Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изучение физиолого-биохимических основ устойчивости сахарной свеклы к лабораторному засолению NaCl и связей этого признака с восприимчивостью к заболеваниям

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Изучение физиолого-биохимических основ устойчивости сахарной свеклы к лабораторному засолению NaCl и связей этого признака с восприимчивостью к заболеваниям"

КИЇВСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені Тараса ШЕВЧЕНКА

ВИВЧЕННЯ ФІЗІОЛОГО - БІОХІМІЧНИХ основ стійкості ЦУКРОВИХ БУРЯКІВ ДО ЛАБОРАТОРНОГО ЗАСОЛЕННЯ НаСІ ТА ЗВ'ЯЗКІВ ЦІЄЇ ОЗНАКИ ЗІ СХИЛЬНІСТЮ ДО ЗАХВОРЮВАНЬ

03.00.12 - фізіологія рослин

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

На правах рукопису

БОДНАР Галина Миронівна

Київ - 1997

Роботу виконано у відділі біотехнології Інституту цукрових буряків УААН

Науковий керівник: кандидат біологічних наук

Ільєнко Ілля Ілліч

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук

Процко Рада Феодосіївна доктор біологічних наук Гуляєв Борис Іванович

Провідна установа: СІМФЕРОПОЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕ

ім. М.В. Фрунзе

Захист дисертації відбудеться "26" лютого 1997 р

о "____" год. на засіданні спеціалізованої вченої раді

Д 01.01.07 при Київському університеті імені Тараса Шевченк; за адресою: Київ - 127, проспект акад. Глушкова, 2.

Поштова адреса: 252033, Київ - 33, Володимирська, 64

спецрада Д 01.01.07, біологічний факультет.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київськогс університету імені Тараса Шевченка

Автореферат розіслано "33 " січня 1997 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради кандидат біологічних наук, професор О.В. Брайої

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Екологізація виробництва сільськогоспо-;арської продукції передбачає поруч з проведенням системи агро-■ехнічних заходів більш повне використання адаптивного потенціалу ультурних рослин за рахунок прискореної селекції сортів, стійких іо несприятливих умов навколишнього середовища та захворювань. В ів'язку з цим актуальність представленої дисертаційної роботи ви-шачається як значними площами засолених земель в Україні, в т.ч. і

і зоні вирощування цукрових буряків, так і повного відсутністю даних іро достовірні експрес-методи діагностики солетолерантності цієї ;ультури, про сортову специфіку її реакції на засолення грунтів та іро методи ранньої діагностики і відбору імунних до захворювань се-іекційних матеріалів.

lteia і завдання досліджень: Виходячи з цього метою дисер-

таційної роботи був пошук фізіолого-біохімічних тест-ознак для ла-іораторних експрес-методів оцінки і відбору солетолерантних та .мунних форм цукрових буряків.

Для досягнення поставленої перед нами мети вирішували декілька іадач:

1) провели підбір лабораторного методу оцінки солестійкості іукрових буряків з найвищою розрізняючою здатністю;

2) відібрали в результаті скрінінгу для подальших біохімічних іосліджень контрастні за даною ознакою популяції та генотипи;

3) виявили фізіолого-біохімічні ознаки цукрових буряків, тісно гов’язані з їх солетолерантністю до засолення NaCl в лабораторних /мовах на рівні проростків та культури меристем in vitro;

4) дослідили наявність кореляційних зв'язків між солестійкістю цукрових буряків на рівні проростків та ступенем пораження цієї сультури сімома найбільш поширеними захворюваннями в польових умовах.

З

Наукова новизна досліджень. Вперше встановлено, що:

1) метод визначення солестійкості цукрових буряків за довжиною проростків при 1,0% та 1,5% лабораторному засоленні NaCl має найвищу розрізняючу здатність серед п'яти досліджуваних;

2) селекційні матеріали цукрових буряків відрізняються за ступенем чутливості їх проростків до рівня засолення NaCl в лабораторних умовах та виділено придатні для біологічного розсолення слабо-засолених земель популяції-донори генів солестійкості;

3) солестійкість цукрових буряків на рівні проростків позитивно корелює зі стійкістю цієї культури на рівні меристем in vitro;

4) у геномі цукрових буряків є ген, споріднений генові hsp70 теплового шоку дрозофіли (з допомогою гібридизаційного тесту з 32Р-міченими ДНК-зондами) та зв'язок останнього із солетолерантніс-тю цієї культури;

5) існують фізіолого-біохімічні ознаки солетолерантності цукрових буряків до різних доз лабораторного засолення NaCl на рівні проростків (6 ознак) та культури меристем in vitro (12 ознак);

6) солетолерантність проростків цукрових буряків до лабораторного засолення NaCl сильно корелює із схильністю даної культури до пероноспорозу, коренеїда та вірусної жовтяниці в польових умовах;

7) трисомний номер 491 (колекція Г.І.Ярмолюк), на противагу трисоміку 8, характеризується в культурі меристемних тканин in vitro надзвичайно високим рівнем стійкості до засолення NaCl.

