Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Гормональный баланс и его регуляция на ранних этапах эмбриогенеза винограда

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Гормональный баланс и его регуляция на ранних этапах эмбриогенеза винограда"

в од

На правах рукописи

САЛЬНИКОВА Елена Игоревна

ГОРМОНАЛЬНЫЙ БАЛАНС И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ НА РАННИХ ЭТАПАХ ЭМБРИОГЕНЕЗА ВИНОГРАДА

Специальность 03.00.12 — Физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1998

Работа выполнена в лаборатории регуляторов роста и развития сельскохозяйственных растений отдела сельскохозяйственной биотехнологии Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор биологических наук Курапов П. Б.

Научный консультант — кандидат сельскохозяйственных наук Казахмедос Р. Э.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Ковалева Л. В.; кандидат сельскохозяйственных наук Раджабов А. К.

Ведущая организация — Всероссийский научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия им. Я. И. Потапенко.

в .... час на заседании диссертационного совета Д 120.35.07 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва, Тимирязевская ул., д. 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке ТСХА.

Защита состоится

1998 г.

Автореферат разослан

1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук

А. С. Лосева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При производстве винограда широкое применение находят регуляторы роста. Однако из-за большого разнообразия биологических особенностей сортов более или менее стройная концепция применения регуляторов роста в виноградарстве так и не была создана. Технологии применения фиторегуляторов в настоящее время разрабатываются индивидуально не только для каждого сорта, но и для каждой климатической зоны возделывания.

Выявление закономерностей формирования гормонального баланса генеративных органов винограда и изучение его особенностей для семяпочек бессемянных и семенных сортов является особенно актуальным при разработке как технологий применения регуляторов роста, так и теоретических основ формирования и развития репродуктивной сферы винограда на ранних этапах развития.

Цель и задачи исследований. Цель данной работы - изучение гормонального баланса и способов его регулирования на ранних стадиях эмбриогенеза винограда. В задачи исследований входило: изучение гормонального баланса генеративных органов винограда различных эколого-географических групп; изучение качественного состава гиббереллинов винограда и роль эпифитной микрофлоры в их синтезе; установление различий в гормональном балансе генеративных органов семенных и бессемянных сортов; изучение изменения гормонального баланса семенных сортов . под влиянием обработки с целью индукции бессемянности; изучение роли трофической системы регуляции образования бессемянных ягод.

Научная новизна. Впервые построена схема формирования и реализации гормонального баланса в процессе развития грозди сортов разных эколого-географических групп. Впервые изучен гормональный баланс в системе семяпочка-околоплодник бессемянных и семенных сортов \Zitis \nnifera /.., межвидового гибрида VШs чШега х Шз атигеп$'т и его изменение при применении синтетических регуляторов роста. Впервые изучен качественный состав гиббереллинов генеративных и вегетативных органов, показана роль эпифитной микрофлоры в синтезе гиббереллинов.

Практическая ценность. Полученные результаты позволяют подбирать сроки и способы обработки генеративных органов винограда различных сортов, прогнозировать их реакцию на обработку.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на второй и третьей международной конференциях по регуляторам роста и развития растений (Москва 1993, 1995), ежегодной научной конференции молодых ученых и аспирантов" ТСХА (1994), ежегодной научной конференции ТСХА (1996, 1997), второй межвузовской конференции по влиянию физических и химиче-

ских факторов на рост и развитие сельскохозяйственных культур (Орехово-Зуево, 1996).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на $страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц/ ? рисунка, состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, включающего 326 источников, в том числе 147 работ иностранных авторов.

ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для исследования нами были взяты сорта винограда, относящиеся к Vitts vinifera: а) восточная эколого-географическая группа (conv. orientalis Negr.): Агадаи, Кардинал, Тавриз (Кироеобадский столовый), Тайфи розовый, Тербаш, Хусайне пюнда (семенные), Кишмиш черный, Кишмиш белый, Кишмиш молдавский (бессемянные); б) западная эколого-географическая группа (conv. occidientalis Negr). Каберне-Совиньон, Лимбергер, Мюскадель, Рислинг (семенные); в) эколого-'географическая группа сортов бассейна Черного моря (conv. pontica Negr.): Галан, Косоротовский, Красностоп золотовский, Плавай, Ркацители (семенные), Коринка черная (бессемянный); межвидовой гибрид Vitis vinifera х Vitis amurensis- Бурмунк.

Сбор материала и обработку соцветий проводили в Дагестане, в НПО "Дагагровинпром", в Новочеркасске, на опытных полях ВНИИВ им. Потапенко, в Москве в виноградной теплице Плодовой станции ТСХА.

Образцы для проведения всех биохимических исследований отбирали в 10 часов на этапах: бутонизации, цветения и оплодотворения, постоплодотворения. Полученные пробы для анализа гиббереллинов, ауксинов, АБК и цитокининов немедленно фиксировали холодным 80% водным метанолом, затем анализировали по стандартной методике, разработанной в лаборатории регуляторов роста и развития с/х растений ТСХА (Курапов и др., 1991). Изучение формирования гормонального баланса под влиянием обработки "фактором бессемянности" (гиббереллин+а-нзфтилуксусная кислота+дропп, в дальнейшем - ФБ) проводили на четырех семенных сортах винограда (Агадаи, Хусайне люнда, Ркацители и Каберне-Совиньон). Обработку растений проводили опрыскиванием соцветий (в Дагестане) ручным опрыскивателем или погружением соцветий в раствор препаратов (в Новочеркасске и Москве) на этапах цветения (сорта Агадаи, Хусайне люнда, Каберне-Совиньон, Ркацители) или постоплодотворени^ (5 дней после цветения) (Хусайне люнда) в ранние утренние часы.

