Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изучение регуляторного действия электрических полей на хлопчатник

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Изучение регуляторного действия электрических полей на хлопчатник"

\

о О»

л I' I О с

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ И БИОФИЗИКИ

На правах рукописи

УДК 57.053.2:577.115.3

А С Я М О В А Светлана Аркадьевна

ИЗУЧЕНИЕ РЕГУЛЯТОРНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ХЛОПЧАТНИК

• (03.00.02 — биофизика)!

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ташкент — 1997

Работа выполнена на кафедре биофизики биолого-почвенного факультета ТашГУ им. М. Улугбека.

Научный руководитель: к.б.н. А. К- ТОНКИХ

Официальные оппоненты: д.б.н. АХМЕДЖАНОВ И. Г.

Ведущая организация: Институт генетики и экспери-

Д 015.01.01 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора наук при Институте физиологии и биофизики АН РУз по адресу: 700095, Ташкент, ул. Ниязова 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии и биофизики АН РУз.

к.ф-м.н КРАХМАЛЕВ В. А.

ментальной биологии растений АН РУз.

в

1997 г.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

Специализированного совета, д. б. н.

Д. КАЛ И КУЛ ОВ

- 3 -

üßtytö хлг'лкт'нсгккА IWOTW Актуальч';тем>ь В ;•• .-дедине голы а биофизик* иитен:?»"-»..-развивается направление, связанное с изучением механизмов регулн руш.его действия на ливне организмы внешне присоленных электрических tokos и электромагнитных полей.

Помимо решения чисто фундаментальных проблем, исследован!', т-этом направлении создают основу для разработки новых экологичен м безопасных технологий регуляции роста и развития растений, у?.'/ -чення эффективности биотехнологических процессов, новых дешевит эффективных способов лечения и профилактики некоюрих заболевши; • Регулирующее действие слабых постоянных токов и стлти>и->-•;.>:' ' электрических полей связано с поляризацией тканей и клеток с . личными вытекэюцими эффектами. Ьолее nm-i*v2 nor- приводят г. бою ОиомемОран. Причем, с помощью импульсов поля определенной напряженности и длительности можно получать поры в мемб;:тнах различ ных клеток с заранее заданным диаметром и временем лпки, регулируя тем самым трзнсмембраннке перенес конов.

Примерно с 1983 г. группа исследователей Ташкентского ирригационного института под руководством А.¿¡ухзммадиева пыталась разработать тех:;:-догме адектродефолиагрт ллолчатнша. Однако, в езл-зи со слабой разработанностью .биофизических механизмов этого процесса эти попытки не уьенчалис» успехом, и на.! было сделано предложение: изучить процессы происходящие в растениях при пропускании или индуцировании в них импульсов электротока различной сил«.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось выяснение вопроса - может ли кратковременная ( в течение 1 - 2 сек) обработка растений электротоками приводить к ускорению образования отделительного слоя в листьях, сравнимого с действием химических дефолиантов, и если это имеет место, то - изучить механизм этого явления.

В связи с поставленной целью были определены следующие задачи.

- Изучить действие элекгротоков в специальных тестас на опадешь

- листьев.

При подтверждении факта стимулирования электротоками. образования отделительного слоя у растений:

- изучить механизм этого явления,

- изучить электрические характеристики стареющих растений хлопчатника с целью разработки объективного теста на начальные этапы развития отделительного слоя, ' ,

- изучить возможность безконтактного -.индуцирования в растениях электротоков, вызывающих дефоли'ащи),

- изготовить макеты электродефолиаторов, провести их полевые испытания и разработать основы технологии электродефолиации, хлопчатника.

Научная новизна исследования. Впервые доказано, что импульсами электротокоь определенной силы молшо блокировать транспорт фй-тогормона - ауксина в листьях и через это ускорять образование в них отделительного слоя.

Впервые установлено, что развитие отделительного' слоя в листьях сопровождается изменением в них электропроводности и биоэлектрического потенциала, и,по этим показателям можно судить об. эффективности обработки растений химическими дефолиантами или после проведения электродефол)кщии хлопчатника. . . '

Впервые показана возможность бесконтактного способа индуцирования в листьях электротоков.как блокирующих транспорт фитогормо-на ауксина, так и высушивающих листья.

