Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Характеристика ассимиляционного аппарата гетерозисных гибридов кукурузы

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Характеристика ассимиляционного аппарата гетерозисных гибридов кукурузы"

НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРАДИ IНСТИТУТ ФШЮЛОГП РОСЛИН 1 ГЕНЕТИКИ

Р Г Б Ort

9 О KT î8ib На правах рукопису

Ш К А Б А РА Тетяна ЛеонШвна

ХАРАКТЕРИСТИКА АСЙШЛЭД1ЙНОГО АПАРАТУ, ГЕТЕРОЗЙСНЙХ. Г1БРИД1В КУКУРУДЗИ

03.00.12.-ф1з1олог1я рослин

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступеня кандидата бшлопчних наук

К И Ï В - . 1 9*9 5

¡rxixaiüitt s рукопяс

Гсбота виконана в Черн1вецькоыу держуи1верситет1 , Ю.Федьковича

Иауковий кер1вник: кандидат б1олог1чних наук, доцент Мас1кевич Юр1й Григорович

0ф1Шйн1 опоненти: доктор б!олог1чних наук, професор Кочубей Св1тлана Михайл1вна

доктор <51олсг1чних наук, професор Еулах Анатол1й Андр1йович

Пров1дна установа: Льв1вський держун1верситет 1м. I.Франка

Захист дисертацП в1дбудеться 1995 року

на вас1данн! спец1ал1вовано1 вчено! ради Л 60.09.01 по еахисту дисёртац!й на вдобуття наукового ступени доктора наук при 1нсти-тут1 ф1е1олог11 рослин 1 генетьл HAH Укра!ни эа .адресов: 25S.022, Кй1в-22, вул. Васильк1вська 31/1?.

3 дисертац1ею мозша ознайоыитися у б1бл!отец1 1нституту ф1з1-ологП рослин 1 генетики HAH УкраЧни. л

Автореферат роэ1сланий .б^А^^С^ 1995 року

Вчений секретар сп.зц1ал1зоБанс1 вчено! ради

Труханов В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуадьн1сть i ступень дскшдженосп теми дисертацп,

Незважаючи на 1снуаанкя ц!лого ряду Ппотез та теорий (East'(1936), Shull (1948), Турбгн (1961), Jones (1971), Конарев. (1981), Шахбазов (1990), Хотшьова (1990)), механизм прояву 'пбридно! сшш" к1нечно не вивчений, що стримуе його прзктичне шкористання. З'ясуванкя причин гетерозису е частют штеграо)-юго П1дходу до пояснения гидвищеноТ продуктивное^ г!бридних !рган1зм1в. -

• Особливе Micae в дамй проблем! займае ранне ¡трогнозування фекту гетерозису. Як покаэуе практика, в 1дб1р батшвських пар. роводиться в основному' по зовншньому вигляду (форм! та плрщ! ncxKiB, кшкост1 качанiE та iH.), а тому досл!дження, як: 1рямован1 на виявлення особливостей в орган iäaiü'i та фунгацону-äHH'i асимияцшного апарату б актуальними та необхЦНима.

. Вивчення структурно! та функцшнально! орган1задИ :им1ля1Цйного апарату пбридних рослин призертае увагу широкого )ла досл1дник1в у зв'вку з тим вазшвим значениям, яке в1двс>-:ться фотосинтетичному апарату (ФСА) в забезпеченн1 п1двищено1 одуктивност! даних орган1зм1в. Серед гетерозисних рослин куку-дза займае особливе Micue. Не псясюсеться тим, що вирощування но! культури в cBiTOBOMy землеробств! в . основному переведено пбридну,основу, тому.успшне використання гетерозису в!дк.ри-; додатков! MCiunBocTi для збиьшення виробництва зерна та сращення бази. тваринницва.

Дослдаекня по тем1 дисертацп координуються в рамках шародно! програми по проблем1 "Фотосинтез та продукцшний >цес" (кер!вник программ - акад. Мокроносов А.Г. , лист на зго-poöiT на 1991 - 1995 роки затверджено 18 травня 1990 року).

■ Мета i ocHQBHi завдання наукогг. досл!дження. Мета дано! оти - доаидити особливост! структура та' функц1онув~ння

й- о _

• асишлящйного. апарату прямих га реципрокнкх пбридних

• комб^ацш кукурудзи та 1х вюадних форм на ранШх етапах онтогенезу та виявлення можливих метаболхчних ишшв реал!зацп ге-нетично! програыи пбридних орган!зм1в по ¿нтегральних показни-ках асимиящиного апарату на.органельному, клиинному та орган^ ному р1внях.

В зв'язку з цим були поставлен! так! завдання:

- дослцити мезоструктуру листка та стебла гетерозисних пбрщцв кукурудзи та !х вихЦних форм;

- ощнити цитолог1чний прояв гетерозису у Г1брид1в разно! генетичног природи;

- проанал1зувати ультраструктуру хлоропласпв 'двох тшпв (мезоф!лу та обкладки) прямих та реципрокних комб1нацш г1брид!в кукурудзи; . \ '

- провести досл!дження функщонал&о! активност! фотосинтетичного апарату: визначити актшасть реакцП Хила,' фермент1в РБФК, РНКаз, амтз;

- застосовукш специф1чн1 !нг!б!тори бокового синтезу, встановкти ступхнь участ1 ядерно! та пластидно! генетичних систем в забезиеченн! функцшнування ЯСА гетерозисних гЮридгв.