Содержание ауксинов. АБК и цитокининов определяли методом иммунофер-ментного анапиза в модификации конкурентного связывания (Weiler,19S1, Кудояро-ва, 1990), используя наборы фирмы Ideteck (США) и Института биологии Уфимского научного центра РАН, перекрестные реакции в которых при определении зеатина и

индолилуксусной кислоты составляют от 1 до 57% В связи с этим в дальнейшем мы будем применять термины "ауксины" и "цитокиминьГ, подразумевая, что определяем не индивидуальное соединение, а комплекс, сходных по строению молекул

Важным критерием качества антисыворотки служит ее специфичность по отношению к исследуемому растительному гормону. Каждая антисыаоротка против определенного гаптена содержит различные популяции антител, варьирующие по реакции с метчиком и определяемым гормоном или его аналогами Эти показатели у разных сывороток различаются Поэтому каждую из используемых антисывороток мы проверяли на связывание структурных аналогов фитогормонов Концентрационные кривые синтетических регуляторов роста (КАНУ и дропл) смещены относительно концентрационных кривых фитогормонов (рис 1), следовательно при проведении иммуноферментного анализа растительного материала обработанного этими препаратами мы определяем эндогенное содержание фитогормонов

Качественный и количественный анализ гиббереллиноа выполнен методом ГЖХ-МС ( прибор MS-25-RFA KRATOS, Англия) по стандартной методике (Куралов и др, 1989) Суммарное определение содержания гиббереллинов в ряде случаев проводили методом биотестирования по Frankland and Wareing (1960) и Муромцева и Агнистиковой (1966)

Для определения интенсивности выделения этилена использовали метод газовой хроматографии.

Рисунок 1 Концентрационные кривые фитогормонов и синтетических регуляторов роста.

045 ■

§ О»

S | 03 а оэт j

1 02

f О I»

л01

б005

-эеатим -кинвтим i 0.06 •---дропп

1Е-07 1Е-06 1Е-05 1Е-0» 0 001 0 01 0.1 1 Садеридив вещества, мг/nyvwy

о ......

1FÍ7 1Е06 lt-05 'ЕМ 0 001 С 01 0 1 Содержание »6U4*CTM. ш/tr,

В опытах по изучению распределения вссимилятое на гребненожху обработанных и контрольных соцветий через два часа после обработки наносили 14С-глюкозу с удельной активностью 204 МБк/ммоль и радиохимической чистоты 97% производства фирмы •АтегзЬат" (Англия) в дозе 0.05 МБ* Развивающиеся завязи разделяли на оплодотворенные семяпочки и околоплодники и фиксировали этанолом Экстракцию проводили в течение двух недель при температуре 40С Из про-

фильтрованного раствора отбирали аликвоты и помещали их во флаконы, содержащие сцинтилляц'ионную смесь, приготовленную на основе диоксана. Радиоактивность пробы измеряли на счетчике Rack Beta Spektral 1219 (Финляндия). Остаток профильтрованного раствора использовали для анализа ауксинов, цитокининов, АБК по стандартной методике.

Для изучения участия эпифитной микрофлоры в формировании пула гиббе-реллинов винограда проводили отбор сформировавшихся листьев сортов Кишмиш Согдиана, Франкемталь, Мускат Александрийский, Кодрянка. Смывы листьев использовали для глубинного посева на твердые среды МПА, Эшби, Чапека и карто-фельно-глюкозную по стандартной методике (Теппер и др. 1987). Приблизительное описание колоний было сделано на 14-й день культивирования, тогда же биомасса микрофлоры была зафиксирована метанолом.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Качественный состав гиббвреллинового пула винограда и участие эпифитной микрофлоры в его формировании Анализ литературных данных указывает на сортовую вариабельность качественного состава пула гиббереллинов винограда и его зависимость от органа и стадии развития растения (Мананков, 1989, Takeno et al., 1983, Bajwa, 1985, Реагсе et al., 1987). Однако эти данные носят отрывочный и фрагментарный характер. С целью выяснения сортовых особенностей состава гиббереллинов нами методом ГЖХ-МС были исследованы экстракты, выделенные из соцветий и коронок винограда сортов Кишмиш черный и Хусайне люнда (опыты 1994-1995 гг.).

В соцветиях и побегах винограда нами были идентифицированы следующие гиббереллины: A4, Ад, Ац, А19 (таблица 1).

Таблица 1.

_СОСТАВ ГИББРЕЛЛИНОВ СОЦВЕТИЙ ВИНОГРАДА,1995 г._

Сорт

Этап

Количество гиббереллинов, нг/г

Содержание гиббереллинов,

% в смеси

A4 Ад Ац Ai9

Кишмиш бутонизация 1,07 13,45 6,98 59,08 20,48 черный цветение 0,02 11,58 11,97 72,63 3,81 постоплодотворение 1,34 9,89 6,67 76,94 6,49 Хусайне бутонизация 9,1 17,4 3,91 24,4 ' 54,29 люнда цветение 1,51 6,06 2,35 61,2 10,4 ___постоплодотворение__0^25__23 2,03 68,62 5.94

Гибберел'лин А^д ранее был выделен только из растений, гиббереллины А4 и Ад - из растений и грибов, А11 - только из грибов. Наличие в экстракте гибберелли-на А11 указывает на возможность участия в формировании пула гиббереллинов ви-

нограда эпифитной микрофлоры. Мы провели изучение качественного и количественного состава гиббереллинов, синтезируемых микроорганизмами, обнаруженными нами на листьях винограда (Bacillus, Bacillus mycoides, Aspergilus niger, Aspergillus flavus, Rhizopus, Penicillum, Mucor, Fusarium).