Практическая значимость работы. На основании изучения механизма стимулирования • образования отделительного слоя в листьях под действием электротоков разработана технология электродефолиации хлопчатника, которая защищена патентом Республики Узбекистан. Разработаны основы простого способа ранней диагностики (на £

- 3 день) эффективности проведения дефолиации хлопчатника.

Апробация работы. Настоящая работа выполнялась в рамках контракта ГКНТ РУз N 34 за 1993 г. Достоверность, научная и практическая значимость работы докладывались на комиссии .по приемке, результатов работы и подтверждены соответствующим Актом. Основные результаты работы бши доложены на научной конференции, посвященной 50-детц» Академии наук Республики Узбекистан (Ташкент, 1993), на конференциях,, посвященных структуре и функциям биологических мембран (Ташкент, 1995), "Биология ва экологиянинг хозириги замон муашдлари" (Ташкент, 1995). '

Публикации результатов исследований. По теме диссертационной работы получен! патент, опубликовано 3 статьи и 5 тезисных сообщений

,11о страницах маШ11ни!Ш1.ки> и ¿'гп.ола огыиичал и ¿^«"ч ков. Работа состоит иэ введения, трех глав : "сбзор литературы", "материалы и методы", "результаты и их обсуждение", ?ак,лг'-о-иия и списка использованной литературы из 131 наименований.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

В данной главе содержатся основные сведения о системах регуляции растений (гормональная, электрофизиологическая). Подробно рассматривается главный фитогормон растений - ауксин: его действие на молекулярном уровне, физиология,' транспорт, участие в процессах старения И опадения листьев. Деются общие сведения о дефолиантах.

В обзоре использованы- данные, опубликованные, в основном, начиная с 1970-х'годов по 1996г.• включительно.

Глава 2. НЕТОДИ ИССЛВД0ВА1Ш

Для экспериментов- использовали проростки и взрослые растения хлопчатника сорта 108-Ф.

В работе использовали биотесты на. определение регуляторов опадения на основе черенков и эксплантов семядольных листьев хлопчатника (Умаров и др.,1982; Стонов и др., 19703.

Скорость роста отрезков проростка измеряли с помощью метода, основанного на использовании электромеханического датчика линейного смещения, - механотрона 6МХ1С СТуркин и др. , 1980). .

Транспорт фитогормона ауксина-в отрезках проростков хлопчатника' изучали с помощь» . рзлиоактизно-меченного ауксина 14С-ИУК КЫсЬтйЬ, 19921. Радиоактивность измеряли на «идкостно-сцинтил-■ляционном счетчике "Вета-й" (Россия).

Электропроводящие свойства растений изучали с помощью измерителей импеданса (Ш?) Е-7-11, Е-7--8 и переносного комбинированного прибора, Щ4313.

Биоэлектрические потенциалы растений изучали с использованием высокоомного вольтметра В7-26 и комбинированного прибора Щ4313.

Обработку,растений электрическими токами проводили с использованием изготовленного нами регулируемого источника высокого постоянного напряженйя (100 - 10 000 В; 0,В кВт).

Индуцирование в тканях растений электротоков емкостным спосо-

туте прикладной Физики Tairjy высоковольтных импульсных генераторов, дэмум импульсы с амплитудой до £00 кБ, длительностью от 10 нсгл до '1 м;ек и частотой следования от S до 100 Гц. Глава S. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ 0ШУВДЕ1ШЕ 3.1.Дойсть>1в импульсов электрического тона в тестах на развитие отделительного слон

У проростков хлопчатника первыми появляются два семядольных листа, у которых через определённой время, после появления настоящих листьев, развиваются все признаки старения л они опадают. Поэтому 14-дневные проростки хлопчатника, имеющие 2 семядольных и 1 настоящий лист, с отрезанными корешками (стеблевые черенки), являются удобной моделью для изучения действия различных химических и физических факторов на процессы естественного старения, лизтьев.

Для изучения действия электротоков на формирование отделительного слоя у семядольных лж. 'ьев был использован тест, описанный в работе А.А.Умарова с соавт. [19823, который Сын незначительно видоизменен нами для получения возможности наблюдать luOi-ное опадение листьев.