Практичне значення роботи та реалізація результатів досліджень. На основі результатів досліджень виявлено популяції та окремі генотипи, які можуть служити донорами генів солестійкості, а також відібрано прямі лабораторні методи визначення солетолерантності цукрових буряків із найвищою розрізняючою здатністю. В стадії патентування знаходяться методи відбору імунних до трьох захворювань матеріалів за ступенем солестійкості їх проростків. Розроблено

4

елекційно важливу схему статистичної достовірності можливості уміщення в селекційних матеріалах стійкості до семи найбільш пошивних захворювань. Результати досліджень можуть бути також викорис-ані для розробки непрямих методів оцінки солетолерантності цук-ових буряків. Робота має і природоохоронне значення, оскільки по-уляції цукрових буряків із підвищеним рівнем солетолерантності ожна використовувати для біологічного розсолення слабозасолених емель.

Проведені дослідження виконані в рамках комплексних державних рограм ДНТП 0.51.14, "Продовольство-95" та ДНТП N 01960012876.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися а конференції по генетиці соматичних клітин в культурі, посвячених ам'яті Н.І.Шапіро (Звенигород, 1989); на конференції молодих вче-их "Актуальные проблемы физиологии растений и генетики" (Київ, 992); на науковій конференції "Молекулярно-генетические маркеры и елекция растений" (Київ, 1994); на міжнародному симпозіумі Biotechnology and genetic engineering of plants" (Київ, 1994); на іжнароднїй науково-практичній конференції молодих вчених і пеціалістів "Шляхи раціонального використання земельних ресурсів країни" (Чабани, 1995); на міжнародній конференції "Селекція і ви-ощування польових культур" (Кам’янець-Подільський, 1S95); на нау-ових семінарах лабораторії культури тканин і генетичної інженерії а Вченій раді Інституту цукрових буряків УААН (1994, 1995).

Конкретний особистий внесок дисертанта в одержання резуль-атів, викладених в дисертації. При ьиксі;а:;;:і дисертаційної рпґіпти втором особисто було проведено дослідження літературних джерел, кладено програму роботи, проведено лабораторні та вегетаційні осліди, фенологічні спостереження, біохімічні аналізи. Статистично роаналізовано та узагальнено отримані експериментальні дані.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на

5

£31 сторінці машинописного тексту і складається з вступу, огляду літератури, експериментальної частини, обговорення, висновків, пропозицій, списку літератури (228 джерел, з них 56 іноземних). Робота містить 14 малюнків та фотографій, 50 таблиць та 3 додатки.

Публікація результатів досліджень. Основні положення дисертації викладено в чотирьох наукових статтях та в семи тезах.

Основні положення дисертації, що виносяться на захист:

1) виявлена значна між- та внутрішньопопуляційна варіабельність ступеня солетолерантності селекційних матеріалів цукрових буряків є надійною основою для їх прискореної селекції за даною ознакою за умови використання методів з високою розрізняючою здатністю;

2) відносна толерантність цукрових буряків до лабораторного засолення залежить від концентрації МаСІ і викликана, зокрема, їх підвищеною потребою в На як макроелементі;

3) існують тісні кореляційні зв'язки між ступенем толерантності цукрових буряків до лабораторного засолення МаСІ та їх деякими фізіолого-біохімічними ознаками, а також імун-ністю даної культури до окремих захворювань в польових умовах;

4) у цукрових буряків поруч з механізмами комплексної стійкості існують механізми дивергентної стійкості до стресових факторів різної природи.

ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі "Огляд літератури" на основі аналізу літературних джерел, які освітлюють питання критеріїв солестійкості рослин, методології визначення ступеня проявлення даної ознаки, впливу засолення грунтів на рослинні об'єкти та способів адаптації останніх до сольового стресу, а також, можливих напрямків селекції 6

укрових буряків із підвищеною солетолерантністю, зроблено висновок ро необхідність пошуку біохімічних тест-ознак солестійкості цієї ультури, ідентифікації генів, що контролюють дану ознаку, та вияв-ення зв'язків останньої з імунітетом.

У другому розділі "Матеріали і методи" наведено дані про іологічні об’єкти та матеріали досліджень, методологію окремих кспериментів та роботи в цілому.

Експерименти проводились на науковій базі Інституту цукрових уряків УААН (Київ) та, частково - Інституту цитології і генетики З АН СРСР (Новосибірськ).

Об'єктами досліджень були лоростки та вирощувані in vitro ме-истемні клони 11 районованих диплоїдних однонасінних сортів цукро-их буряків і 5 гібридів вітчизняної та зарубіжної селекції. Со-естійкість популяцій цукрових буряків на ранніх етапах розвитку цінювали на основі поєднання декількох методик визначення со-естійкості (Филатов П.А. и др., 1985; Синельникова В.Н., 1983).