У ряда авторов (Libbert et al., 1966, Якушкина, Тарасенко, 1971, 1975, Tapa-сенко, 1981, Гельцер, 1990) не вызывает сомнений роль эпифитной микрофлоры в продуцировании фитогормонов.

Полученные данные о каче-

_ I

£3 г) ственном составе гиб-

береллинов, продуцируемых 3«t f'-l Ы эпифитной микрофлорой

i и- r.j м г; i указывают на то, что микро-

' организмы синтезируют те же гиббереллины, которые были обнаружены нами в винограде: А,», Ад, Ац, Aig,

но существенно в другом соотношении (рис. 2).

о t-i

КттиОтдийа

ш

Цскаг Агесащрйзи*

ccpr ви ограда

Кпдриа

Рисунок 2. Качественный состав гиббереллинов эпифитной микрофлоры, культивируемой на среде Чапека (% в смеси).

Гормональный баланс соцветий сортов винограда трех эколого-аеографических групп и процессы формирования грозди Нами впервые изучен гормональный баланс соцветий 18 сортов винограда, относящихся к трем эколого-географическим группам (таблица 2), что дало возможность учесть совокупность генетических, физиологических, морфологических признаков, сформировавшихся в процессе эволюции. Анализ такого обширного экспериментального материала позволил нам построить схему формирования и реализации гормонального баланса в процессе развития грозди сортов эколого-географических групп (рис. 3).

Наличие или отсутствие семян служит более важным признаком в формировании гормонального баланса грозди, чем экологические условия в эволюции сорта. Поэтому бессемянные сорта образуют обособленную группу, имеющую свои особенности гормонального баланса. Характерными признаками этой группы (рис. 3 а) является высокий уровень цитокининов и АБК на этапе цветения и высокий уровень ауксинов и гиббереллинов на этапе постоплодотворения. Ни в одной из исследованных групп семенных сортов не отмечено столь высокое содержание цитокининов на этапе цветения, в связи с чем, мы считаем, что такое резкое повышение уровня этого гормона на этапе цветения с последующим его снижением к этапу по-

стоплодотворения у бессемянных сортов может быть ранним признаком (или причиной) начала дегенеративных процессов в семяпочке

Таблица 2

СОДЕРЖАНИЕ ГОРЫОНОВ В СОЦВЕТИЯХ ВИНОГРАДА 119940??6_1т.^

___Бугониза^ия_Т Цветение___Гпосгоплодотеорение~]

ЦК____ИУК АБК1ЦК_ ИУК АБК | ЦК ИУК АБК

___■________ ___солу опегчв!^ ыедг____

Сорт

Хусайне 17 85- 0 175* 0 062' 11 25* 46' 3 05* 32.9* 3 16' 2 452*

Агадаи 28 7 2 34 0 0038 4 5 35 5 0.129 40 9 9 37 0 095

Агадаи 12 Г 1 5* 0 116* 351* 11 25* 5 36' 36 32* 3 19* 0 29*

Тайфи 97 2 82 0 0005 0 47 42 3 0 0045 76 1 09 0 0006

Тербаш 26 1 44 00002 97 18 3 0 0031 41.2 7.82 0 0006

Тавриз 11 8 7 24 0 0044 1 46 33 6 0 0057 63 2 1.28 0 0004

conv рописа Ыедг

Ркацители 1 57 1,82 0.0065 7.1 6.28 0,195 30,9 12.4 0,0017

Ркацители 3 6* 4 13* 0 64* 11 25* 10 33* 5 18* 30 35* 75* 3 97*

Плавай 074 0 49 0 0012 6 23 1.57 0 048 49 66 2 0 0037

Красностоп 4 9 1 69 0 0004 6 2 2 47 0.0038 12.5 25 2 0.0021

Галан 2 27 1 15 0 0055 26 1.713 0.13 1 36 46 7 00017

Косоротое- 5 82 2 15 0 0048 134 7 24 0 132 46 3 64.9 0 029

ский

сопч осскЬеп/вНь Ыедг.

Каберне 28 7 2 187 0 0003 11 6 20 5 0 004 0.51 5 0 0004

Рислинг 19 9 364 0 0006 1 32 582 0 0016 0.27 1.08 0.0003

Лимбергер 46 3 95 .0 0003 1 41 186 0 0012 0 209 1 45 0 0002

Мюскадель 83 5 55 0 0007 27 2 93 0 007 1 68 4 16 0 0009

согм олвлГа/ю Ывдг, бессемянные

Кишмиш ч 12.56* 1 015* 0325* 74 12* 17 65* 1 47* 7.53* 67* 0 935*

Кишмиш б 0.29 0 29 0 0016 195 0 86 0.056 3.59 99 00026

Кишмиш м 099 0 903 0 0061 84 1.07 0 042 109 735 0.0074

солу ропЬса /Уедл, бессемянные

| Коринка 16 6 0 12 0 0012 32 8 57 0 11 129 20 9 0 0013

* - образцы для анализа отобраны в Дагестане (1994-1996 гг). остальные образцы отобраны в Новочеркасске (1996 г)

Особенности формирования гормонального баланса сортов, относящихся к различным эколого-географическим группам и анализ литературных данных позволил нам сформулировать ряд принципиальных закономерностей развития грозди

На этапе бутонизации соцветия семенных сортов conv. orientalis (рис. 36) имеют низкий уровень ауксинов, что приводит к снижению завязываемости ягод, высокое содержание гиббереллиноз способствует разрастанию элементов грозди Эти факторы определяют формирование свойственной сортам восточной эколого-географической группы рыхлой грозди.

