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"

Л-из93

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 паук Казахмедов Р. Э.

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

Ведущая организация — Всероссийский научЕЮ-исследо-вательский институт виноградарства и виноделия им. Я. И. Потапенко.

Защита состоится сгыз^^ ... 1998 г.

в . УЗ. . . 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.

Автореферат разослан . . . . 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета —

кан*

1

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 V¡t¡s чтйвга /.., межвидового гибрида \Zitis \ziritfera х атигепв/я 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-

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧ!-''Я Е:^ЛИОТЕКА Моа;. . ; - плчдвмии

ских факторов на рост и развитие сельскохозяйственных культур (Орехово-Зуево 1496)

Пуоликации 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 иностпанных авторов ОБЪЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Для исследования нами оыли взяты сорта винограда относящиеся к Vitts vmifera а) восточная эколого-географическая группа (conv оnentahs Negr) Агадаи Кардинал Тавриз (Кировобадский столовый) Тайфи розовый Тербаш Хусейне люнда (семенные) Кишмиш черный Кишмиш белый Кишмиш молдавский (бессемянные) б) западная эколого-географическая группа (conv occidientahs Negr) Каберне-Совиньон Лимбергер Мюскадель Рислинг (семенные) в) эколого-географическая группа сортов бассейна Черного моря (conv роппса Negr) Галан Косоротовский Красностоп золотовский Плавай Ркацители (семенные), Коринка черная (бессемянный) межвидовой гибрид Vitis vmifera х Vitts amurensis - Бурмунк

Сбор материала и обработку соцветии 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 8 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 1091) Изучение формирования гормонального баланса под влиянием обработки *фактором бессемянности' (гиббереллин+а-нафтилуксусная кислота+дропп в дальнейшем - ФБ) проводили на четырех семенных сортах винограда (Агадаи Хусайне люнда Ркацители и Каберне-Совиньон) Обработку растении проводили опрыскиванием соцветии (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 постоплодотворения (5 дней после цветения) (Хусайне люнда) в ранние утренние часы

Содержание ауксинов АБК и цитокининов определяли методом иммунофер-ментного анализа в модификации конкурентного связывания (Weiler.1981, Кудояро-еа 1990) используя наборы фирмы Ideteck (США) и Института биологии Уфимского научного центра РАН перекрестные реакции в которых при определении эеатина и

индолмпуксусной кислоты составляют от 1 до 57%. Bs связи i этим а дальнейшем мы будем применять термины "ауксины" и "цитокинины", 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 антисыворотка против определенного галтена 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 дропп) 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 гиббереллинов выполнен методом ГЖХ-МС (прибор MS-25-RFA KRATOS, Англия) по стандартной методике (Курапов и др., 1989) Суммарное определение содержания гиббереллинов в ряде случаев проводили методом биотестирования no Frankland and Wareing (1960) и Муромцева и Агнистиковой (1966)

Для определения интенсивности выделения этилена использовали метод га-. Эоеой хроматографии г

Рисунок 1. Концентрационные кривые фитогормонов и синтетических регуляторов роста. _ ....._ "

025 •-..''' * .-••■! 0« •

) ' СОЧЕН»«» щюи мг/пушу Соахмим иищстн ш/гтг«»

■ \ В опытах по изучению распределения ассимилятов 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 "Атег»Ьат" (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 4ос Из про-

фильтрованного раствора отбирали аликвоты и помещали их во флаконы содержащие сцинтилляционную смесь приготовленную на основе диоксана Радиоактивность пробы измеряли на сметчике 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 Франкенталь, Мускат Александрийский Кодрянка Смывы листьев использовали для глубинного посева на твердые среды МПА Эшби Чапека и карто-фельноглюкозную 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 гиббереллинового 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 ТаЯепо et al, 1983 Bafwa, 198S, Реагсе ei 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 гиббереплины A4, Ag, A^i.Aig (таблица 1)

Таблица 1

_СОСТАВ ГИББРЕЛЛИНОВ СОЦВЕТИЙ ВИНОГРАДА. 1895 г_

Сорт

Этап

Количество гиббереллинов нг/г

Содержание гиббереллинов % в смеси

Ag Aii А19

Кишмиш черный

Хусайне люнда

бутонизация 107 13 45 6,98 59.08 20 48 цветение 0 02 11 58 11,97 72.63 3 81 постоплодотворение 1 34 9 89 6 67 76 94 6,49 бутонизация 9 1 17,4 3 91 24,4 ' 54 29 цветение 1 51 6 06 2,35 81 2 10 4 постоплодотворение__0 25__23___ 2 03__68 62 5 94