В експерименті по визначенню солестійкості меркстемних тканин укрових буряків в культурі in vitro було використано 63 генотипи ізного походження, рівнів плоїдності та солестійкості, в т.ч. один іксоплоїдний та сім трисомних меристемних клонів (колекція Ярмоок Г.І.), а також три генотипи спонтанного триплоїдного гібриду на >основі. Солестійкість мікроклонів визначали за відносним прирос-ами сирої та сухої біомаси на засолених NaCl середовищах.

Вміст іонів натрію та калію в рослинному матеріалі визначали гідно рекомендацій "Современные методы анализа почв к расхсппй" 1984). Активність каталази, поліфенолоксидази і пероксидази, а та-эж вміст фотосинтетичних пігментів в меристемних тканинах цукрових уряків, вирощуваних in vitro, визначали по X.M. Починку (1976).

Пролін в проростках та меристемних клонах визначали по вдоско-аленій методиці (Андрющенко В.К. и др., 1981).

Вміст фітогормонів в листових пластинках контрастних по солестійкості меристемних клонів цукрових буряків in vitro при засоленні поживних середовищ NaCl та в польових умовах визначали з допомогою методу, розробленого Савінським С.В. та інш. (1991).

Дослідження ізоферментного складу пероксидаз 1,5 місячних, впрошуваних in vitro меристемних клонів цукрових буряків проводили як описано Алімгазіновою Б.Ш. та Савичем І.М. (1990).

Вивчення рівня експресії білків теплового шоку (БТШ) по включенню 355-метіоніну (НВО "Ізотоп, Ташкент") в протеїни, синтезовані de novo в умовах теплового шоку, проводили в меристемних тканинах вирощуваних in vitro, контрастних по солестійкості клонів згідно методик, розроблених Даскалюком А.П. зі співавторами (1988).

Необхідну для дот-гібридизаційних аналізів сумарну м-РНК екстрагували та сам аналіз проводили, в основному, як описано Кузнєцо-вим В.В. та Черепнєвою Т.М. (1991).

В якості гетерологічних гібридизаційних зондів використовували Ват НІ-фрагмент рестрикції ДНК плазміди 132E3, що містить нуклео-тидну послідовність гену білка теплового шоку (hsp70) дрозофіли (дрозофіліну) з молекулярною масою 70кД. Плазміда 132E3 була люб’язно надана нам членом-кореспондентом Російської АН Салганіком P.І.

Для виготовлення зондів використовували ( а-32Р)дАТР (НВО "Ізотоп", Ташкент) з питомою радіоактивністю 3000 Ки/мМ, ендонукле-ази EcoR І з питомою активністю 25 од/мкл і ВашН І з питомою активністю 20 од/мкл (НВО "Фермент", Вільнюс), великий фрагмент ДНК-полімерази І (фрагмент Кльонова) з питомою активністю 50 од/мкл (КТМК ІЦіГ, Новосибірськ) та стандартні методики (Маниатис Т. и др., 1984). Питома активність препаратів ДНК складала 1х107-1х108

імпульсів за хвилину.

Математичну обробку результатів досліджень проводили методами дисперсійного та кореляційного аналізів, а також розрахунком помил-8

Сопти

Рис.1. Вплив засолення NaCl на довжину проростків цукрових буряків Умовні позначення сортів:

1- Північно-Кавказькі однонасінні 42; 2- Киргизькі однонасінні 25; 3 - Веселоподільські 29;

4 - Ганусівські однонасінні 55; 5 - Льговські однонасінні 52.

и вибіркової середньої по Б.0. Доспєхову (1985).

У третьому та четвертому розділах дисертації приведено резуль-ати фізіолого-біохімічних досліджень та їх обговорення.

В результаті проведених на першому етапі нашої роботи іонерських досліджень по скрінінгу солестійкості цукрових буряків а рівні проростків та культури меристем in vitro було виявлено начний розмах варіабельності даної ознаки на популяційному рівні,

о може служити надійним генетичним базисом для прискореної елекції у даному напрямку при використанні сортів Північно-Кав-азькі однонасінні 42, Киргизькі однонасінні 25, Білоцерківські од-онасінні 34 і 45 та генотипів СК-1, СК-2, СК-30, як донорів генів

олетолерантності, а трисоміків 491 та 8 - для дослідження хромо-омної локалізації цих генів.

На першому етапі Суми такс;,-, відібрано серед R-ти лосліжуваних рямий, модифікований нами лабораторний метод визначення со-естійкості цукрових буряків на рівні проростків за їх відносною овжиною в умовах 1,0 та 1,5% засолення NaCl як такий, що має най-ищу розрізняючу здатність (рис.1). Поруч з тим було виявлено, ,о паралельне використання методів визначення солетолерантності да-

ної культури за відносними показниками кількості та сирої або сухо' біомаси проростків при трьох досліджуваних рівнях засолення тако? може бути рекомендоване для практики; як і 2,0% розчин NaCl - длі відбору солестійких генотипів.