Рисунок 3. Гормональный баланс соцветий винограда^

i ro|MMiuw балм myfrw вмюрадя Cfiaim copio*

мсгачой акологоч«ографм«а10й фугты

оопадотвйр^и

Гоомэ»«гь*>** батнс ооцитч* ыгьдюй эсолхо-гвогр»ф»*«с*ои -рутты

I Гормоиаяыыи бапйнс col^ctmA ceuwvrbc* сорго« жолэго-

ю г»огр«4»+*сжой Фупгы бвссйнш Черного мор«

i i

i

I

ПОСТ-огтсдаторв

Г-

-»-■уксим ■ АЬК__j

- • 1

- - «у«с**ы )

-АБК ¡

■ * • • гмбб#р*лг»+<ы j

Формирование средней грозди сортов сопу. ропЧса (рис. Зг) обусловлено высоким уровнем гиббереллинов на стадии бутонизации и снижением их уровня к этапу цветения. Увеличение содержания ауксинов к этапу постоплодотворения приводит к высокой завязываемости ягод и формированию плотной грозди.

Снижения уровня цитокининов к этапу постоплодотворения у семенных сортов conv. occ/deлfa//s (рис. Зв) приводит к формированию мелкой грозди и мелкой ягоды. Максимальное количество ауксинов на этапе цветения обеспечивает высокую завязываемость и формирование плотной грозди у сортов этой группы.

Использование метода гормонального баланса для подбора состава смеси регуляторов роста для обработки винограда сорта Кардинал с целью индукции

бессемянности

В полевых исследованиях, проведенных в 1996 году в Новочеркасске на сорте Кардинал (сорт, близкий по своим морфологическим показателям к семенным

в

г

сортам cow. оrienfalis Negr.) мы, используя данные гормонального баланса сорта Кардинал, приведенные в таблице 3, подобрали концентрации препаратов индивидуально для этого сорта.

Таблица 3.

ГОРМОНАЛЬНЫЙ БАЛАНС СОЦВЕТИЙ СОРТА КАРДИНАЛ

(мкг/г сырого веса)_

Этап развития Цитокинины Ауксины Гиббереглины АБК

бутонизация 0.065 0.0013 0.0058 0.0065

цветение 0.0016 0.0031 0.0031 0.0317

постоплодотворение 0.099 0.0018 0.0006 0.0003

Анализ гормонального баланса соцветия сорта Кардинал при нормальном развитии семян показал, что сорт характеризуется снижением уровня цитокининов (тогда как уровень цитокининов у исследованных нами бессемянных сортов остается высоким), повышением уровня ауксинов (который, тем не менее, ниже, чем в соцветиях бессемянных сортов) и высоким уровнем АБК на этапе цветения,. Соотношение цитокинины/ауксины выше 1 на стадии бутонизации и постоплодотворения и примерно равно 1 на стадии цветения, тогда как для бессемянных сортов это соотношение меньше 1. В связи с этим в составе смеси применяется высокая концентрация ауксинов (КАНУ) - 25 мг/л и низкая концентрация цитокининов (Д) - 5 мг/л. В смесь ввели гиббереллин (ГК) в концентрации 25 мг/л для снижения содержания АБК и роста околоплодника. Таким образом смесь (ФБ«) следующая КАНУ25+Д5+

ГК25- . . Для сравнения применяли ГК 25 мг/л как эталон и стан-

дартную обработку ФБСТ, включающую КАНУ 10+Д5+ГК10 .Обра-

ботку проводили на этапе цветения путем обмакивания соцветий в раствор препаратов.

Таблица 4.

УВОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРОЗДИ СОРТА КАРДИНАЛ ПРИ ОБРАБОТКЕ СМЕСЬЮ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА

Вариант Масса грозди, г. Масса 100 ягод, г. Масса гребня, г. Число семян на 100 ягод, шт. Сахаристость/ кислотность Дегустационная оценка

Контроль 190,7 520 3.9 286 13/5.2 7.4

ФБСТ 173.1 296 14.1 11 . 11/6.2 ' 7.1

ГК25 78 8 540 7.8 145 10.8/6.1 6.9 г

ФБ|< 124 6 150 11.6 - 9 5/6 3 7.3

Полного отсутствия семян (табл 4) удалось добиться только в варианте ФБ«. Снижение сахаристости, отмеченное во всех вариантах, произошло из-за задержки

созревания, наблюдаемого при применении гиббереплина и особенно цитокинино-вых препаратов.

Дегустационная оценка, вычисленная по таким показателям как внешний вид и нарядность грозди, выровненность ягод в грозди, гармоничность вкуса и аромата ягоды, консистенция мякоти и кожицы, наличие семян и их ощущаемость при еде, максимальна в контроле. Грозди, обработанные смесью, подобранной специально для этого сорта, получили высокую дегустационную оценку. Таким образом метод гормонального баланса может служить основой для подбора состава смесей, индивидуальных препаратов для обработки, и сроков воздействия на соцветия винограда.

Гормональньш баланс и распределение ассимилятов в семяпочке и околоплоднике

Шатиловой (1997) показано, что сорта, относящиеся к группе со/ж опеЫаНя Ыедг., образуют в основном партенокарпические ягоды, а сорта солу. осйсИвЫаН5 Ыедг. и солу. ропИса Ыедг. - партенослермические. Для первых свойственно преимущественное развитие околоплодника, а для вторых и третьих - семяпочки. Мы предположили, что такие особенности развития плода определяются различным гормональным балансом семяпочки и околоплодника и, как следствие, различным распределением ассимилятов между семяпочкой и околоплодником.