Гиббереллин А-|д ранее был выделен только из растений гибберелпины Ад и Ад - из растении и грибов А^ 1 - только из грибов Наличие в экстракте гибберелли-иа А) 1 указывает на возможность участия в формировании пула гиббереллинов ви-

нограда элифитной микрофлоры. Мы провели изучение качественного и количественного состава гиббереллинов, синтезируемых микроорганизмами, обнаруженными нами' на листьях винограда (Bacillus, Bacillus mycoides, Aspergilus тдвг, 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 элифитной микрофлоры в продуцировании фитогормонов_____ __ _____*

Г -i" I ■ 1 1

г

! i

1

! ¿г

iff й

Р

ёЭ

КшмгиОвдмм К\тэ«г Кодяна

Апаиядайзмй

ссргежэграда

.cLHs,

Полученные данные о качественном составе - гиббереллинов, продуцируемых элифитной микрофлорой указывают на то, что микроорганизмы синтезируют та же гиббереллины, которые были обнаружены нами в винограде: Ад. Ад, Ац. А^д,

но существенно в другом соотношении (рис. 2).

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

Гориональный баланс соцввтийсортов винограда трех эколого-авографичвских 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 цитокининоа и АБК на этапе цветения и высокий уровень ауксинов и гиббереллинов на этапе постогшодотворения. Ни в одной из исследованных групп семенных сортов не отмечено столь высокое содержание цитокини-нов на этапе цветения, в связи с чем, мы считаем, что такое резкое повышение уровня этого гормона на этап« цветения с последующим его снижением к этапу по-

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

Таблица 2

СОДЕРЖАНИЕ ГОРМОНОВ В СОЦВЕТИЯХ ВИНОГРАДА (1994-1996л ^ ^ [_ Сорт ' _Бутонизация___|___Цветение___[Постоплодотеорение

Г [ ЦК_ ИУК _ АБК X иК иук АБК Т ЦК ИУК__АБК_

I ___соп \z_onentahsNegr____

Хусаине 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* 3 51* 11 25* 5 36* 36 32* 3 19* 0 29*

Таифи 9 7 2 82 0 0005 0 47 42 3 0 0045 76 1 09 0 0006

Тербаш 26 1 44 0 0002 9 7 16 3 0 0031 41 2 7 82 0 0006

Таври:} 118 7 24 0 0044 1 46 33 6 0 0057 63 2 1 28 0 0004

сопи ропПса Ыедг

Ркацители Ркацители

Плавай Красностоп

Галан Косоротое _ скии

Каберне Рислинг Лимбергер Мюсхадель

1 57 3 6* 0 74 49

2 27 5 82

1 82 4 13*

0 49

1 69

1 15

2 15

0 0065 0 64* 0 0012 0 0004 0 0055 0 0048

7 1 6 28 11 25* Ю 38* 6 23 1 57

62 26 13 4

2 47 1 713 7 24

0 195 5 18* 0 048 0 0038 0 13 0 132

30 9 30 35* 49 12 5 1 36 46 3

12 4 75* 66 2 25 2 46 7 649

0 0017 3 97* 0 0037 0 0021 0 0017 0 029

сопу оссмемаиь Ыедг

28 7 19 9 46 83

2 187 364

3 95 5 55

0 0003 0 0006 0 0003 0 0007

11 6 1 32 1 41

27 2

20 5 58 2 186 93

0 004 0 0016 0 0012 0 007

0 51

0 27 0 209

1 68

в 0 0004

1 08 0 0003

1 45 0 0002

4 16 0 0009

сопу опеп(а)15 Nвgr бессемянные

Кишмиш ч 12 56* Кишмиш б 0 29 Кишмиш м 0 99

1 015* 0 29 0 903

0 325* 0 0016 0 0061

74 12* 17 65* 19 5 0 86 64 1 07

1 47* 0 056 0 042

7 53* 3 59 10 9

67* 0 935* 9 9 0 0026 73 5 0 0074

сопу роМ/са Ыедг бессемянные

Коринка 16 6 0 12 0 0012 32 8 5 7 0 11 12 9 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 зкояого-географическим группам и анализ литературных данных поз вопил нам сформулировать ряд принципиальных закономерностей развития грозди

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

. Рисунок 3. Гормональный баланс соцветий винограда^ ___

Гвршмпч!) Егос ю**нАб«шитга

Горммшмм» б«лаи: омряпм ммофада «мм а

: Гоулогшпи бм^ис цч щяпл шщдтЛ топот-могуч* ищпй

. ГГ-ЙГ"

омэоМсмапмссартм я могрефижжой Фуп>Ъ( СистЛ« Черного мор

оплещет»*»

в г

Формирование средней грозди сортов сот/. ропНса (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 сот. осс1с1еп1вНз (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