В наших экспериментах 100% опадения семядольных листьев у стеблевых черенков хлопчатника, погруженных на 1/3 в чистую водопроводную воду происходила на 2Й день посте начша эксперт-

Опадение листьев,%

Рис.1.Действие дефолиантов и импульсов постоянного электрического тока длительностью 2 сек н; на опадение семядольных лиетье; у стеблевых черенков хлопчатник; 1 - контроль; 2 - Этрел (0,1мМ): 3 - Еуткфос (0,1 мМ); 4 - Однократная обработка током силой 30! мкА;5~ Двухкратная обработка током силой 300 мкА (на 1 и 2 дни; 6 - Трехкратная обработка трко» силой 300 мкА (на 1, 2 и 4 дни,'

мента (рис. 1). У стеблевых черенков, погружённых в 0,1 мМ растворы дефолиантов этреда и бутифоса, 100%-ное опадение семядолмчт листьев происходило на 6 н 10 дни соответственно. Если в начале эксперимента по цепи "семядольный лист - основание черенка" однократно в течение % се«, пропускать постоянные электрические ;о-ки различной силы и направления и оставит.ъ черенки погружении:,л в водопроводную воду, то можно наблюдать, что токи силой 800 мкА и выше, независимо от ввправления тока, приводили к гибели черенка. Токи силой от 150 мкЛ до 700 мкА, независимо от направления тока, • приводили к.примерно одинаковому ускорению образования отделительного слоя ■ - 100% опадения семядольных листьев происходит в среднем на 14 день. Токи силой менее 150 мкА развитие отделитель-. ного слоя не ускоряли.

Учитывая, что в условиях нашего эксперимента этрел и бутифос постоянно присутствовали в воде, омывающей нижнюю чагт^ черенков, а эффект однократной (2 сек) электрообработки мог "Зт'ь ослаблен /восстановительными процессами в растении,'в следующем эксперименте были проведены повторные обработки черенков током ЗГО м!!Л на 2 И 4 дни после первой электрообработки. Выло показано, что если ' однократная электрообработка током 300 мкА приводила к 100% опадению листьев на 14 день, то вторая обработка укорачивала этот срок в среднем до 12 дней, а третья до 10 дней, как и в случае применения дефолианта бут"фоса. (рис.1).

•Действие электротоков было -исследовано также на растениях хлопчатника, находящихся на 4' месяце вегетации на стадии 10 - 15Х раскрытых коробочек, которые были-выращены на опытном поле ботанического сада ТашГУ. Эксперименты, в которых через листья пропускали в течение 2 секунд постоянные электрические токи различной силы (положительный электрод помещали в увлажнённую землю вблизи корневой шейки растения, а отрицательный электрод с помощью прищепки поочередно присоединяли ко всем листьям растения) показали, что обработка листьев токами силой Б мА и выше приводит « гибели и последующему высыханию листьев. Токи силой от 1 до 4 мЛ на лист приводят к усгорению процессов естественного старения в листьях, которое выражалось в том, что на 20' день после электрообработки листья изменили'окраску и у 20Х листьев отмечалось образование отделительного слоя,- Листья, через которые пропускали ■ токи силой менее 1 мД, так же как и листья контрольных растений,

оставались зелёными без признаков армирования отделигельногс слоя. ■ . •■

Таким образом, эксперименты, в которых листья хлопчатника, находящиеся на начальных стадиях естественного старения, подвергали кратковременному воздействию электрических токов, показали, что пропускание через листья электрических токов силой несколько более слабых, чем токи, которые приводят к гибели листьев кшез приводить к ускорению процессов естественного старения с образованием отделительного слоя. Повторение злектрообработок еще Солее ускоряет эти процессы. '

В регуляции опадения листьев принимают участие все растительные гормоны, но решающая роль принадлежит ауксину и этилену Палка еуасг, 1905), Пока ауксин, образующийся в листовой пластинке, поступает в достаточном количестве к отделительной зоне, процесс образования отделительного слоя заторможен. Уменьшение поступлений ауксина к отделительной зоне со'стороны листовой пластинки ^ увеличение его поступления со стороны верхушечных побегов стебли и боковых ветвей ускоряет образование отделительного слоя. Н£ этом первом, ауксинзависимоы й этиленнечуврт®ителънрм этапе процесс образования отделительного сдоя является обратимым.■ Далее стареющие тк-зни начинают вырабатывать все возрастающие количестьг этилена и именно он уже стимулирует образование отделитель ноге слоя на втором, необрат1адом этапе. Практически все известные дефолианты или уменьшают содержание ауксина в листьях (бу.тифос, хлорат магния, бутйлкаптакс, зндотал, тиоцианат натрия, цианамид кальция) и/или увеличивают содержание этилена в них (дропп, бути-фос, фолекс; этрел, дипиридшфосфат) [Кефели-, 1991).