С целью подтверждения этого предположения нами впервые были изучены накопление меченных ассимилятов и гормональный баланс в системе семяпочка-околоплодник.

Нами показано, что для сортов восточной эколого-географической группы (рис. 4а) существует период, когда ассимиляты не поступают в семяпочку, или их накопление в семяпочке ниже, чем в околоплоднике. Только на седьмой день после оплодотворения накопление ассимилятов в семяпочке становится выше, чем в околоплоднике. В то же время для сортов западной группы и группы бассейна Черного моря накопление ассимилятов в семяпочке выше, чем а околоплоднике в течение всего периода наблюдения.

Сорта сот. опвЫаИз Ыедг. эволюционно сформировались в условиях строгой изоляции, длительного близкородственного скрещивания, накопления, отбора и закрепления рецессивных хозяйственно-ценных признаков, таких как хорошо развитый мясиситый околоплодник, мелкие или полностью отсутствующие семена. Генетический анализ (Рисованная 1991, 1993) показал значительное отличие сортов солу. опеЫаГя Ыедг. от сортов conv. осаФеЫаИь Ыедг. и солу. ропИса Ыедг. и сходство последних двух групп, что полностью соответствует нашим данным.

Рисунок 4. Накопление ассимилятов в семяпочке и околоплоднике сортов винограда: а - Тербаш (сопч. опеМаНэ Ыедг), б - Каберне-Совиньон (сот. осасИеЫаНэ №дг) ... ...............................................

а б

Отсутствие поступления ассимилятов в семяпочку может быть следствием генетически закрепленного для сортов сопуаг. опеЫаНз Ыедг. признака крупноягод-ности и мясистого околоплодника. Селекция на хозяйственно-ценный признак (крупную ягоду) привела к формированию и закреплению механизмов, запускающих развитие околоплодника до того как начнет развиваться семяпочка. Усиление этих механизмов различными физиологическими условиями (недостаток ассимилятов, отсутствие опыления) приводит к формированию горошащихся, бессемянных ягод в грозди семенного сорта (функциональная бессемянность). Генетическое закрепление этих механизмов привело к формированию бессемянных сортов (облигатная бессемянность).

С целью изучения роли эндогенных гормонов в формировании аттрагирую-щих свойств семяпочки и околоплодника нами впервые проведен анализ содержания трех групп фитогормонов (ауксинов, цитокининов и АБК) в семяпочке 'и околоплоднике 5 семенных и 2 бессемянных сортов в течение 11 дней после опыления (этапы цветения - 1-3 дни после опыления, постоплодотворения - 3-7 дни после опыления, начало эмбриогененза - 7-20 дни после опыления). Содержание анализируемых гормонов в семяпочке семенных сортов выше в 2-10 раз по сравнению с околоплодником в течение всего периода наблюдения. Это подтверждает предположение о том, что развивающаяся семяпочка является источником фитогормонов для околоплодника.

Динамика ауксинов, цитокининов и АБК в системе семяпочка-околоплодник сходна у сортов Каберне-Совиньон (со/ж оссШеШаИз Ыедг.){рис. 5 а, д) и Ркацители (сот. ропЬса Ыедг.) и существенно отличается от таковой сортов Тербаш (рис. 5 б, е) и Хусайне люнда (сот. опеМаНэ Ыедг.). Следовательно, эволюционные изменения для этих сортов достаточно сильны и затрагивают не только вегетативные органы, но и такой консервативный процесс, как развитие семени. Таким образом, можно сделать достаточно обоснованный вывод о том, что гормональная регупяция

процессов развития семени сортов сот. опеЫаНз Ыедг. отличается от гормональной регуляции процессов развития семени сортов солу. осс/с/ел/эЛв /\tegr. и сопу. ропИса Ывдг.

Рисунок 5. Содержание гормонов в семяпочке и околоплоднике различных сортов: а, д - Каберне-Совиньон, б, е - Тербаш, в, ж - Коринка черная, г, з - Кишмиш молдавский.

Содержание цитокининов.

Содержание ауксинов в семяпочке партенокарпического сорта выше чем в семяпочке семенного сорта, но уровень этого гормона в околоплодниках обоих сортов примерно одинаков. В семяпочке стенослермокарпического сорта уровень цито-кининов выше, чем в семяпочке семенного. Возможно, формирование стеноспермо-карпических ягод связано с высоким уровнем цитокининов, а партенокарпических - с высоким уровнем ауксинов на этапе цветения и постоплодотворения.

Содержание цитокининов в семяпочке бессемянных сортов (независимо от типа бессемянности) ниже чем, в околоплоднике на этапе начала эмбриогенеза, что может обусловливать дегенеративные процессы в семяпочке, которые и наблюдаются через 2 недели после опыления.

Влияние регуляторов роста на аттрагирующую способность и гормональный баланс завязи.

Данные о формировании гормонального баланса семенных и бессемянных сортов позволили нам предположить существование периода (6-8-ой дни после оплодотворения), когда определяется дальнейший путь развития ягоды - семенной или бессемянный (в рамках функциональной бессемянности). Действие экзогенных фиторегуляторов должно быть направлено на то, чтобы создать предпосылки для нарушения гормонального баланса на 6-8-ой дни после оплодотворения и снизить поступление ассимилятов а семяпочку.