Кореляційний аналіз отриманих даних підтвердив, що меристемн: тканини цукрових буряків в культурі in vitro являються, в основному, такими ж солестійкими, як і їх проростки (г^ 0,7). Було такої виявлено тенденцію до взаємозв'язку між ступенем солетолерантност: генотипів в культурі меристем in vitro та 'іх плоїдністю, оскількі триплоїдні та міксоплоїдний номери виявилися найбільш солевитривалими, а генотипи фракції "несправжніх близнюків" сорті Північно-Кавказькі однонасінні 42 із очікувано-високим відсоткоіі гаплоїдів виявилися більш солечутливими, що підтверджується літературними даними про вищу надійність поліплоїдних рослинних систем і несприятливих умовах (Гродзинский Д.М., 1983).

В результаті нашої спроби використати коефіцієнти мінливості ростових процесів як показники вкладу мутабільної компоненти і адаптивну відповідь цукрових буряків при сольовому стресі було показано наявність сильних негативних зв'язків між солестійкістю проростків в умовах 1,0 та 1,5% лабораторного засолення NaCl та коефіцієнтами мінливості відносної довжини проростків в даних умова* (г—0,718 та -0,765 відповідно), а також мінливістю показників приросту сирої біомаси меристем in vitro в контрольних умовах та її відносним приростом сирої біомаси при 2,0% засоленні поживних середовищ хлористим Na (г—0,709). Наведені вище дані можуть свідчита на користь гіпотези про активний вклад мутабільної компоненти у клітинний захист лише в гранично екстремальних умовах, що взагалі унеможливлюють ростові процеси.

Результати перевірки гіпотези про вищий ступінь солестійкості генотипів та популяцій із нижчою продуктивністю (в нашому випадку

10

ктивністю ростових процесів) підтвердили її справедливість щодо ідносної довжини проростків^в умовах 1,51 лабораторного засолення аСІ (г=-0,641), та щодо культури меристем in vitro при засоленні оживних середовищ 2,0% NaCl (г=-0,730), при наявності аналогічних енденцій при інших рівнях засолення . Проте, отримані нами дані оказують швидше не зчеплене успадкування солестолерантності цукро-их буряків зі сповільненими темпами ростових процесів, а евідповідність контрольних умов для рослин із підвищеним рівнем

алофільності. Ці міркування підтверджуються нашими даними по сти-

улюючій дії 1,0% NaCl in vitro на ростові процеси та вміст ігментів в меристемних тканинах солестійких мікроклонів, а також снуванням сильних позитивних кореляцій між вмістом золи в листових ластинках і негативних між вмістом іонів К+ в коренеплодах цукро-их буряків в польових умовах та ВДП в умовах 1,0% засолення г=0,820 і -0,782 відповідно), та сильних негативних зв'язків між ершим параметром та довжиною проростків в контрольному варіанті

г—0,912 та -0,811). Наведені факти можуть також свідчити про од-

акову потребу даної культури в зольних елементах на різних стадіях нтогенезу та про сильну генетичну детермінацію даної ознаки. Ос-аннє твердження можна проілюструвати значними відмінностями в ба-ачсі іонів К+ та Na+ в меристемних тканинах контрастних по со-естійкості трисомних клонів 491 та 8, оскільки солечутливий гено-ип 8 у порівнянні з солетолерантним 491 виявив низьку потребу в онах Na+ та вдвічі вишу в іонах К+ в контрольних умовах при значно ищих темпах накопичення натрію та нездатності утримували калій при асоленні (рис.2).

Слід відмітити також, що в результаті кореляційних аналізів уло виявилено глибокий взаємозв’язок між балансом іонів К+ та Na+ проростках цукрових буряків в умовах лабораторного засолення

11

Рис.2. Відмінності в балансі іонів калію та натрію в меристемах контрастних за рівнем солестійкості трисомних мікроклонів при вирощуванні in vitro на засолених NaCI середовищах

NaCI, оскільки здатність цієї культури до накопичення іонів Na''' в присутності 1,0% хлористого Na була тісно пов’язана з її здатністю утримувати іони К+ в даних умовах (г-0,855), а остання, в свою чергу, сильно залежала від рівня накопичення іонів Na'*' насінням (г—0,753).

Отже, солетолерантність цукрових буряків має ще один, на нашу думку дуже важливий аспект, мало враховуваний дослідниками, а саме: високу потребу даної культури в натрії як в макроелементі, що супроводжується здатністю накопичувати Na в тканинах в значних кількостях, особливо при засоленні. Так, за даними Ядпарова (1973), цукрові буряки здатні виносити до 370-400 кг NaCI з га, збільшуючи при цьому вихід чистого цукру на 20-80%. Наведені вище дані дозволяють віднести цукрові буряки згідно класифікації Вернадського В.І. (1980) до культур богатих натрієм (вміст Na більший 0,1%), а отже здатних до біологічної меліорації слабозасолених земель при врахуванні виявлених нами сортових особливостей за даною ознакою. У наших дослідах цукрові буряки в умовах засолення були здатні накопичувати Na в 3-кратній кількості на рівні проростків та в 13-16-кратній - на рівні меристем in vitro в порівнянні з контролем, при