Для изучения механизмов действия веществ на образование отделительного слоя используется тест на отделение черешков от &кс-плантов семядольных листьев хлопчатника САсШсо£Ь еЬ а1., 1964; Стонов с соарт., 1970). Эксплаиты - это вырезанные из проростков хлопчатника отрезки стебля с участками листового черешка, содержащими отделительньш слой, концы которых помещают в агар, содер-дащий различные исследуемые вещества. Различие между черенка»™ л зкешгаитами заключается в отсутствие у эксплзнтов источника эндогенного ауксина, который у черенков поступает к отделительной зоне со стороны листовой пластинки. Отделение черевксв от оксплан-тов происходит в среднем на 5 - 6 дни. Если конин эксплзнтов рог-

ружены в агер, . содержащий ауксин - индолил-3-утеуску» кислоту (11УК), то черегаш от эксппгнтсв ке отделяется в течение 7 дней иабяэдекяя Í о сзязн с нестерильнсстыо эксплантов они покрываются ллесенш я.иа 6 - 7 день эксперимент приходиться прерывать), Предобработка эксплантов toiísmii силой 600 мкА и выше приводила, как и в случае с черенка!«!, к гибели эксплантов. Предобработка экс-плаятов токами силой от ISO до 700 мкА, в отличие от теста с черенками, не влияла на отделение Черешков. Если же конца эксплад-тоэ были . погружены в агар, содержащий ауксин, то предобработка токами силой от 150 до 700 мкА отменяла замедляющее действие ауксина яа отделение черенков.

Таким образом, эксперименты с эксплантами семядольных листьев хлопчатника показали, что стимулирующее действие электрических токов на образование отделительного слоя в листовых черешках, возможно, связано с блокированием электротоками действия ауксина, В. связи с этим в дальнейшей работе было исследовлнс дейстгкэ электротоков а специфических тестах на ауксиш.

Э.8. Дейстт? етпульсов злеятрячесиого тдаа на ауисиязагшскмЕй роет отреаков гшопотялей яяоячэтгата.

Отрезки гипокотшюй 4-5 дневных проростков хлопчатника являются хорошей моделью для изучения, действия различных химических соединений и физических факторов иа- ауксинзавиеимый рост тканей растяжением fТонких с соавт., 1995J.

Скорость роста свежевнреэаиных отрезков (10 см) гйпокотилей хлопчатника, помещенных в установку для иэшрения-скорости роста, в течение 30-40 минут уменьшалась со .100 мим/ч до 6-10 мкм/ч вследствие истощения эндогенных- запасов ауксина (рис.2). Если на зликяльннй конец отрезка:наносить ИУК в различных концентрациях, го через 10-15 минут скорость роста отрезка увеличивается и устанавливается на -отметке, характерной для данной концентрация ИУК. Занесение бутифоса иа апикальный конец отрезка через некоторое время останавливает его ауксинзависимый рост' (рис. 2).

Если через отрезок гллокотиля пропускать импульсы электрического токл длительностью 2 сек. при условии, что к апикальному юяцу приложен "+", то импульсы тока, силой от 20 до 100 мкА увенчивали скорость роста отрезка пропорционально силе тока в им-гулъсе (рис.3).

Лри приложении к апикальному концу отрезка "-'" импульсы тока силой от 20 до 100 мкА уменьшали скорость роста отрезка гииокоти-ля индуцированную ИУК -или импульсами тока противоположной полярности (рисунок не приводится). Важно подчеркнуть, что стимулирующее шш ингибирующее действие импульсов тока , силой от 20 до 100

.Рис,2. Скорость роста свежешрезанных отрезков гипокотшшй хлопчатника после добавления к . апикальному концу различных концентраций ПУК и .Бутифоса в концентрации 100 мкМ.

~>-:—:-1-Í-

60 • 180 160 Время, минуты .