Наукова новизна досл!дження. В робот! вперше дана комплексна оц1нка асим!ляц!иного апарату гетерозисних пбрид1в кукурудзи, як! В1др1зняюпся за генетичною природою, на органельному, тинному та органному р1внях оргащзацп. Встановлено, що по ряду показник!в, як! характеризують асимшцшний апарат (площа листов,. величина кл1тин, площа хлоропласт), не спостер!габться прояву ефекту матьринсько! цитоплазми. Показано, що високогете-розисн! г1бриди достов1ркб перевалить вихши форми 1-низькоге-терозисн: рецепрокн! комбгнацЦ за ступеней розвитку листка та -стебла, активносп ферментов, якГконтролюють. перетворення крох- ] .малю в хлоропластах,- метая!зму засвоення СОг- Виявлено, що . НбридизаШя рсслин.на гетерозис супрсводауеться зростанням рол! биоксинтезуючо! системи пластид. (70'з) в. аабеапеченн!/п1двище-•' > но! активност! -транспорту . електрон!в .по •.електроктранспортн'ому-1анцюгу.'-.(ЕТЛ) .(реа-щ!й Х!лла):, РБ1К . та/гадя параметр!®, як!

- з -

характеризують функгцональну активн1сть ФСА. Зд1йснено подальший розвиток питания цитолопчного прояву гетерозису, зв'язку ультратонко! структури хлоропласт¡в з функцшнальною активности ФСА та р1внем прояву гетерозису по продуктивность

Теоретичне та практичне значения робота. Результата роботи дають можлив1сть розширити 1снукш уявлення про особливосп структур« та функщонування асимшц1йного апарату, як материально! основи, що забезпечуе прояв гетерозисного ефекту,. Встановлен! законом1рносп поглибдають поняття метабол1чного зв'язку р1зних р!вн1в оргаизацП асимШцшого апарату та продуктивное^ рослин. ■ ...

На основ1 отриманих реаультапв пропонуеться ряд доступ-иих критерпв по попереднн"! оц1нц1 вих1дного штер1алу та ран-ньому прогнозуванню в1дпов!дних ознак гетерозису на предмет ви-користання ¡X в селекцнШй практиць

Апробащя роботи. Основн! результата досл1дкення вжштлю-зались на Всесовзних конференц!ях ("Фотосинтез та . продуши йний фоцес" (Саратов, 1939), "Онтогенетика вищих рослин" (Кншин1в, [989)). репональий конференд! 1 молодих вчених "Актуалып фоблеми ф1зшлогП рослин та генетики" (Кшв,1992), II з']'зд1 'крашського товариства ф1а!олог1в рослин (Ки'1'в,1993), науко-; 1 й конференци викладач1в, сл1вробштк1в та студентов, присвя-ено'1 120-р1ччю ааснування Чернявенького ун1верситету (ЧернЮ-д, 1995), розширеному засцашп Чергивецького вщИення Укра-нського товариства ф1з1одог1в рослин та кафедри ботанжи ЧериЬ ецького державного ун1версите'ту. 4

Структура 1 обсяг дисертшЦйтл роботи. Дисертащя склада-гься 31 вступу, огляду лп'ератури, опису об'ект1в та метод1в хшдження, трьох, експериментальних глав, висновк!в, списку. 1тератури, який включае 270 джеред, в т.ч. 71 - заруб 1дших ав-)р1в. Робота викладена на 108 сторонках машинописного'тексту ;рез 1,5 да. ! мостить 21 таблицю та 12 рисуцк1в.

На зачист виносаться так1 ссновн! положения: 1." Прояв гетерозисного ефекту на разних резнях розвитку иы1лящйного апарату (органельному, клиинному, ергаяному)..

- 4 - -

2. Характеристика структурно-функщонального стану ÍCA прями/, та реципрокних Пбридних комб1нац 1й. ■

Особистий Бнесок дисертанта у розробку наукових результат1в полягае у • еикошш . експеримент1в, представлених у poGOTi; пiдготовц! матер:ал1в для друку в наукових журналах.

Об'екти i мегоди дсслЦжень. Об'екгом досл!дження служили проростки пбршлв кукурудзи Слава (л.Б1Р 44 х лВIР 38.), I зум-РУД'. (Л.В1Р 44 X л. Мб-201 зМ), CBÍTC4 (Л.Б-;Р 40.Х л.В1Р 43), Шонер (л.346 х Л..50Я), Г-41 (л. 141 х Г--01), Буковинський-П Т . (г.Садгорець к с.Кремниета-880) а також ¡х еих!днкх форми е фа- ' зу пояеи другого листка. В схему експерименту були.включен! та-ксж реципрокн! комб i нац! í'. г i брид i в ■ Шонер (л. 502 х л. 346) та' Г-41. (Г-01 х л. 14.1).

Проростки вирощувались в .вегетацшних камерах до фази поя-ви другого.листка.•Цитолог1чний анал1э проводили по методу Булко (Булко и др.,' 1985). К1льк1стъ';кл1тин• в певиому об'ем! -гЛдрачо-вували п!д MiKpocKorioM в' камер! Фукса-'Розентапя при эб1льшенн1 10x10. ГПдрачунок к1лькост1. хлоропласт1в'проводили в "О клiтиках мезофкчу та обкладки провших судин при збальшеkhí 7x40, Прела--рати фотографували. .:

Для електронно-м1кроскоп!чного анал1зу отримували зр!зи на ультрамжротом!. LKB-8800 ! продивлялися на електронному мткрос-Koni "УЕМВ-100 В. Для вивчення фотох1м1чно1активист хлороплас-ти. вид i ляли, з; проростов методом Вест i■ В1ск1ч (West, Wiskich, 1968). • Hacímm.-пророщували в: термостат! при 25-27сС.на протяз1. 4-5 д1б. В подальшому.'проростки витримувалися 2 доби в темнот! на середовищ! з антибштиком (доел i д). та на чистому середовищ; (контроль).. Концентрац!я антибиотика в-. хлорамфенжезл' - 500 мет/мл, циклогешшд - 1.00 мкг/мл.