12

ому присутність в поживних середовищах навіть 1,0% та 1,5% NaCl тимулювала, а не пригнічувала ростові реакції 50% та 17% генотипів ідповідно. Літературні джерела рясніють повідомленнями про пози-ивний вплив низьких концентрацій NaCl на цукрові буряки. Проте, не ше виробники сільськогосподарської продукції, але навіть вчені ри дослідженні умов збалансованого живлення цукрових буряків не раховують їх підвищену, в порівнянні з іншими культурами, потребу натрії (Вильямс М.В. и др., 1979), можливо із-за її маскування іпотетичною здатністю рослин до біологічної трансмутації К+ в Na+ Ткачук Е.С. и др., 1992), чи, незважаючи на тісну позитивну коре-яцію між цукристістю коренеплодів та їх зольністю, через сформова-у технологами упередженність у розгляданні Na лише як елементу, що начно погіршує технологічні якості коренеплодів цукрових буряків, Зільшуючи втрати цукру з меласою.

Отже слід признати, що на сьогодні не враховується не літає зртова, але й видова специфічність потреби цукрових буряків в Na < в макроелементі, незважаючи на підкреслювану багатьма вченими зжливість вливу навіть сортових особливостей мінерального живлення а формування врожаю (Вавилов Н.И., 1967; Климашевский З.Л., 1991)

а екологічну стабільність культурних рослин (Удовенко Г.В., 1996).

Незважаючи на значну потребу цукрових буряків в На, слід Ідмітити, що доза 2,0% NaCl була сублетальною для більшості зсліджуваних генотипів цієї культури як на рівні проростків в умо-w лабораторного засолення, так і на рівні меристемних клонів в лльтурі in vitro , тобто в даних умовах вичерпуються всі їх адап-івні можливості. Ці дані підтверджуються виявленою нами солечут-івістю трьох досліджуваних ферментів цукрових буряків і дозволяють ;лід за Шевяковою Н.І (1989) стверджувати, що в системі цілої рости навіть ферменти галофілів повинні бути надійно захищені від ігібуючого впливу солей. В результаті порівняння темпів накопичен-

13

ня іонів Na^ проростками та культурою ізольованих меристем цукрових буряків in vitro, нами було зроблено висновок про важливість цілісності рослинного організму та присутності іонів 1C для функціювання механізмів запобігання попадання (чи видалення) іонів Na+ в клітину, оскільки меристемні тканини були здатні накопичувати даний елемент в десятки разів більших кількостях, ніж проростки.

Для пояснення стимулюючого впливу іонів Na'’" на фотосинтетичні показники рослин цукрових буряків в польових умовах поруч з твердженнями Гродзінського Д.М. про здатність рослин до компартменти-зації пігментів та їх звільнення під впливом стресових факторів стимулюючих рівнів напруженості (1983) може бути важливим той факт, що спектр Na являється основним в сонячному світлі, а також факт універсальності принципів гомеопатії для живих організмів , внаслідок чого натрій в мінімальних кількостях здатний збільшувати кількість фотосинтетичних пігментів, а також площу листя (Курин-ный Ф.И., Яворская Т.К., 1983). Немаловажною для пояснення даного

феномену, на нашу думку, може також виявитися здатність більшості рослин переходити в стресових умовах із С4- на Сз-шлях фіксації вуглецю (Биль К.Я., 1993).

В ході наших експериментів було виявлено залежну від рівня засолення та індивідуальної чутливості окремих генотипів зміну фаз захисної відповіді цукрових буряків на сольовий стрес (рис.З), що узгоджувалася із загальною теорією стресів Ганса Сельє (1992).

Фазність адаптивної відповіді цукрових буряків на засолення в наших дослідах проявлялася як у зміні активності ростових процесів, що особливо було помітно на рівні культури меристем in vitro, так і у стимулюючій дії даного рівня засолення на вміст пігментів в ме-ристемних тканинах солестійких клонів , а також у відмінностях в темпах накопичення проліну та іонів Na+ при підвищенні концентрації хлористого Na від 1,0 до 1,5% в проростках та від 1,5 до 2,0% в

14

Рівень засолення NaCI, %(еаг*/о6‘см)

Рис.З. Фазність реакцій вирощуваних in vitro меристемних клонів у відповідь на засолення NaCI

Умовні позначення:

О Приріст сирої біомаси меристем □ АБК (клон БЦМС-б) &10Na+

X Хлорофіл а (клон 491) х Каротиноїди (клон 491)

ристемних тканинах in vitro відповідно та зміні балансу фітогор-яів останніх при переході від стимулюючих концентрацій NaCI до циферентно-пригноблюючих і сублетальних (рис. 3).