Скорость роста, мкм/час

200 г

100

Вути|юс

Скорость роста, мкм/час

ЕООг "

100 ;

Рис.3; Скорость роста свелевырезанных отрезков гипокотилей хлопчатника- после-добавления . ИУК и пропускания через них импульсов постоянного электрического тока длительность» 2 сек. К апикальному 'концу

отрезка прикладывали

»4 и

60 - 120 ! Время, минуты

мкА на индуцированную ауксином скорость роста' отрезков гипокоти-леи úawo было ■ обратимо отменить такими ие импульсами тсгл npor;i всположпиго направления.

Импульсы тока от 160 до 700 мкА, независимо от поляг юстн, моментально и необратимо останавливали рост отрезка, а токи с-лои 800 мкА и выше укорачивали отрезок, видимо, эа счет разрушения клеток и потери ш туpropa (рлс.З).

Ауксин, в отличие от других фитогормоиов, транспортируется по растению с помощью специальных белков-переносчиков. Транспорт ауксина зависит как от эндогенных, так и внешне приложенных электрических полей. Опмсйны эксперименты, в которых пропускание тока силой в мнА через колеоптили кукурузы и междоузлия гороха усиливает транспорт ауксина в них в случае, если сверху был крилем и полностью останавливает его, если сверху приложен Щояевой, Медведев,- 1990J.

На основании данных литературы, полученное в к iiu ix экспериментах ускорение роста отрезка гипокотиля хлопчатника при пропускании- через него токов силой от 20 до 100 мяА и приложении "+" к апикальному концу можно объяснить усилением транспорта в ник имеющихся гаизссз эндогенного ауксина. Замедление скорости роста Отрезка при гсках от 20 до 100 ь'кА и приложении к апикальному концу можно объяснить торможением транспорта ауксина. ' Остановка роста отрезка при пропускании через него токов силой от 150 до 700 мкА, возможно связзла с необратимым блокированием ауксинового транспорта. Доказать эти предположения можно в эксперт,!енгах в которых действие импульсов электрического тога будет исследовано вепся;|1>?д(лропяо ил трзгслорт ргщиракткг.чп мочевого пуксийп.

9.3. Дейсл кме нчпульсйа электрического тша па транспорт 14(1-йУК п oxpeanast гшнжотшкй» плопчетюто.

Транспорт радиоактивно меченого ауксина через отрезки гипоко-тилей хлопчатника изучали помещая прэдобр'аботанные электрическим током л контрольные отрезки длиной 10 мм мегяду двумя згвровыми блоками. Верхний содержал 14С-ИУК (0,1 мкМ) и в отдельных случаях д^фолпантн в концентрации 100 мкМ. Через 1(3 часов инкубации реди-оеитгансстъ измеряли в никнем агаровом блоке.

Кпк видно пз таблицу 1 предобработка отрезков гипокотилеи тогами от 20 до 100 мкА при прилояенги к апикальному концу "+"

Таблица 1

Действие импульсов постоянного электрического тока длительностью 2 сек. (указана полярность с апикального конца) и дефолиантов на транспорт 14С-ИУК в отрезка;! гипокотшшй хлопчатника.

!------1

[Предобработка Кол-во 14С-ИУК (имп/мин) в Ж от контроля | | баэальном конце отрезка |

Контроль -. 7831 +. 670 100

+ 20 7450 +712 95

- 20 7904 + 691- 101

+ 30 10845 + 1018 138

- 30 6781 J 659 ' '86

+ БО 254Б0 + 3664 325

- 50 4024' + 347 51

+ 80 . 29605 + 4456 378

- 80 367 + 105 - - Б

+150 478 + 110 • 6

-1Б0 389 + S3 3

+400 328+89 4

-400 • 423+87 б

+700 321 + 108 ■ 4

-700 395 +100 '. 5

Бутифос 448 + 153 .6

Этрел 412 + 124 5

i_:_!_I-!-1

усиливает транспорт ауксина в них пропорционально силе тока. Предобработка токами от 30 До 100 мкА при приложении к апикальному концу " уменьшает транспорт ауксина' пропорционально силе 'тока. Предобработка токами от 150 до 700 мкА независимо от - направления тока уменьшает транспорт ауксина примерно одинаково. Токи в 800 мкА и выше приводили к потере тургора отрезком, видимо, за счет разрушения клеточных мембран; . поэтому транспорт ауксина в них не оценивали.