ШвидкЛсть реакцп Х1лла визначалася спектрофотометричним методом (Гавриленко и др.,- 1975) по киькостг в1дновленого фер-риц1ан1ду калш, що використовувався . в якост! акцептора елект-рОН i В; •

, AKTHBHiCTb РЕФК визначали по методу Магомедова (Магомедов, 1978):-на основ i зм!ни ormmo'i густини НМ№*Н при 240 км. ;■...-.

Юптишп органели, для вивчення активност! РНКаз, вид Шли методом диференшйного центрифугування (Гавриленко и др., 1975). ■ Активн!сть РНКаз клшшних срганел визначали по методу Стокса та ВандендрШ в модиф1кацП Татарсько! (Татарская и др., 1984). ПроСи спектрофотсметрували на СФ-46 при 260 нм. .За единице активност! ферменту приймали прир1ст оптично! густини за 1 хв в розрахунку на 1 г ОШа. Концентрацш бмк!в розраховували по каибровочному граф1ку, побудованому на основ! кристал!чного би-чого аяьбуьину.

Бизначення активност! амшл!тичних фермент1В проводили по Плешкову (Плешков, 1975). Метод грунтуеться на видиенн! а»шаз !з рослин розчином хлористого натрш, дП !х на крохмаль та визначенн! фотометричним шляхом нег!дрол!зованого крохмалю.

Наявн1сть азоферменпв ам!лаз визначали методом нативного електрофорезу (Гильманов, Фурсов, 1981) по зникненню в окремих : зонах на електрофореграмах крохмато; попередньо внесеного до екдаду 'геля 1 проявленого Шсля закшчення електрофорезу розчином йоду., ¡зоферментний склад амыаз анал1зували за розм!щенням незафарбованих полос на гель

Результата досл!д!в статистично опрацьован! (Маслов, 1978). В таблицях представлен! середньоарифметичн! данГ.таЛх стандарта! Ылхилен.чн.

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТИ.

К1льк1сна характеристика ас1ш!ляцЗДого апарату гИЗршцв кукурудзи та хх вих|дних форм. Мезоструктура асим!ляц!йних ор-ган1в. - листка, стебла, може бути одним !з фактор1в,уяк1 Л1м1ту-ють продуктивней рослин. Проведен! досл!дження, представлен! в таблиц! 1, показати, що г!бридизац!я на"гетерозис супроводжуеть-ся зменшенням к!лькост! кл!тин на одиницю площ! листка. Сл!д та-кож В1дм!тити, що '".реципрокн! комб!нацн даних г1брид!в не в!др!зняються в1д прямих по даному показнику-. Зменшення Шь-косп штин у гетерозисних г1брид!в можна пояснити ¿¡бшшенням:. 1х .розм1р1в, про що. свШать- .проведен! ' нами,• м1кроскйп1чи! аоезджек'ня' (рис.!,).' '-■

- б •

. Таблиця 1

Вм1ст клгтин та кшккть хлоропласпв на клшшу листка в проростках гетероэисних г1брнд1в кукурудзи та 1х вихЦних форм

(М+-т) п-4

• 1 I Ферми I 1 кукурудзи | 1 1 1 1 1 Кшклсть хлоропл. на штину| 1 кшк1сть | штин/см2 1 *103 | 1

мезоф1л . 1 i I обкладка 1 1 I

1 1 I л. 34.6 (9) ■ ! 34,0+0,37 1 1 1 18,1±0,65 | 1 126,8+3,85 |

¡г.ГИонер (171) | 44,5±0,96 ! 27,8^0,89 1 66,0+1,82 |

|Л 502 (б) .. | 35,3*0,82 | 24,0+0,80 ! 108,0+1,09 |

!г.Шонер - | ¡■' ■■ ' .1 1

I(л.502 х л.346)| 1 1 42,410,65 | . 26,2+0,78 | г 1 66,5+1,54 | 1

Вих1ДН1.форми Г1брид1в контрасно вщлзчяються мш собою по величий: ¡штин та IX кшкост! на одиницю площь

Збиьшення розм1р1в юптин меаофиу у гЮридгв супроводжу-еться зростанням числа хлоропласт, про що св1дчить проведений ■ пцрахунок кшкосп хлоропласпв (табл.1.).•

СтуШнь розвитку стебла. (к!льк1сть пров1дних пучкгв, в1ддаль киж ними та 1н.) - його мезоструктура, е необхщною умо-вою транспорту асйм1лягпв в!д мЮця синтезу до атрагуючих центр1В. Дослдаення ступеня розвитку провхдно! еистеми р1зних за генетичною природою г!брид1в кукурудзи та 1х виххдних форм (табл.2.) показали, що вивчен1 гЮриди характеризуются п1двище-ною к!льк1стю пров!дних пучк1в першого порядку в облает1 колеоп-тильного вуэла 1, як правило, успадковують одну з батшвських форм. В той же.час реципрокн1 комбшаци не в1др1зняються досто-в1рно в!д прямих по" даному показнику. При П1д^ищен1й киьксс-т! провЦних пучк!в стебла 1 пост!йн1й к1лькост'1 ■ кл!тин м1ж ними, гетеро'зисн! пбриди переважаготь' вих1дн1 форми 8а масивн1стю стебла. ; • '

Таким чином, можна стверджувати, що .пбркдизаШя рослйн кукурудзи на гетерозис супроводжуеться зч1ною ряду глльк!сних

л

JI.346

г.ГИонер

Л.502

Pmi

С. 1. ' Клпидн■ мезоф1лу.гетерозисного■ пбрвду кукурудзи Люнер (л,346 к л.502) та його вихвдих форм. ' ' ■ Зб1льшення X 980' '. .