бессешянности

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

сортам conv опетаЬз Ыедг) мы используя данные гормонального баланса сорта Кардинал приведенные в таблице 3 подобрали концентрации препаратов индивидуально для этого сорта

Таблица 3

ГОРМОНАЛЬНЫЙ БАЛАНС СОЦВЕТИИ СОРТА КАРДИНАЛ

(мкг/г сырого веса)__

Этап оазвития 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 а 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 (ФБц) следующая КАНУ25+Д5+

ГК25+стрегттомицин 400 Для сравнения применяли ГК 25 мг/л как эталон и стандартную обработку ФБСТ включающую КАНУ10+Д5+ГК10+стрегттомицин200 Обработку проводили на этапе цветения путем обмакивания соцветии в раствор препаратов

Таблица 4

УВОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРОЗДИ СОРТА КАРДИНАЛ ПРИ ОБРАБОТКЕ СМЕСЬЮ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА

Вариант Масса Масса Масса Число семян Сахаристость/ Дегуста-

грозди 100 ягод гребня на 100 ягод кислотность ционная

г г г шт оценка

Контроль 190 7 520 39 286 13/5 2 74

ФБСТ 173 1 296 14 1 11 11/6 2 7 1

ГК25 78 8 540 7 8 145 10 8/6 1 69

ФБК 124.6 150 11 6 - 9 5/6 3 73

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 гиббёреллина 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.

Гормонапьный баланс и распределение ассимилятов в семяпочке и околоплоднике

Шатиловой (1997) показано, что сорта, относящиеся к группе conv. ohentalis Negr., образуют в основном партенокарпические ягоды, а сорта conv. ocddientalis Negr. и conv. pontica Negr. - 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 в околоплоднике в течение всего периода наблюдения.

Сорта conv. ohentalis Negr. 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 conv. orientalis Negr. от сортов conv. occidientalis Negr. и conv. pontica Negr. и сходство последних двух групп, что полностью соответствует нашим данным.

Рисунок 4 Накопление ассимилятов в семяпочке и околоплоднике сортов винограда а - Тербаш {conv опеШа/я Ыедг) б - Каберне-Совиньон {conv осскйепfaЛs Шдг)

от лосл« шпмя» д*м после

а б

Отсутствие поступления ассимилятов в семяпочку может быть следствием генетически закрепленного для сортов convar onentalis Negr 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 а 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 (conv occidentaüs Negr )(рис 5 а д) и Ркацители (conv pontica Negr) и существенно отличается от таковой сортов Тербаш (рис 5 б е) и Хусайне люнда {conv onentahs Negr) 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 регуляция

и

процессов развития семени сортов солу опегЛаЬз Ыедг отличается от гормональной регуляции процессов развития семени сортов сопу осс/с/елМ/я Ывдг и солу ропНса Ыедг

Рисунок 5 Содержание гормонов в семяпочке и околоплоднике различных сортов ад- Каберне-Совиньон бе- Тербаш в ж - Коринка черная г э - Кишмиш молдавский

Содержание цитокининов

Содержание ауксинов

и

Содержание ауксинов в семяпочке партенокарпического сорта выше чем в семяпочке семенного сорта, но уровень этого гормона в околоплодниках обоих сор- 1 тов примерно одинаков. В семяпочке стеноспермокарпического сорта уровень цито-кининое выше, чем в семяпочке семенного. Возможно, формирование стеноспермо-карпических ягод связано с высоким уровнем цитокининов, а лартенокарпических - с высоким уровнем ауксинов на этапе цветения и постоплодотворения.

Содержание цитокининов а 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 в семяпочку.

Пол ученные данные (рис. 6) показывают, что обработка на этапе цветения ФБ действительно вызывает снижение поступления ассимилятов в семяпочку на 8-9 дни, причем для сортов conv. orientalis Negr. более значительную, чем для сортов conv occidientalis Negr - /

Рисунок 6. Распределение ассимилятов при обработке ФБ сортов винограда:

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

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

Содержание цитокининов

Содержание ауксинов

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-окопоплодник формируется на ином уровне, чем в контроле У сортов Тербаш (рис 5 б г) и Хусаине 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 сопу оссн^вп!в113 Ыедг и сопу опепШя Ывдг 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 сопу опвШаПз Ывдг обработка изменяет только гормональный баланс околоплодника, усиливая его аттрагирующую способность

Гормональный баланс завязей межвидового гибрида Бурмунк и его изменение при применении регуляторов роста Все предыдущие опыты проведены нами на старых сортах V. *т(ега. 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. х V. атигепзя. . .

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.