Присутствие в агароьом блоке с ашшачьяого конца дефолиантов Еутифоса и Этрела уменьшало транспорт ¿'-ауксина до величин .как н в случае обработки "токами от 1Б0 до VD0 мкА.

Таким .образом, на основзш-л оксперимелтов в которых изучали образование отделительного слоя у семядольных и настоящих листь ев хлопчатника, экспериментов в которых изучали ауксинзависимьг" рост растяжением и транспорт радиоактивно меченого ауксина в отрезках гипокстилей хлопчатника, можно заключить, что пропускан!« • через листья импульсов постоянного электрического тока длительностью 2 сек., независимо от направления тока и.силой от 1,2 до б раз более слабой; чем минимальный ток приводящий к разрушению клеток в листьях, вызывает ускорение образования отделительного слоя за счет блокирования транспорта фнтогормонз ауксина в них. Точно такде действуют на первом ауксинззвисимоЫ этапе развития отделительного слоя дефолиант» Вутифос я Эт1»>л, С ]1'Ш>ш,ыо ичму.'а-. сов еще более слабого тока (от 0.до 20 раз меньшего, чем ток, разрушающий клетки), различной полярности можно управлять транспортом ауксина и соответственно ауксинзависимым роста- растяжения гипокотилей хлопчатника.

3.4, Измерен»«? электрически* характеристик тканей хлопчатники.

С целью Исследования механизма,. по которому импульсы постоянного электрического тока управляют транспортом ауксина в растениях, параллельно электрообработкам черенков семядольных листьев' и отрезков гип'окотилей хлопчатника, были проведены измерения их характеристик электропроводности по переменному току на частоте 1 кГц.

Упрощенно, эквивалентную схему тканей живых организмов можно представить, как соединенные параллельно сопротивление и ёмкость, йнтактны? 14-дневные черенки семядольных листьев хлопчатника шали электрические сопротивление и ёмкость: 708,2 + 32 кОм и 50,0 + 6,3 пФ, а отрезки гппокотилей длиной 25 мм: 183,5 + 13,2 кОм и 36,4 + 4,8 пФ.

При пропускании через черенки и отрезки гипокотилей токов различной силы их сопротивление и ёмкость меняются однотипно, независимо от исходных значении. ' На рис.4 представлены результаты измерения этих величин у черенков семядольных листьев.

Пропускание импульсов электротока силой от 20 до 100 мкА, независимо от направления тока приводит к небольшому увеличению сопротивления при неизменней ёмкости. Как видно из рис.3, и табл.1 при приложении к апикальному концу отрезков гипокотилэй

Сопротивление, кОм о 1200

Ёмкость, пФ Д'

100

Рис.4. Зависимость электрического сопротивления и 1000 ёмкости черенков семядольных листьев хлопчатника от силы тока пропускаемого через над в течение 2 сек, Представлены результаты измерения электрических характеристик у 10 черенков.

• О, 1

£00 400 600 600 1000 Сила тока, мкА

при этих значениях токов происходит усиление их ростз и транспорта ауксина в них.

Импульсы токов силой примерно 150 мкА, независимо от направления, токов, вызывали резвое уменьшение сопротивления и ёмкости тканей, Они восстанавливались до первоначальных значении через б - 6 часов.

; Импульсы токов силой от £00 до 700 мкА, независимо от направления tdkob приводили к, пропорциональному силе тока, уменьшению сопротивления тканей, а ёмкость оставалась примерно на одном уровне.

Как указывалось вьвае, импульсы токов от 150 до 700 мкА приводили к блокированию транспорта ауксина и остановке роста растяжением отрезков гипокогидей. Восстановление первоначалыш значений сопротивления к ёмкости тканей происходило через время, которое было прямо пропорционально силе тока в импульсе (Ю - 48 часов).

Разрушающие растительные ткани импульсы токов 600 мкА и выше приводили к стабилизации сопротивления на с^мом низком уровне и увеличению, пропорционально саде тика, ймлисгп, вилигь до значений соответствующих гоцогенату тканей (1 нФ и выт).

