфогенеза (1пас1а, 1977; Карначук, 1987;1089). Вместе с тем. в темноте и на БС у морфогенных культур отмечен значительный прирост биомассы в сравнении с вариантами на селективном свету.

Нами выявлено, что в основе таких неоднозначных ответов каллус-ной ткани, в том числе и на условия выращивания (резким освещения), лежат специфические соотношения эндогенных фитогормонов. Так, например, при сравнении гормонального баланса каллусных культур 1-го пассажа и всех вариантов клеточной ткани 2-го пассажа (независимо от морфогенетической реакции) отчетливо видно, снижение' .содержания свободных ауксинов при одновременном'' увеличении количеств свободных ГА, ЦТК и появлении свободной формы АБК. Однако в некоторых вариантах отмечали отклонения от указанной выше схемы изменения гормональной ситуации по отдельным группам фитогормонов во 2-м пассаже.

Нельзя не учитывать компетенции каллусной ткани, , а также участия различных фоторецепторов при освещении зародышевых .культур селективным светом, что, в конечном итоге, и определяет ростовые, морфо-генетические и другие реакции растительных объектов. Эти вопросы, в свою очередь, могут стать предметом дальнейших исследований.

ВЫВОДЫ

1. В процессе прорастания семян пшеницы сорта Целинная-Юбилейная свет контролировал рост колеоптиля, задерживая его удлинение, листа, ускоряя его появление, и тормозил рост стебля на ранних стадиях онтогенеза.

2. В зародышах сухих.зерон пшеницы показана активность свободной АБК и присутствие связанных ГА и ИУК. При набухании семян в зародыше увеличивалась активность свободной АБК и появлялись свободные Форш ГА, ИУК, РЗ и 3. В первые сутки прорастания семян пшеницы в темноте зародшш имели более высокий уровень активности свободных ИУК, ГА4.7. На свету активировались свободные формы ЦТК и ГА1.3.

3. Этиолированным побегам суточного возраста были,характерны высокие уровни ГАх.з и РЗ. В зеленых побегах такого же возраста свет повышал активность 3, свободной ИУК. В темноте наибольшему приросту колеоптиля в возрасте 4-х суток предшествовала максимальная активность свободных ГА1,э, тогда как на свету росту колеоптиля соответствовало увеличение активности свободных ЦТК.

4. Рост 1-го листа в темноте в течение 5 суток был связан с повышенной активностью 3 и РЗ, в то время как на свету рост 1-го листа до 5-суточного возраста коррелировал с высокой активностью свободных форм 3, TAi, 3 и ИУК. Наиболее интенсивному росту 2-го листа в темноте соответствовала максимальная активность свободных ГА1.3, на свету ^ 3, РЗ.и свободных ГА1.3.

5. Каллусообразорание зародышевой ткани пшеницы (1-й пассаж, темнота) сопровождалось высоким содержанием РЗ и свободной ИУК и резким снижением АБК. -

6. При культивировании зародышевой ткани пшеницы In vitro (2-й пассаж) в темноте формировалось 3 типа каллуса: неморфогенные, мор-фогенные и ризогенные, а на КС, ЗС, СС и ВС - 2 типа:, неморфогенные и морфогенные. В морфогенном каллусе на ЗС развивались горни и зеленые побегиГ На КС и СС - только зеленые побеги.

7. Морфогенной ткани в темноте соответствовало большее суммарное количество ЦТК и ИУК, ризогенной - высокое содержание АБК. Для не-

ыорфогенного каллуса было характерно значительное количество ГА. На КС в морфогениой зародышевой ткани все группы гормонов, кроме ИУК, имели больший уровень по сравнению с неморфогенной. Морфогенез на СС был сопряжен с повышенным содержанием ИУК, 3; РЗ и АБК,' между тем как на ЗС и ЕС - только с повышенным содержанием 3-й РЗ. Независимо от условий освещения ыорфогекные культуры отличались от не-морфогенных высоким уровнем 3 и РЗ.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гвоздева Е.С. Гормональный баланс.в культуре зародышей пшеницы под действием света разного спектрального состава //Тез.докл. Региональной научно-практической конференции.- Томск, 1994, С. 3-4.

2. Gvozdeva E.S. Gibberellins in early stages of wheat ontogeny //Abstr. Ann. Symp. SPP (5-8 Febr. 1996, Penza) - Pushchino.-1996.- P. 47.

3. Karnachuk R.A., Gvozdeva E.S., Koppel L.A. The light and phy-tohormories in callusogeny and somatic embryogeny of embrionic tissue of wheat //Abstr. Ann. Symp. SPP (5-8 Febr. 1996, Penza) -Pushchino.- 1996.- P. 67.

4. Карначук P.A., Головацкая И.Ф., Гвоздева Е.С. Роль света и эндогенных фитогормонов в регуляции начальных этапов онтогенеза злаков //Тез.докл. конф. 7-11 октября 1996, С-П.- 1996.- С.147-148.

5. Гвоздева Е.С., Карначук P.A. Гормональный баланс и морфогенез культуры зародышевой ткани пшеницы на селективном свету //Тез.докл. конф. 7-11 октября 1996, СГП.- 1996.- С.161-163.

Заказ /43. Тира* iOQ экз, УОП ТГУ, Томск, 29, Никитина,4.