Описана вище фазність відповіді цукрових буряків на сольовий рес, як і зміна рангів солестійкості окремих генотипів та попу-цій при підвищенні рівня засолення, а також відмінності у відпо-ці одияакових за рівнем солестійкості популяцій на осмотичну та тсичну складові дії засолення передбачають наявність різних гене-вдих механізмів, що зумовлюють ці процеси. Ці міркування цтверджуються літературними даними про існування у рослин двох зтем, пов'язаних з локалізованими в плазмалемі та вакуолярних ибранах АТФ-азами, що беруть участь у поглинанні іонів та працю-ь і досягають насичення при різних конценірсщіял (Паїладппс. Т.Л., 31; Гродзинский Д.М., 1983), а також гіпотезою Драгавцева В. А.

384) про еколого-генетичне детермінування кількісних признаків.

В результаті проведення другого етапу наших досліджень було явлено ряд фізіолого-біохімічних тест-ознак відносної толерантні цукрових буряків до лабораторного засолення NaCI на рівні

15

проростків та культури меристем in vitro, а саме* :

-відносна довжина проростків в присутності 1,0% NaCI негативно корелювала зі вмістом в них проліну в даних умовах та позитивно - зі вмістом зольних елементів в листових пластинках і негативно - зі вмістом іонів К+ в коренеплодах рослин, вирощених в полі*4; -відносна довжина проростків в умовах 1,5% засолення NaCI позитивне корелювала зі вмістом в них проліну в контрольних умовах та при 1,0% засоленні хлористим Na, а також негативно, зі середньою силок

- з довжиною проростків в контрольних умовах;

-відносний приріст сирої біомаси меристем in vitro при засоленні поживних середовищ 1,0% NaCI негативно корелював зі співвідношенням ЮК/АБК в меристемних тканинах рослин, вирощених в польових умовах;

-відносний приріст сирої біомаси меристем цукрових буряків при 2,0л засоленні поживних середовищ корелював позитивно зі середньою силою з відносним вмістом К+ та співвідношенням K/Na в них в даних умовах, а також - негативно з приростом сирої біомаси меристем е контрольних умовах; позитивно - з відносними вмістами в них хлорофілів а і б та каротиноїдів в умовах 1,5% засолення NaCI, а також хлорофілу а та каротиноїдів в присутності 2,0% NaCI; позитивно - з вмістом АБК та негативно - з вмістом зеатину в меристемних тканинах клонів, вирощених in vitro в контольному варіанті; негативно - з вмістом ІОК та співвідношенням ІОК/АБК в меристемних тканинах цукрових буряків, вирощених в польових умовах.

Крім наведених вище, можна вважати, що підвищений вміст м-PHF гена hsp70 та білків теплового шоку в тканинах цукрових бурякіЕ також можуть служити тест-ознаками солетолерантності даної культури,

* Усі наведені нище кореляції, крім вказаних окремо, були сильнимі (гЮ,7) та достовірними, мінімум, при 5% рівні значимості.

**Було використано дані про зольний склад рослин в польових умова* Яворської Т.К. та інш. (1984).

Рис.5. Сумісність СХИЛЬНОСТІ/стійкості цукрових буряків до семи

різних захворювань та зв’язок останніх зі солетолерантністю.

Умовні позначення:

а) цифрами - види захворювань: 1 - коренеїд; 2 - церкоспороз;

З - еризифоз; 4 - пероноспороз; 5 - вірусна жовтяниця;

б - мозаїка; 7 - кагатна гнилизна;

б) лініями - кореляційні зв’язки середньої сили МІЖ схильністю до різних захворювань:

— - ■ і ■■■ -'—і -позптпвга; .................- негативні;

— -достовірні' ......________недостовірніпрп5%ріяніЗП1ЧИМОСІЇ.

з) внутрішня іош* - аналогічно ешні юреіядііаі зв’їзії ніі сіншістз до заїворівавь та еоіетолералтніств.

жільки наші дані відносно трьох окремих генотипів були підтверд-

5НІ на популяційному рівні Лобовим С.В. та Борисюком В.О. (1989).

Для прискорення селекції імунних матеріалів можуть виявитися ажливими знайдені в процесі роботи сильні кореляційні зв'язки між злерантністю проростків цукрових буряків до певних доз лаборатор-зго засолення №01 та схильністю цієї культури до трьох із семи зсліджуваних захворювань*, а також побудована нами схема теоретич-ої можливості суміщення в одному генотипі цукрових буряків імун-ості до цих захворювань (рис.4).

- Для кореляційних аналізів було використано п'ятирічні результати польових екпериментів лабораторії фітопатології Інституту цукрових буряків УААН на штучно створених інфекційних фонах (Петриченко С.Н., 1991).

Крім того, нами було виявлено, що довжина проростків в контрольних умовах як інтегральний показник активності ростових процесів цукрових буряків на початкових стадіях розвитку і дуже важливий для селекції цієї культури на скороспілість, сильно пов’язана

із вмістом зольних елементів в листових пластинках (г—0,912) і черешках (г—0,811), а також вмістом Ма+ (г-0,818) та К+ (г-0,664) в коренеплодах рослин. Заслуговує на увагу також факт сильної негативної кореляції між довжиною проростків цукрових буряків в контрольних умовах та їх здатністю до накопичення вільного проліну при 1,0% засоленні МаСІ (г—0,877). Враховуючи значні темпи накопичення проростками Иа+ в присутності МаСІ, він може свідчити про існування непов'язаного з накопиченням проліну механізму осморегуляції у швидкоростучих проросткі в.