Полученные данные (рис. 6) показывают, что обработка на этапе цветения ФБ действительно вызывает снижение поступления ассимилятов в семяпочку на 6-9 дни, причем для сортов conv. orientalis Negr. более значительную, чем для сортов conv occidientalis Negr.

Рисунок 6. Распределение ассимилятов при обработке ФБ сортов винограда: а - Каберне-Сооиньон, б - Тербаш ___ _ ___________________________

| ьиллил' 1 1 'оосоооэо i | • семяпочна !

Нами был подробно изучен гормональный баланс семяпочки и околоплодника четырех сортов (Хусайне люнда, Тербаш, Ркацители, Каберне-Совиньон) при обработке "ФБ" на этапе цветений.

6

дни посла опыления

дни после опыления

а

б

Рисунок 7. Влияние обработки ФБ на гормональный баланс семяпочки и околоплодника сортов винограда: а, в - Каберне-Совиньон, б, г - Тербаш.

Содержание цитокининов

1 г-

> 0.1 { I

& О,01 \

I 0 .001 <

ь

0.0001 1

I

0,00001 1

д*> пост егыгим

в -I ! 5 ».< \

1- -\ ! |

1 00001 >

| 0.00001 ':—■•—■ I

ошлвкгадм

Содержание ауксинов

д>тпосгт огы1Ы*

»

0.1 0.01

• I

' I 0 0001 ♦

; | 000001 1

1 0,000001 1

в Г

Сорта Каберне-Совиньон (рис. 5 а, в) и Ркацители реагируют на обработку ФБ сходно: меняется динамика цитокининов и ауксинов в семяпочке и околоплоднике. Гормональный баланс в системе семяпочка-околоплод ник формируется на ином уровне, чем в контроле. У сортов Тербаш (рис. 5 б, г) и Хусайне люнда динамика цитокининов и ауксинов в семяпочке в течение пяти дней после обработки меняется, восстанавливаясь затем на уровне контроля. В околоплоднике этих сортов динамика цитокининов меняется, максимальное количество цитокининов предшествует максимальному поглощению 14С-ассимилятов.

Динамика АБК при обработке всех сортов меняется как в семяпочке так и в околоплоднике.

Таким образом, для сортов соли осс/бвЫаНз Ыедг. и сопу. опе^аив Ыедг. обработка является толчком, выводящим систему гормонального баланса семяпочки и околоплодника из равновесия, которое затем восстанавливается, формируя при этом качественно новый уровень гормонального баланса. Для сортов сот. опеМаПэ Ыедг. обработка изменяет только гормональный баланс околоплодника, усиливая его аттрагирующуга способность.

Гормональный баланс завязей межвидового гибрида Бурмунк и его изменение при применении регуляторов роста Все предыдущие опыты проведены нами на старых сортах V. уШега. В связи с тем, что в районированном сортименте возрастает доля сортов - межвидовых гибридов нами был проведен эксперимент по изучению гормонального баланса семяпочки и околоплодника сорта Бурмунк - межвидового гибрида V. у/т¡(ега х V. атигепЫв.

Рисунок 8. Гормональный баланс сорта Бурмунк: а - содержание цитокини-нов, контроль; б - содержание цитокининов, обработка ФБ; в - содержание ауксинов, контроль; г - содержание ауксинов, обработка ФБ; д - содержание АБК, контроль; е - содержание АБК, обработка ФБ.

Д е

Динамика трех изученных гормонов (ауксины, АБК и цитокинины) в семяпочке и околоплоднике в основном совпадает. Содержание гормонов в околоплоднике в целом ниже, чем в семяпочке Гормональный баланс сорта Бурмунк (рис. 8, а, в, д) отличается от гормонального баланса V. м'л/Уега. Содержание цитокининов в семяпочке и в околоплоднике имеет три максимума: на второй, девятый и четырнадцатый дни. Содержание ауксинов возрастает после опыления на второй день и коли-

чество гормона в околоплоднике становится выше, чэм в семяпочке и максимальным за весь период наблюдений 8 семяпочка содержание ауксинов достигает максимума на пятый день и сохраняется на таком уровне до девятого дня Затем начинается снижение количества ауксинов, более резкое в околоплоднике, чем в семяпочке Общая закономерность - снижение количества ауксинов после опыления, отмеченная для V чШега. сохраняется

Количество АБК в семяпочке увеличивается на второй день после опыления, а максимальный уровень АБК зафиксирован нами на седьмой день, к шестнадцатому дню наблюдается общая тенденция снижения содержания АБК Минимальные и максимальные значения АБК в контроле и при обработке ГК+КАНУ+Д (гиббереллин 25 мг/л +■ п-нафтилуксусная кислота 25 мг/л + дролп 10 мг/л - ФБ) отмечены в одни и те же дни Так как прямая обработка АБК соцветий не привела к образованию бессемянных ягод, можно предположить, что АБК не оказывает влияние на наличие или отсутствие семян у межвидового гибрида Бурмунк Максимальные и минимальные значения цитокининов и ауксинов в контроле и при обработке наблюдаются в различные дни и это может свидетельствовать о том, что именно они играют основную роль в формировании бессемянных ягод

При обработках гиббереллином (25 мг/л), и-нафтилуксусной кислотой (25 мг/л), гиббереллин (25 мг/л) ♦ и-нафтилуксусная кислота (25 мг/л). АБК (10 и 25 мг/л), дропп (5 и 10 мг/л) морфофизиологический эффект (формирование бессемянных ягод) отсутствовал. Изменение гормонального баланса наблюдалось во всех вариантах обработок в течение двух-пяти дней К 12-16 дням, когда начинается деление зиготы и формирование нормальных семенных ягод, гормональный баланс восстанавливается и близок к гормональному балансу в контроле