Габлиця 2

Анатом1чн1 показники будови стебла проростк1в гетерб-зиснйх г!брид1в кукурудзи та ïx вих!дних форм (М+м) п=4

1 I Показники . i .■ ...... — "i Г ФОРМИ КУКУРУДЗИ | 1 1

1 1 1 . 1 1 ■I: л.346 |г.Шонер 1 л.502 |г.Шонер | 1 (Q) 1 (Fi) 1 (tf) 1 (л.502х 1 1 | 1 1 л-346 > 1 1 I I 1 i

|К1льк1сть 1 1 1 I I |1б,0+0,57|20,3+0,66|17,8+0,40|18,2+0,25 j

|иров1дних 1 : 1 1 1 ' 1

| ПУЧК1Б 1 1 1 ! I

1 р | <0,01* | <0,05*4.>0.05***1>0,05****1

|К1дьк1сть |4,72+0,13|4,67+0,3314.70+0,38|4,96+0,23|

¡кл!тин м!ж 1 1 1 1 1

|пров!д.пучками! ! I 1 1

1 Р i | >0,05* | >0,05** | >0,05***|>0,05****1 1 1 1 1 ..... ■ -----!

.* - достов1рн!сть р1зниц! MiK-Fi та материнською формою; ** - достов!рн1дть р1зниц1 м1ж Fi та батшвською формою;

*** - BocTOBipHlcTb р1зниц1,м1ж вих1днями формами;

- достов1рп1сть pl3HmU м1.ж реципрокними комб!нац1ями.

показниш асш1ляц1йного апарату, насамперед: зб1льшенням площ1 листов, величини кл1тйн мезоф!лу, зростанням к1лькостг хлороп-ласт|в та ускладненням мезоструктури стебла.

Ультраструкгура хлоропласт иезофхлу та обкладни i нагро-мадження астЛляйв у гетерозисюа форм кукурудзи. Дослдаення тонкоi структури фотосинтетичного апарату р!зних форм кукурудзи показали, що л!нП, сорти та' пбшди (форми кукурудзи, як! в1др1внявться генетичкою природою) характеризуются рхзним ступеней розвктку ламедярно'! система хлоропласт1в мезоф1льного типу (табл.5. ,рие.2.). Так, прсстий м1жлШйн«й Пбрил Шонер, наделений добре'розвиненою гракалькою системою.- Грани м!стять ком-

Таблиця 3

'Морфомегричний аналЗз елеменпв ультраструктури хлоропласпв мезофиу г1брид1в кукурудзи та !х вшдних форм (М+м) -

| Форми ' 1 г ■ :■ 1 .....- ■ "т-:--- Площа | К1льк1сть ЖхлькЮть Щитома i 1 Питома (

| кукурудзи хлороплас | гран на |плако1- | площа п-ща плас-1

1 3 | хлоро- |д1в в гра|гран /в тоглобул |

.1 1 / в мкм2/| пласт | нах \7, до заг/ Г 1 1 в 1 до заг|

1 .1 л.346 (д) 1 1 1 . 29,0+0,2 |15,7+0,62| 3,5+0,15|2,04±0,09 1,6+0,07 |

Г' р* <0,001| <0,001| <0,01| <0,01 <0,001 |

|г.Шонер (Г1) 67,2+3,55|35,6+1,69| 6,7+0,3219, 06±0', 55 0,5+0,03 |

I р ** : >0,01 | >0,05| <0,01|. <0,01 ' <0,01 |

|л.502 (о) 43,9+2,10|37,6+1,90)2,8+0,12 |2,6±0,11 1,0+0,04 |

] р *** <0,01 | <0,01) <0,С5| <0,05 <0,01 |

| г.Шонер 56,1+3,00|34,5+1,80|4,5+0,25 |7,1±0,32 0,6+0,02 |

|(л.502хл.346) 1- 1 1

| . р**** i <0,01| <0,01( <0,05| <0,01 1 i i <0,001

! ¡л.141 (?) I 1 1 27,7+1,60|14,5+1,10|3,2+0,15 (2,4+0.12 1,2+0,06 |

1 Р * <0,001| <0,01| <0,01| <0,001 <0,001 (

| Г-41 55,4+1,40|36,0+1,70|6,3+0,28 18,5+0,45 0,4+0,01 |

| р ** >0,05| >0,05| ■ <0,01| <0,001 ' <0,05 |

1 Г-01 Чей.' 50,1+2,40129,8+1',50(3,6+0,14 (2,1+0,10 0,5+0,03

1 р *** <0,01| <0,01| >0,051 >0,05 <0,01 1

Г Г-41 59,4+3,10|33,4+1,10(4.1+0,20 (5,2+0.30* 0,5+0,02 (

| (Г-01Х л. 141) :. ~ 1 . ' i • 1

| р**** 1 <0,01| <0,011 >0,05) <0,01 i 1 1 1 <0,05 ( |

пактн! т1лако!ди з незначним простором м!ж мембранами. Для вс1х

дослЦжених нами простих мШшйних. г1брид!в характерна1 значна величина поверхн1 тшко!дних мембран одного хлоропласту - майже вдв1ч1 'бтльша, н!ж у гомозиготних ,лШй. Наочно це Шструе фото хлоропласт!в мезофиу (рис.2.).