Узагальнюючи наведені вище літературні та експериментальні дані, логічно висловити основні положення стратегії селекції цукрових буряків на комплексну стійкість:

1) неможливо сумістити стійкість до всіх захворювань в одному генотипі методами традиційної селекції, оскільки захисні реакції, що лежать в основі імунітету до них, часто протилежно направлені;

2) з допомогою традиційної селекції можна створювати лише матеріали з груповою стійкістю до декількох захворювань з врахуванням сумісності імунітету до них та виробничої необхідності в зв’язку з перекриттям ареалів поширення їх збудників;

3) традиційна селекція матеріалів з груповою стійкістю повинна йти у напрямку від найбільш важливого чи рідкісного виду імунітету (чи їх поєднання) до менш, тобто з врахуванням їх сумісності;

4) для подолання бар’єрів несумісності різних видів стійкості слід використовувати схрещування з дикими родичами та методи генної інженерії.

висновки

1. Досліджувані сорти та гібриди цукрових буряків на рівні гаростків достовірно відрізняються за ступенем чутливості до і.зних концентрацій NaCl в лабораторних умовах. Сорти Біло-грківські однонасінні 34, Білоцерківські однонасінні 45, івнічно-Кавказькі однонасінні 42 та Киргизькі однонасінні 25 можна ікористовувати в селекційному процесі як донори генів солетоле-штності.

2. Метод визначення солестійкості цукрових буряків за відносною )вжиною їх проростків в умовах 1,0 та 1,5% засолення NaCl має най-пцу розрізняючу здатність серед п’яти досліджуваних.

3. Існує відповідність між солетолерантністю цукрових буряків в ібораторних умовах на рівні проростків та вирощуваних in vitro ме-їстємних тканин.

4. В умовах лабораторного засолення цукрові буряки здатні до ікопичення значних кількостей Na як на рівні проростків, так і в гльтурі меристем in vitro.

5. Відносна толерантність цукрових буряків до засолення NaCl [кликана, зокрема, їх підвищеною потребою в На як макроелементі.

6. Концентрація 2,0% NaCl (вага/об’єм) є сублетальною для гсліджуваних рівнів організації цукрових буряків в лабораторних ювах.

7. Пролін, АБК та БТШ тісно пов’язані із захисними реакціями 'крових буряків при сольовому стресі, особливо зі стратегією лактації.

8. Реакції цукрових буряків на сольовий стрес властива ізність. Зміна фаз залежить від ступеня відповідності між рівнем ісолення та адаптивним потенціалом рослин чи окремих тканин.

9. Ферменти вирощуваних in vitro меристемних тканин цукрових ряків пероксидаза, каталаза та поліфенолоксидаза в умовах 1,0 %

19

засолення NaCl значно знижують свою активність.

10. Виявлені тісні зв'язки деяких фізіолого-біохімічних ознак цукрових буряків зі ступенем їх чутливості до лабораторного засолення NaCl на рівні проростків та культури меристем in vitro (6 та

12 кореляцій відповідно) можуть служити теоретичною основою для непрямих методів оцінки селекційних матеріалів за даною ознакою.

11. Толерантність цукрових буряків до засолення NaCl на рівні проростків в лабораторних умовах тісно пов’язана з імунністю даної культури до пероноспорозу, коренеїда та вірусної жовтяниці в польових умовах.

12. Поруч з механізмами комплексної (конвергентної) стійкості у цукрових буряків існують механізми дивергентної стійкості до стресових факторів різної природи.

ПРОПОЗИЦІЇ

1. Використовувати сорти Білоцерківські однонасінні 34, Білоцерківські однонасінні 45, Північно-Кавказькі однонасінні 42 тг Киргизькі однонасінні 25 як донори генів солетолерантності та для біологічного розсолення слабозасолених земель.

2. Для визначення солетолерантності проростків цукрових бурякії в лабораторних умовах використовувати методи, основані на вимірюванні їх відносної довжини в умовах 1,0 та 1,5% засолення NaCl абс одночасному визначенні відносних показників їх кількості та приросту біомаси при трьох рівнях засолення (1,0; 1,5 та 2,0% NaCl).

3. При вирощуванні фабричних посівів цукрових буряків та прі дослідженні збалансованості мінерального живлення цієї культурі враховувати її потребу в На як в макроелементі.

4. Використати виявлені нами тісні зв'язки деяких фізіолого-біохімічних ознак цукрових буряків зі ступенем їх чутливості де лабораторного засолення NaCl на рівні проростків та культури мерис-

20

ем in vitro (6 та 12 кореляцій відповідно) для створення непрямих етодів оцінки селекційних матеріалів за даною ознакою.

5. На основі врахування виявлених нами сильних кореляцій ство-ити лабораторні експрес-методи відбору імунних до трьох захворю-ань генотипів за ступенем еолетолерантності їх проростків.