Небольшое увеличение сопротивления тюсле обработки тканей токами силой до 150 мкА , по-водимому, моино объяснить соответствующей поляризацией тканей, наступающей непосредственно поел? воздействии попарного электрического нипульса. Отсугтшю измсиешм емкости мемет говорить о том, что импульса тока данной силы существенно не влияют на целостность биомембран.

Резкое уменьшение сопротивления и ёмкости, сопровождающееся блокированием активного транспорта ауксина,'после пропускание через ткани токов от 150 до 700 мкА можно объяснить нарушением целостности плазматических мембран, которая восстанавливается с течением времени. Именно иэ-эа восстановления целостности мембран необходимо проводить повторные электрообработки, чтобы скорость образования отделительного слоя была бы сравйимой со скоростью при применении химических дефолиантов.

Измерение биоэлектрического потенциала семядольных листьев относительно основания черенка показало (рис.Б), что он у 14 дневных проростков ияеет в среднем величину -65,4 + 13,6 мВ и в процессе естественного развития отделительного слоя снижается до нуля в среднем на 13 день. 'Семядольные листья, имеющие отяоеи-

Лотенциал, мБ

-100

1

Рис.5.Изменение потенциала семядольных листьев относительно черенка в процессе естественного развития отделительного слоя и после электрообработок; 1 - сверлу; 2 - "+" сверху; 3 - контроль; 4 ~ Бутифос

J_а_—_1

г

2 4. 6 .8 40 12 14 Время, дни

+200*1

телвно черенка нулевой потенциал, могут не опадать еще несколько дней.

Биоэлектрический потенциал семядольных листьев .обработанных атрелом снижается до нуля примерно на 4 день, а бутифссом - из 6 день,

Измерение электрической разности потенциалов меиду листовой пластинкой и почвой у взрослых растений хлопчатника в процессе развития у них отделительного слоя выявило закономерность, описанную выше для черенков семядольных листьев. Электрический потенциал зеленых листьев (без видимых признаков развития отделительного слоя) относительно почвы варьировал в пределах от 120 мВ до 4? мВ и существенно зависел от расположении листьев на растении, времени суток, времени последнего полива.

Таким образом, измерение электрического потенциала листьев растений хлопчатника может служить объективным тестом для определения скорости развития-у. них отделительного слоя.

Сразу после • электрообработки листьев происходит -поляризация растительных тканей. Так, если листовая пластинка подключалась к , отрицательному полюсу источника тока, то потенциал листа относительно основания черенка сразу после электрообработки мог достигать -500 мВ, а если к ней подключали положительный полюс, то потенциал соответственно становился положительным - до +Й00 мВ.

Этот потенциал поляризации в течение 1 -.3 часов после электрообработки растения приходил в норму и в дальнейшем уменьшался " соответственно скорости развития отделительного слоя.

3.6. Изучение возможности бесионтаптного индуцирования электротонов в растениях.

Контактные способы создания необходимых для электрпдефолиацгаг токов в листьях, обладают рядом существенных недостатков. Это прежде всего их неэкономичность, так как большая часть токов проходит по пути наименьшего омического сопротивления! по межклеточным растворам и.сосудам растений, а для блокирования транспорта ауксина, как показано выше, решающее значение играют ' трансмембранные токи. Кроме того, при контактной обработке растений в полевых условиях трудно обеспечить -электрический контакт со всеми листьями. В срязи с этим были проведены исследования возможности

бескснтак'пшго индуцирования в листьях необходимых для дефолиации . токов.

В теории эти токи можно индуцировать двумя способами: помещая растеняе между обкладками конденсатора (емкостной способ), или • располагая вблизи растения кзтущку индуктивности (магнитно-индукционный способ). В первом случае на сбкладки конденсатора необходимо подавать переменное высокое напряжение, во втором пропускать через индуктор большие переменные токи.

Для растительных тканей, с их сложной структурой обеспечивающей электропроводность, необходимые для дефолиации токи в индукторе и напряжения на конденсаторе можно определить только эмпирически.