Б штинах мезофиу гомозиготних л1н1й (шхлдних ферм

mi

л. 346

г.ГИонер

л.502

Рис.2. Хлоромасги мезоф3лу Г1бряду кукурудзн Шонер та його йих1дних форм. Зб1лъшення х 1Ú000.

простих М1жлзнгйних г1брид1в) переважають хлоропласти з сильно редукованою системою ламел. Плако'ш гран займають незначний об'ем строми, cnocTepirasïboi подовження м1жгранних т1лако!дгв.

' Пор1вняльний анал!з структурних елеменпв хлоропласпв лК тйних та гЮридних форм кукурудзи показав, що найб!льшу кишеть гран в хлоропласт! мають високопродуктивн! прост1 MiMiHiHHi пбриди. CaMi ж вих1дн1 Ферми данях Г1брид1в (гомо:.л-готн1 л!нП) pi3Ko в1др1зняються не пльки кш>гЛстю гран, але й питомою' площею поверхн! гран та Л1по'1'дних глобул. Для г!брид!в характерна 01льш висока асшшцнша площа хлоропластîb, а також б!льш розвинута внутршня ламелярна структура фотосинтетичкого апарату. Це проявляеться в збшшенч! числа т1лакошв в окремо взят1й rpaHi та зростанн1 кшкост! самих гран тако'Шв (биь-ше число гран середнього розм!ру, як! заповнюють весь об'ем хлоропласту).

Анал1зуючи тонку структуру хлоропластiB обкладки прямих та реципрокни/. ком61нац!й пбрадцв р!зного р!вня репродуктивного гетерозису, вдалося встанозити спещЛчнЛ особливост! ÎCA г!брид1в, . якг в!др1зняються типом материнсько! цитоплазми (табл.4.). Було Естановлено, що реципрош гхбридн! комбшацп не поступаються прямим за розм!ром хлоропласт1в, 1х площ1, к1ль-koctî гран на .'хлоропласт, проте характеризуются меншою кЛльйстю плакоШв в гранах та питомою поверхнею гран.

Високогетерозиснл пбриди займали, як правило, пром.1жне . положения по нагромадженню крохмаш та л!поТд1в, або ж наслхду-вали ту з батькЛвських форм, яка характеризуешься м1н1мальним значениям даних показникЛв. Для низькопродуктивних реципрокиих b'omôiнац!й характерна 'значке нагромадл. ння крохмальних зерен, i мае Micue перевага по даному показшжу навиь над гомо&дготнкми ,ин!ями. Хлоропласти обкладки нагадують в данш ситуацП ем-KocTi, перепечен! включениями, кроема.™ з сильним порушенням просторового розмщення 'Плако1дного апарату (рис.3.). Отже. до-сл1джен1-низькопродуктивШ форми кукурудзи 1з кедостатньо резви-нутою системно пров1дних яучк!з стебла, також харагсгеризувться нагромадженннм в хлоропласта;'; обкладки крохмалкчих зерен.

- гг -

Таблицл 4

Морфометричний анал13 елеменпв ультраструктури хлоропласпв-обкладки' г1брид1Б кукурудзи та IX вихщих форм (М+м)

1 | Форми 1 . • | Площа 1 ' ¡Питома по- 1 Питома по- |

| кукурудзи | хлороплас. |верхня крох верхня пла-|

1 .3 ¡мал.зерен. стоглобул |

| /В МКМ2/ 1 ■ | - в % до заг 1 в 1 до заг|

| л.346■(§) 1 ■ .123,12+1,20 ¡3,3+ 0.16 0,50+0,02 |

1 р* 1 <0,01 | <0,05 <0,01 |

| г.Шонер (Га) 148,36+2,41 |2,5+ 0,12 0,4+0,02 |

I р** | <0,01 1 <0,001 <0,01 |

I л.502 ((Я 124,87+1,40 ¡12,4+0,60 0,8+0,03 |

| р*** 1 : >0,05 | . <0,001 <0,01 |

I г.Шонер 150,24+2,60 ¡45,6+0,20 0,9+0,05 |

|(л.502'х л.346)| 1

| р**** | <0,01 1 1 | <0,001 1 1 <0,05 ) * 1

| л.141 (д) 1 ¡21,7+0,90 1 ¡2.2+ 0,10 0,4+0,01 ' |

Г Р.* | <0,01 1 <0,05 <0,05 |

I Г-41 (Т:) 152,9+2,60 |3,0+ 0,15 0,5+0,02 . 1

I р ** 1 <0,01 | <0,001 >0,05 |

I Г-01 (0; 131,8+1,60 115,6+0.80 0,6+0,04 |

| р *** ! ' <0.05 | , <0,001 <0,05 .|

| Г-41 157,2+2,60 ¡48,5+2,60 0,8+0,03 |

|(Г-01 X Л.141) 1 1

| р **** 1 | <0.05' а, -.,.:. - |. <0,001 1 ■ , ......: . <0,05 | 1

Недостатки диференц1ац1я пров1дно1 системи стебла низькопродук-' тивних форм меже бути, на нашу думку, одн1ею з причин недостат-нього в1Дтоку 'асишляпв до атрагуючих центр!в. .