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. vinifera. 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 а околоплоднике становится выше чем в семяпочке и максимальным за весь период наблюдении В семяпочке 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 я семяпочке Общая закономерность - снижение количества ауксинов после опыления отмеченная для V уш1/ега 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 (гиббереллии 25 мг/л ♦ и-нафтилуксусная кислота 25 мг/л ♦ дропп 10 мг/л - ФБ) отмечены в одни и те же дни Так как прямая обработка АБК соцветии 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 нафтилуксуснои кислотой (25 мг/л) гмббереплин (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 ут^вга к V атигвп&з как и у сортов V уппйегв

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования позволили создать модель гормонального баланса сорта внутри эколого-географической группы на основе которой можно прогнозировать реакцию сортов на обработку синтетическими регуляторами роста Выбор принадлежности сорта к эколого-географической группе в качестве критерия для 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-Соеиньон (cow. occidentalis Negr.) и Ркацители (conv. pontica Negr.) в 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 бессемянность можно различными путями: регуляцией поступления ассимилятов (Mullins, 1967, Казахмедов, 1996), погодными условиями (Staudt, 1984, Майстренко, 1998), обработкой фиторегуляторами и ингибиторами белкового метаболизма (Motomura and Hon. 1977, Bordeion, Moore. 1994). Обработка теми же препаратами а 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 е 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

2:

семенные ягоды

бессемянные ягоды

обработка регуляторами

—чс-г-:-

•• ^ ' > " - - •

-¿-г

Стеноспермокарпия сформировалась внутри группы сопу опеЫа1т Ыедг Партенокарпия - внутри группы сопу ропЬса 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 гормгнов в семяпочке Обработка семенных сортов является фактором на который данный генотип реагирует в пределах нормы реакции Если для сопу олелй/м Ыедг норма подразумевает стеноспермокарпиче-ский путь то обработка активизирует механизмы включающие этот путь развития Для солу роШюа 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 сопу опетаН$ 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 цветения, высокий уровень ауксинов и цитокининов на этапах цветения и постоплодотворения что приводит к формированию средней по размеру грозди.

- соцветиям сортов сопу осабета/я 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 8 соцветиях семенных и бессемянных сортов найдены гибберелли-цы А4 9 11,19, в побегах - Аддтд Гиббереллиновый пул виноградного растения

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

5 Впервые изучен гормональный С алане 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 Аттрагирующая способность околоплодника выше, чем семяпочки для сортов conv Negr на^этапе^постоплодо^к опвРвжа'°" щему разви^к^со^ппочкУпо сравнению с околопподникои- Агтрагирующая способность семяпочки выше чем околоплодника для сортов conv occidental's Negr и conv pontica Negr на всех этапах

. в На этапе постоплодотворения семяпочка стеноспермокарпического сорта имеет более высокий уровень цитокининов, а семяпочка лартенокарпического сорта имеет более высокий уровень ауксинов, чем семяпочка семенных сортов На этапе начала эмбриогенеза семяпочке обоих бессемянных сортов характеризуются низким уровнем цитокининов "

9 Обработка ФБ сортов conv onentalis Negr с целью индукции бессемянно-сти приводила к изменению гормонального баланса околоплодника, активизации поступления ассимипятов в околоплодник по сравнению с семяпочкой. Обработка ФБ сортов conv occidentals Negr и conv pontica Negr приводила к изменению гормонального баланса и дегенеративным процессам в семяпочке.

10 Гормональный баланс межвидового гибрида Бурмунк отличался от такового сортов V vinifera L Обработка индивидуальными препаратами при отсутствии морфофиэиологического 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:'

А Курапов П Б , Блиновский И К. Бумажный БЕ. Скоробогатова ИВ, Сальникова Е И Идентификация гиббереллиноа в гиббереллине кристаллическом и их активность в биотестах Известия ТСХА. NM. 1991, стр. 181-187.

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

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

ста 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-ои межвузовской конференции "Влияние физических и химических факторов на рост и развитие с/х культур" Орехово-Зуевскии 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 (Vitts vmifera) сорта Хусаине Международный с/х журнал 1996 №6 стр 44-49

7 Курапов П Б , Сальникова Е И Роль эпифитнои микрофлоры в формировании пула гиббереллинов виноградного растения Тезисы докладов 4-ой между! а-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 растении* М 1997, стр 33

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

11 Сальникова Е И , Курапов П Б , Казахмедов Р Э Смирнов К В Сиушева А.Г Динамика содержания гормонов а соцветиях винограда различных эколого-географических групп Виноград и вино России 1998 Na 2 стр 25-27

го

Обьем 1,25 п л

Закл 291

Тираж 100

Типография Ичзатрчьствт МСХ\ 127550, Мооьва, Тимирялеаикая ул, 44

V