6. Під час селекції матеріалів із груповою стійкістю до декіль-эх захворювань враховувати виявлену нами статистичну ймовірність аного феномену.

7. Дослідити доцільність проведення передпосівного обробітку асіння цукрових буряків та інших культур із врахуванням теорії . Сельє про еустрес, використовуючи для цього технологічно доступ-

і стресові фактори стимулюючого (закалюючого) рівню напруженості.

Основний зміст дисертації викладено в наступних публікаціях:

. Вивчення ролі гену теплового шоку в захисних реакціях цукрових буряків при засоленні //Висновки науково-дослідних робіт за 1993 рік. - К.: Інститут цукрових буряків УААН, 1994. - С. 33-37 .

, Оцінка солестійкості буряків по показниках початкового росту рослин // Там же, 1994. - С.37-43.

. Вивчення солестійкості цукрових буряків на рівні культури меристем in vitro //Там же, 1996.- С.97-104.

. Порівняльна характеристика методів визначення солестійкості цукрових буряків // Там же, 1996. - С.104-110.

Различия в экспрессии генов теплового шока в селекционных материалах сахарной свеклы, контрастных по солеустойчивосхи //Тоз. докл. конф. по генетике сомат. клеток в культуре, посвящ. памяти Н.И.Шапиро, Звенигород, 12-15 октября 1989 г. - М., 1989. - С.79 (у співавт.).

Разработка биохимических тест-признаков солеустойчивости сахарной свеклы /'/Актуальные проблемы физиологии растений и генетики:

21

Тез. докл. конф. мол.ученых. Киев, 26-28 мая '1992 г. -К., 1992 С.40 (у співавт.).

7. Рівень експресії гену теплового шоку як можливий марке

стійкості цукрових буряків до засолення //Молекулярно - генем ческие маркеры и селекция растений: Тез. докл. н. конф., Киеі

10-13 мая 1994 г. -К., 1994. - С.12-13.

8. Increased level of constant expression of a heat shock gene in clone of sugar beet with complex stress resistance //Biotechno] gy and genetic engineering of plants: Abstracts Int. Symp. - K. 1994. - P.42.

АННОТАЦИЯ

Боднар Г.М. Изучение физиолого-биохимических основ устойчивое ти сахарной свеклы к лабораторному засолению NaCl и связей зтої признака с восприимчивостью к заболеваниям.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологичес ких наук по специальности 03.00.12 - физиология растений. Инститд сахарной свеклы УААН, Киев, 1996 г.

С помощью модифицированных методов на уровне проростков культуры меристем in vitro выделены контрастные по устойчивости лабораторному засолению NaCl генотипы и популяции сахарной свеклі В результате их сравнительного изучения определены некоторые тес' признаки солеустойчивости даной культуры на уровне проростков і признаков) и культуры меристем in vitro (12 признаков). Отмечаете; что несмотря на потребность сахарной свеклы в Na как макроэлемент* доза 2,0%. NaCl была сублетальной для исследуемых уровней организ; ции растений. Обнаружена тесная связь между толерантностью пророс' ков селекционных материалов к различным уровням засоления NaCl и і восприичивостью к пероноспорозу, корнееду и вирусной желтухе в П( левых условиях. Построена схема статистической достоверности во; можности совмещения в одном генотипе сахарной свеклы устойчивости

22

семи наиболее распространенным заболеваниям. Сформулированы также основные положения стратегии селекции этой культуры на комплексную устойчивость.

ANNOTATION

Bodnar G.M. Study of physiological and biochemical basis of resistance of sugar beet plant to laboratory salting with NaCl and connection this character with the disease susceptibilities.

Thesis for candidate's degree in biological science in speciality 03.00.12 - plant physiology. Institute for Sugar Beet of JAAS, Kyiv, 1996.

Contrast in resistance to laboratory NaCl salting genotypes and populations of sugar beet were selected by modificated methods.

a result of their comparable investigation some test-characters )f salt-tolerance of this culture on seedling (6 characters) and cultured in vitro meristem (12 characters) levels were determined. It was distincted that despite on requirement of sugar beet plant ,o Na as a macronutrient dose 2.0 % NaCl was sublethal for ;nvestigatea levels of plant organization. Clouse connection of ;altresistance of the seedlings of breeding materials with their ;usceptibilities to rot roots, perenosporosis and yellows virus was 'ounded. The scheme of statistic reliability of the posibility of lombining of resistance to seven most spreaded diseases in one ge-lotype of sugar beet was built. The main principles of strategy of >reeding this culture for complex resi^Lcuioc was formulated too.

Ключові слова: цукрові буряки, солестійкість, імунітет,

комплексна стійкість, тест-ознаки, селекція, стратегія селекції

Підписано до друку 24.01.97р. Формат 60x84/16.

Ум. друк. арк. 1,0. Обл.-вид. арк. 1,0.

Тираж 100. Зам. 22.

Відділ оперативної поліграфії Центру Міжнародної освіти 227-12-75, 227-37-86