ч

• Таким чином, при пбридизацП рослин кукурудзи• • мае м!сце збшшення активно!' поверхн! аашлящйного апарату за рахунок зтругсурйих перетворень як на р1внГ листка (органний р1вень), так 1 на р!вт окремо взятого хлоропласту (срганельний р1вень);

фуннцтнальна шшпшсть фогосиитетшного апарату готеро-зисшк пбр»уив' нунурудаи-та' Кх вих1дша |срм. В якосп ф1зюло-го-б1ох!м1Чннх маркер Iв функционально! активност1 Ш Пбрид1в кукурудгк та )'я вих1дник форм визначази активность реакцП К1л-аа. ж?йгН1СТ1. Фермой" 1 Р£'!К та РИКаз

Проведен! дослЦження активност! реакцП• XiMa показали-

(тзбл 5.) перевагу високопродуктивних г1брид1в ■ Шонер, Г-41, БуковинськшИ! Т над вих!дники батшвськими формами. Реципрок-к! комбшцп достсшрно не в1др1эйяються в!д прямих по швидкос-т! транспорту електрон1Е.

' Таблиця'5 :

Вплие iHrlOiTopiB бокового синтезу на актиЕн!Сть реакцп Х1лла (мкМ вцповленого ферриц!ая1ду на 1 мг хлороф.1 лу sa 1 год.) гЮриду кукурудзи Шонер та його-вих!дних форм " . '■ (М+м) (l>4)

—:-----:--"1—:--*—f---;: —i--;—г--:—~г—-'

¡- Форми . ! Контроль! XAI* М- - ; ЦП ■'']'■'% I | кукурудзи ■ | (Н20) . 1500 мкг/мл|подавл|200 мкг/мл|подавл f

----^-i----------1---,------------j-----j '

|Л. 346 .(9) . I 78,4+2,61 60,9+1,11 18,5 | 26,9+2,4 I 65,7 | .

I p* . j " <0,0011 . <0,0i •! ■ ■'■■ . г <0,01' !, - j

If. iiiOHep (Fi;! 160,6+3,81,81.,7+_l,4 | 49,2! 81,2+4,4 j - 49,5 |.

I p*# I <0,01 j <0,0.1 : ! - J <0,01 ! |

| л. 502 (¿) ' ¡100,5+4,11 64,9+2,5 1.35,5' i 32,4+1,9. j G7,8 I

■I .p*" . I <0,05 i >0,05 ; . I >0,05 ■ !. ."- I; '

|Г. Шонер . |150,2+5,4| 75,5+2,3 ! 49,7 | 74,4+3,6. | 50,5 i

!(л.502Х л.346)| i , ! . : ! - . I I ■

I v**** ' t >0,05 1 >0,05 ¡. ■" • ! >0,05 i i

I______—X__— Л ....—:---_-J__-■ -j

Для визначення .дольово! учасп цитоплазматичних i хлсроп-ласних бЫоксинтезуючиХ., систем в забезпеченн! фотох!м,; чно! активност! хлоропласт!в ми використовували специфГчнг iHriOiTopn бокового . синтезу 70's та 80's рибосом - хлорамфешкол (ХАФ) та циклогекс!м!д (ЦГ1). Дан! таблиц! 5. вказують на те, що ХАФ май-лее наполовину . !нг!буе. фотох!м!чну активн!сть хлоропласт!в у - г!бридних орган!зм!в незалежно в1д 1х генетично! природи. . При lib ому ; BHxiflHi батШвськ! форми виявилися менш чутдаими до дп . iHri6iTopa. Застосувашга ЦГГ-дало можл.ив^сто встаюыин, щофо-тох1м!чна активность лшшшх батшвських форм в .зиа'Шй Mi pi валезшть в!д реал1эац1"! генетично! !нформ-пцп . на 80.'s рйбосошх. •

У гШридних орган1зм1в прослщсовуеться тенденц!я до зб1льшення зачежносп активносп ФСА в1д власно! (70'б) б!локсинтезуючо1 системи.

При вивченн] активносп ферменту РБФК в!дм!чена значна пе-. ревага гЮридних орган1зм1в над вихшкми батьк!вськими формами. . В той же час не виявлено суттевих в1дм1нностей по даному показ-нику м1ж прямими та реципрокними гхбридними комбшац!ями. Зас.о-сування 1нгЮ1тор1в бокового синтезу дозволило зробити висновок про посйлення дольово! участ! хлоропласних б!локсинтезуючих систем пбридних оргашзм1в в забезпеченн! функц1онування ферменту РБФК (табл.б.).

Таблиая 6

Вплив 1нг1б1тор1в бокового синтезу на активность РБФК (оп.од.х102) пбриду Шонер та його вих1дних форм (М+м) (п-4)

1' " I Форми 1 Контроль| 1 ХАФ 1 % ЦГ1 1 х !

| кукурудзи . (НгО)' 1500 мкг/мл|подавл 100 мкг/мл подавл 1

IЛ. 346 (0) ■ 1 6,5+0,301 г 3,6+0,161 44,6 2,9+0,15 55,4 |

1 р*-' <0,01. [ <0,01 ! <0,001

|г. Шонер (ГО 14,4+0,701 2,2+0,15) 85,6 11,7+0,35 10,7 |

1 р" . <0,001 | <0,05 ! . <0,001

|л. 502 (ф .,8+0,25| 1,3+0,09 Г 53,6 1,5+0,06 46,4 |

1 р*" <0,01 Г <0,01 | <0,01

¡г.Шонер .' 12,8+0,501 2,4+0,101 81,2 9,2+0,25 28,1 |

|(л.502х л.346) 1 1

>0,05 | ... ..... . >0,05. ! | <0,05 1

До анаяог1чного висновку ми прийшли 1 при досддаенн! Епливу 1нг1б1тор1в на РНКазну активнють кл1тушшх ядер та хло-ропласпв (табд-7.).