В случае формирования бессемянных ягод (варианты смесей ГК+КАНУ и ГК+КАНУ+Д - ФБ) изменения гормонального баланса наблюдалось на 5. 7 и 12 дни (рис. в б. г, е). что свидетельствует о наличии периодов формирования семян, когда обработка наиболее эффективна, у межвидового гибрида V мп/^га х V втигепз/з как и у сортов V. итйегэ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования позволили создать модель гормонального баланса сорта внутри эколопо-географической группы, на основе которой можно прогнозировать реакцию сортов на обработку синтетическими регуляторами роста. Выбор принадлежности сорта к эколого-географической группе в качестве критерия дпя создания модели гормонального баланса позволил учесть совокупность сортовых признаков с точки зрения их формирования в процессе взаимодействия генотип - среда Этот подход позволил рассмотреть особенности формирования гормонального баланса также и на уровне семяпочки Анализ гормонального баланса сортов

при обработке фиторегуляторами показал специфичность сортовой реакции. Так, для сортов Хусайне и Тербаш (conv. orientalis Negr.) обработка активизировала механизмы, регулирующие опережающее развитие околоплодника по сравнению с семяпочкой активизация поступления ассимилятов в околоплодник при отсутствии поступления их в семяпочку, изменение уровня цитокининов в околоплоднике в сторону увеличения, повышение уровня ауксинов в околоплоднике (активизация растяжения клеток околоплодника) и в семяпочке (активизация роста интегументов при сохраняющихся или более низких ядерных делениях эндосперма приводит к нарушению хода развития семяпочки) Для сортов Каберне-Совиньон (conv. occidentals Negr.) и Ркацители (conv. pontica Negr.) а течение 3-6 дней наблюдается резкое изменение гормонального баланса, который формируется вновь и имеет более высокий уровень изученных гормонов в семяпочке на 11 день после обработки по сравнению с контролем. Такой высокий уровень гормонов совпадает с гормональным балансом семяпочки партенокарпического сорта.

У винограда существует два типа бессемянности: облигатная (генетическая) и функциональная (вызванная физиологическими причинами). Индуцировать функциональную бессемяннасть можно различными путями: регуляцией поступления ассимилятов (Mullins, 1967, Казахмедов, 1996), погодными условиями (Staudt, 1984, Майстренко. 1998), обработкой фиторегуляторами и ингибиторами белкового метаболизма (Mo'.omura and Hori, 1977, Bordeion, Moore, 1994). Обработка теми же препаратами в те же сроки, или стрессовые условия во время цветения (засуха, повышенная влажность воздуха, эпифитотии) бессемянных сортов (то есть имеющих генетически закрепленный механизм бессемянности) приводит к образованию семенных ягод. Таким образом в развитии семяпочки винограда существуют периоды, когда генетически закрепленные изменения гормонального баланса могут быть изменены, и это дает возможность вмешаться в ход развития семяпочки и изменить его как для семенных, так и для бессемянных сортов в нужном нам направлении.

На основании наших данных и общеизвестной схемы:

генотип гормональный баланс воздействие окружающей среды

i

морфофизиологический ответ

можно предположить частную схему формирования семенных и бессемянных

ягод:

генотип

гормональный баланс

z:

семенные ягоды

обработка регуляторами

бессемянные ягоды

Стеноспермокарпия сформировалась внутри группы conv. опеЫаИз. Ыедг. Партенокарпия - внутри группы сопу. ропИса Ыедг. Стеноспермокарпия характеризуется опережающим развитием околоплодника, нормальным развитием зародышевого мешка в течение 15-30 дней в зависимости от степени развития рудиментов. Партенокарпия характеризуется ранними дегенеративными процессами в зародышевом мешке и высоким уровнем гормонов в семяпочке. Обработка семенных сортов является фактором, на который данный генотип реагирует в пределах нормы реакции. Если для coпv. опепШЫ. Ыедг. норма подразумевает стеноспермокарпиче-ский путь, то обработка активизирует механизмы, включающие этот путь развития. Для сот. рог/Пса Ыедг. норма - дегенеративные процессы в семяпочке, связанные с высоким уровнем гормонов, а обработка активизирует механизмы, изменяющие гормональный баланс семяпочки и, как следствие, запускающие дегенеративные процессы.

ВЫВОДЫ

1. Изучен гормональный баланс соцветий винограда 18 сортов на этапах бутонизации, цветения, постоплодотворения.

2. Бессемянные сорта характеризуются высоким уровнем цитокининов и АБК на этапе цветения и высоким уровнем ауксинов и гиббереллинов на этапе постоплодотворения.

3. Семенные сорта имеют различный гормональный баланс в зависимости от принадлежности к эколого-географической группе:

- соцветиям сортов солу. олел/аЛв Ыедг. свойственен низкий уровень ауксинов, высокий уровень гиббереллинов на этапе цветения, высокий уровень цитокининов на этапе постоплодотворения, что приводит к формированию рыхлой крупной грозди с крупными ягодами.

- соцветиям сортов сопу. ропЬса Ыедг. свойственен низкий уровень гиббереллинов на этапе цеетения, высокий уровень ауксинов и цитокининов на этапах цветения и постоплодотворения, что приводит к формированию средней по размеру грозди.

- соцветиям сортов сот. оссШеШаЧа Ыедг. свойственен высокий уровень ауксинов на этапе цветения, низкий уровень цитокининов на этапе постоплодотворения, что приводит к формированию мелкой плотной грозди с мелкими ягодами.