На основ1 отриманих. результат1в- можна стверджувати, що здале схрещувачкя на гетерозис супроводжуеться складним харшсте-ром взаемодп м!ж ядерник® та пластидними генетичними системами пбридних сргаш.вдв. Дании факт .знаходить сво?. п1д-нерд*ення г

- 16 -

• Таблица 7

Бплив lHri6iT0piB бокового синтезу на активнють PHKas (оп.од.х Ю"1) г!бриду Шонер та його вих!дних форм (М+м) (п=4)

г —i | : — | i n--1

|Форми кукурудзи) Контроль I ХАФ I 1 \ ЦГI I I I | (HgO) . j 500 мкг/мл|подавл|100 мкг/мл|подавл

I Akthbhíctb РНКаз ядер

Л. 346 ($) ¡0,92+0,03810,68+0,0211 26 |0,45+0,021¡ 51

р* ! >0,05 | >0,05'. | | >0,05 |

Г. Шонер (Fi)|0,94+0.;034|0,78+0,030Г 17 |0,38+0,015| 60

р** | >0,05 | >0,05; | . . |; <0,05 |

Л. 502 (со ¡0,90+0,01810,75+0,0291 17 |0,29+0,008| 68 р*** j >0,05 ¡ >0,05 Г I <0,01 |

¡ Активн1сть РНКаз хлоропласпв

Л. 346 (Q) 10,46+0,0191.0,28+0,0131 39 ¡0,33+0,013| 28 р* ¡ <0,01 I <0,01 ¡ ! <0,01 i

1 г. Шонер (Fi)¡0,25+0,012|0,14+0,006| . 44 |0,22+0,010¡ 12

i р** ¡ <0,001 ¡ <0,001 | 1 <0,01 |.

| Л. 502 (d) ¡0,60+0,01910,39+0,0131 35 |0,33+0,016í 45

¡ р*** | <0,05 | <0,01 | | >0,05 Г

I_,_ . _1__ , . ' I____I-:-1-:--1--—I

посиленн'1- функц!онально1 aKTHBHOGTi хлоропласт1в по вЦношенню. до вивчено! нами реакцП ХШа, активност! фермент1в РБФК та РНКаз, як показникгв функцГонально! активност i фотосинтетичного апарату вищих рослин.

'■■'■"■ ВИСНОБКИ

1. Встановлено т!сний кореляц1йнш взавмозв'язок (г=0,874) mí ж площею листового, апарату .' та .;• зерновою . продуктивн i ста дсс-л1джуваких форм кукурудзи.' Збиьшення плонд листового апарату високопродуктивриХ- гетерозисних г 1бркд1в Шонер, Г-41, Буко-бинський - 11 т 'супровсджуеться зменшенням кглькост! клiтин за рачунок з51льшення íx рсзм!р:в..

2. Показано, що эмони розм1р1в шптин мезоф!лу гетерозисних г1Срид!в ■ супроводжуються збыьшенням- в них колькосп хлоро-пластов, особливо хлоропласт гранального типу.

3. При пбридизацп на гетерозис мае м!сце збольшиння плосЦ окремо взятого хлоропласту, ускладнення ламелярно! системи хлоропласт! в мезофиьного типу, зменшення л!по!дних та крохмальних включень хлоропласт1в обкладки. Тобто, вдалий гйдб1р форм приз-водить до виникнення оптимально! структур« асимоляцшного апарату, здатного до ефективного перетворення сонячно! енерг!!.

4. Досл!джен! гетерозисн! пбриди характеризуються п!двице-ною фунгаи опальною активности . фотосинтетичного апарату • в пор!вкянн! з виходними'фермами та низькопродуктивними реципрок-.. ними комб1нац1ями по таких параметрах, як: активнгсть реакцн

^„Хша, актившеть ферментов РЕФК, ам!лаз.

5. Застосування специфочних 1нг1б1хор1В белкового синтезу; а. також використання в якост1'моделд доелддження прямик та ре-ципрокних ?!5ридних комбшаоЦй, дозволило встановити ступ!нь участ! ядерно! 'та пластидно! генетичних систем в забезпечешц ■больш активного., функцюнування ФСА досл!дкнених гетерозисних нбридив.

С. В якоста критернв раннъо! диагностики (фаза появн другого листка) та подбору батьковських форм для отримання високо-. гетерозисних гобридних . юМНнаоцй, ' можна пропоновувати так! показники: величина клган,. кшкють провЦних пучмв, кш-^сть хлоропластов в розрахунку на мшину, ' активность реакцП *>Ллла та амололштошх ферменпв.

Список' наукових працъ, що вЦзбражають основн! • положения дисертааП »

!. Шкабара Т.Л., Масикевич Ю.Г. Биохимически0 предпосылки продуктивного гетерозиса кукурузы V/ Пун повышения продуктивности, эффективности использования и охраны природных ресурсов Карпат и Прикарпатья. Тез. дога. науч. конф. (Черновцы, 1969.) -К., 1989.. - С. 13Я - 144.'

2. ыкабара Т.Л., Масикевич Ю.Г. /дативный гетерс,;:' у кукурузы

как фактор повышения продуктивности агрофитоценозов // Онтоге-неткка высших растений. Тез. докл. Всес. науч. конф! - Кипинев: Штиинца, 1989. - С. 269.

3. Масикевич Ю.Г., Шкабара Т.Л. Функциональная и структурная гетерогенность хлоропластных ферментов гетерозисных гибридов // Молодей и совр. наука: Тез. докл. 2-й респ. конф. молодых иссл.-Кишинев, 1989. - С. 85-86.

4. Масикевич Ю.Г., Шкабара Т.Л. Ядерно-цитоплазматический контроль РЩазной функции клеточных органелл .гетерозисных гибридов кукурузы и их исходжных форм // С/к биология.- 1990. - N3."- С. 183 - 185.

5. Шкабара Т.Л., Масикевич Ю.Г., Костенюк Ю.Р., Чернецкая C.B. К. вопросу об генетической обусловленности рибонуклеазной активности высокопродуктивных гибридов кукурузы // Регуляторные механизмы физиологии растений и генетики.- К.; Наукова-думка, 1992.-С. 116 - 118,

6. Масжевич Ю.Г,, Шкабара Т.Л. Ультраструктура хлоропласпв ме-воф!лу та обкладки провшшх судин листка гетерозисних пбрид1в кукурудви //' И 3'13Д УТФР (КИ1ВД993). Тез. доп, - К., 1993. -T.I.- С. 146

7. Масикевич Ю.Г,, Орлов П.А.., Решетников В.Н., Крылов O.A., Масный M.Q., Шкабара Т,Л. Ультраструктура хлоропластов мезофилла и обкладки гетерозисных гибридов кукурузы и их исходных форм // ДАН Беларуси.- 1993. - Nô. - T. 37. - С. 59 -62. .

8. Масикевич Ю.Г., Шкабара Т.Л. Структура и фотохимическая активность фотосинтетического аппарата гетерозисных гибридов кукурузы // Физиология и биохимия культурных растений. - 1994.- Т. 26. - N2. - С. 120 -131.

9. Шкабара Т.Л. Мегабол^чна пластичность гетерозисних '• г1брид1Е кукур.уДзи // Тез. доп. Шжнар, наук. конф. (Черн1вц1, 23-25 листопада 1993). - Черн1вц1, 1993. - С. 186. :

10. Шкабара Т.Л., Косик О.В., Янчик C.B., Масжевич Ю.Г.' Характеристика асимцяцшрго апарату кукурудзи в .гв'язку 1з Пбркди-зац1 ею на гетерозис: // Тез, доп. наук. конф. (Черн1зщ,/4-6 Травня 1995). - Чернхвщ, 1395. - Т. 3, .-. С. 62.-

Shkabara T.L. The Description of the Assimilative Apparatus of Heterotic Corn Hybrids.

Thesis S.D. (in Biology) on the specialty ,03.00.12 - plant, physiology. Inst, of Plant Physiology and'Genetics of National Academy o'f-Sciencies of Ukraine, Kiev,. 1995.

Under investigation were the peculiarities of the structure and functioning of.the assimilative apparatus of direct and reciprocal combinations of corn hybrids SLAVA, IZUMRUD, SVETOCH, PIONER. H - 41, BUKOVINS'KY - UT and ther initial forms at early . stages of ontogenesis. Possible, metabolic ways of realisation of genetic programme of hybrid organisms have been revealed by the integral indeces of assimilative apparatus at organelle, cellular, and organ stages. It has been shown that the highly heterotic hybrids .have a reliable advantage over the initial forms and the low productive hybrids in the degree of . development of the leaf and the stem, the activity of ferments controlling the starch formations in chloroplasts, CO2 assimilation metabolisms.. It has been revealed that the hybridization of corn plants for heterosis is accompanied by an increase of the. role of plastld's own prote}n-synthesizlng system (70's) in providing an Increased activity of the process of tranfer of electrons along (Hill's reaction), RoBlCo (Ribulose Bisphosphate carboxilase) . and ' a number of other 'parameters characterizing the functional activity of photosynthesis apparatus.. A further development has been diven to the conceptions of. the cytological heterosis manifestation and the connection of the ehloroplast- ultrastructure with the functional activity of photosynthesis apparatus and the level of heterosis manifestation according to the productivity. : Шкабара Т.JI. Характеристика ассимиляционного аппарата гетеро-зисных гибридов кукурузы.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологичкеских наук по-специальности 03.00.12 физиология растений, Ин-г физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев, 1995.

'Исследованы особенности-структуры и функционирования ахи-

миляционного аппарата прямых и реципрокных комбинаций гибридов кукурузы Слава,- Изумруд, Светоч, Пионер, Г - 41, Буковинский -ИТ и их исходных .форм на ранних этапах онтогенеза. Выявлены возможные метаболические пути реализации генетической программы гибридных организмов по интегральным, показателям ассимиляционного аппарата на оргачельном, клеточном-и органном уровнях. Показано, что высокогетерозисные гибриды имеют достоверное преиму шество над исходными формами и низкопродуктивными гибридами по. параметрам мезоструктуры листа и стебля, активности ферментов, контролирующих превращение крахмала в хлоропластах, метаболизму усвоения СО2. Выявлено, что гибридизация растений кукурузы на гетерозис сопровождается возрастанием роли белоксинтезкрующей системы пластид (70'б) в обеспечении повышеной активности процессов переноса электронов по злектронтранспорткой цепи (реакция Хилла), РБФК и ряда других параметров, характеризующих функцио-начьную активность фотосинтетического аппарата '(ФСА). Дано даль нейшее разйитие представлений о цитологическом проявлении гетеро виса и о связи ультраструктуры хлоропластов с функциональной активностью ФСА и уровнем проявления гетерозиса по продуктивности. Ключов! слова:

гетерозис, ультраструктура хлоропласту, ферментативна актив-' н!сть, активн1сть реагаЩ Х1лла, кукурудза.

Шдписано До друку 17.08.95 р-Тираж 100 поим. зам. 472. Дозвш на друк NS> 3/43 вщ 17.08.93 р