4. Впервые определен качественный состав гиббереллинов соцветий и побегов винограда. В соцветиях семенных и бессемянных сортов найдены гибберелли-ны А4 91111д, в побегах - А4 919. Гиббереллиновый пул виноградного растения

формируется при активном участии эпифитной микрофлоры, которая продуцирует те же гиббереллины, что обнаружены в растении, с преобладанием А^ 1.

5 Впервые изучен гормональный баланс в системе семяпочка-околоплодник четырех семенных и двух бессемянных сортов на этапах цветение, постоплодотворение, начало эмбриогенеза

6 В семяпочке семенных сортов уровень ауксинов, цитокининов и АБК выше, чем в околоплоднике на всех этапах Развивающаяся семяпочка является источником фитогормонов для околоплодника

7 Агграгирующач способность околоплодника выше, чем семяпочки для сортов conv олел^^№^^»а^мпе^остоплод^во^е^ия^что приводит к опережающему развитию бомппопцй по сравнению с околоплодником- Аттрагирующая способность семяпочки выше чем околоплодника для сортов сопу осс/с/еШа/я Ыедг и conv роЫка Ыедг на всех этапах

8 На этапе постоплодотворения семяпочка стеноспермокарпического сорта имеет более высокий уровень цитокининов, а семяпочка партенокарпичесхого сорта имеет более высокий уровень ауксинов, чем семяпочка семенных сортов На этапе начала эмбриогенеза семяпочка обоих бессемянных сортов характеризуются низким уровнем цитокининов

9 Обработка ФБ сортов сопу опвп1а/и Ыедг с целью индукции бессемянно-сти приводила к изменению гормонального баланса околоплодника, активизации поступления ассимилятов в околоплодник по сравнению с семяпочкой Обработка ФБ сортов со/)/ осс<?вл/а/<5 Ыедг и сопч ропЬса Ыедг приводила к изменению гормонального баланса и дегенеративным процессам в семяпочке.

10 Гормональный баланс межвидового гибрида Бурмунк отличался от такового сортов V vlnltera I. Обработка индивидуальными препаратами при отсутствии морфофизиологического эффекта вызывала кратковременное изменение гормонального баланса, а обработка смесью препаратов (ФБ) приводила к изменению гормонального баланса и его формированию на качественно новом уровне, что вызывало образование бессемянных ягод в грозди

Список основных работ, опубликованных по тете диссертации:

1 Курапов П Б . Блиновский И К , Бумажный Б.Е., Скоробогатова И В.. Сальникова Е И Идентификация гиббереллиноа в гиббереллине кристаллическом и их активность н биотестах Известия ТСХА. N9 1, 1991, стр 181-187.

2 Курапов П Б , Казахмедов Р.Э , Сальникова Е.И. Изучение гормонального баланса генеративных органов винограда различных эколого-географических групп. Тезисы докладов 3-ей международной конференции "Регуляторы роста и развития растений" М , 1995, стр 26-27

3. Смирнов К В., Казахмедоа Р Э . Сальникова Е И Влияние обеспеченности соцветий ассимилятами и обработки регуляторами роста на индукцию бессемянно-

сти у семенных сортов винограда. Тезисы докладов 3-ей международной конференции "Регуляторы роста растений". М.; 1995, стр. 121-122.

4. Сальникова Е.И., Казахмедов Р.Э., Курапов П.Б., Смирнов К В. Гормональная регуляция формирования бессемянных ягод винограда. Тезисы докладов 2-ой межвузовской конференции "Влияние физических и химических факторов на рост и развитие с/х культур". Орехово-Зуевский педагогический институт, 1996, стр. 8.

5. Смирнов К.В., Сальникова Е.И., Ларина Л.П. Динамика гормонов генеративных органов винограда сортов различных эколого-географических групп. Сборник студенческих научных работ. М„ МСХА, 1996, стр. 189-191.

6. Сальникова Е.И., Курапов П.Б., Казахмедов Р.Э., Смирнов К В., Сиушева А.Г. Гормональный баланс и его изменение при применении регуляторов роста на ранних этапах эмбриогенеза винограда (Уйв ил/7ега) сорта Хусайне. Международный с/х журнал, 1996, № 6, стр. 44-49.

7. Курапов П.Б., Сальникова Е.И. Роль эпифитной микрофлоры в формировании пула гиббереллиноа виноградного растения. Тезисы докладов 4-ой междуга-родной конференции "Регуляторы роста и развития растений". М., 1997, стр. 24.

8. Сальникова Е.И. Динамика фитогормонов в соцветиях винограда. Тезисы докладов 4-ой международной конференции "Регуляторы роста и развития растений". М„ 1997, стр. 33.

9. Сальникова Е.И., Курапов П.Б., Смирнов К.В. Гормональный баланс семяпочек при формировании семенных и бессемянных ягод винограда. Тезисы докладов 4-ой международной конференции "Регуляторы роста и развития растений". М., 1997, стр. 33.

10. Сальникова Е.И., Курапов П.Б., Казахмедов Р.Э., Смирнов К.В. Гормональный баланс и стимуляция развития бессемянных ягод винограда. Тезисы докладов 4-ой международной конференции "Регуляторы роста и развития растений". М„ 1997, стр. 121.

11. Сальникова Е.И., Курапов П.Б., Казахмедов Р.Э., Смирнов К В., Сиушева А.Г. Динамика содержания гормонов в соцветиях винограда различных эколого-географических фупп. Виноград и вино России, 1998, № 2, стр. 25-27.