Многочисленные эксперименты, по подбору параметров генераторов электромагнитного поля ' проведенные нами совместно с сотрудника,ш НииПФ ТашГУ, к.т.н. Г.Л.ЧахлоВым и к.т.н. А.А.Шатзнсвим показали, что при ёмкостном способе индуцнроьания токов в растениях необходимы генераторы, 'дающие импульсы напряжением до 300 кВ, частотой следования импульсов 5 - 20 Гц и длительностью импульсов не более 1 мкс. Обкладками конденсатора, между которыми помещали проростки и взрослые растения хлопчатника служили две пластины из фольгиро-ванн'ого стеклотекстолита, отстоящие друг от друга на расстоянии 10 см. Ограничения ;ю длительности импульсов (не более 1 икс) связаны с тем, что воздушный промежуток, между электродами в 10 см и слой стеклотекстолита толщиной 1,5 мм пробивают (возникает дуговой разряд) импульсы напряжением выше 100 кВ и длительностью более 100 икс.' При коротких импульсах, при которых не успевает ■возникнуть дуга прожигающая стеклотекстолит, нам удавалось создавать напряжённость поля в импульсе до 30 КВ/см.

В экспериментах с черенками семядольных листьев и с отрезками гипокотилей хлопчатника было установлено, что обработка их в течение 2 сек в импульсном иоле напряжённостью от й кВ/см до Б кВ/см блокирует транспорт ауксина в них, что приводит к ускорению образования отделительного слоя. Обработка растительных тканей в поле напряжённостью 10 кВ/см и выше приводит к их. гибели. Приблизительная оценка перспективы применения ёмкостного способа для дефолйацйи хлопчатника показала, что этот способ вполне может конкурировать с электроконтектной.дефолиацией.

Для инд/кции в растениях токов магнитно-индукционным способом

был изготовлен индуктор в виде плоской спирали Архимеда. Эксперименты показали, что для индукшш в растениях токов разрушающих .их ткани, яз расстоянии 10 см ог индуктора, через индуктор необходимо пропускать импульсы ' тока силой около 500 ООО А. Накопление энергии для импульса тока такой силы могут обеспечивать' высоковольтные импульсные конденсаторы большой-ёмкости, а роль клапана включающего ток на индуктор может выполнять дуговой разряд в воздушном промежутке. В связи с тем, что разряд высотоволътного кои, денсзтора через электрическую дугу сопровождается сильным шумовым эффектом, на отказались от исследования возможности злектродефо-лиации хлопчатника магнитно-индукционным способом.

3.6. Полавке эксперимента по элептродефачиации клончзтнша.

Для полевых экспериментов по электрбдефолиащш хлопчатника были разработаны и изготовлены мак&ты контактного и бесконтактного - емкрстного электродефолиаторов.

Макет контактного .электродефолиаторз представлял собой смонтированные на Изоляторах на специальной тележке два электрода и 'источник высокого напряжения. Электроды предстёвляли собой две вертикальные параллельные металлические плоскости с расстоянием мзду ними 10 см. Высота электродов соответствовала высоте зеленной кроны растений (80 см), а длина - 100 см. Передние концы плоскостей. загнуты для. направлении кустов й щадэдуток меддУ электродами. Источник высокого напряжения давал регулируемое постоянное напряжение от 1 до 10 кВ.

Шкет передвигали по рядам с хлопчатншсом со скоростью около 1 м /сек, так, чтобы растения хлопчатника попадали в промежуток ме-вду • двумя электродами. При этом около 90 - 95Х всех листьев растений в течение примерно 1 сек находились в электрическом конТакте с плоскостями электродов л.через них' протекал элэктричеашй ток эадйнной силы. ' ■ '■

Макет ёмкостного электродефолиатopa состоял из той пе- теле.ти и электродов, что и' у макета контактного дефолиатора, но на поверхности электродов контактируют}« с растениями закрепляли изо лирущие стеклотекстолиговые пластины. Генератор высоковольтных импульсов был • выполнен по схеме Маркса 1Рудрнк:. с соавт., 19773. ОН давал импульсы длительностью 20 нсек. и регулируемой амплитудой от 80 до ЕГО КВ.

• ' -19-

Эксперименти проводили в сентябре - октябре 1994 г на опытном поле ботанического сада ТащГУ на хлопчатнике copia 108-Ф,

Опытным путем било установлено, что к увяданюо и последующему высыхачиш листьев приводит обработка растений при напряжении 7 кВ и выше, . а к ускорению процессов образования отделительного слоя - при 2 - 4 кВ.

Было такме установлено, что при обработке растений емкостнмм макетом, увядание листьев происходит если на .электроды подавать импульсы с амплитудой 100 кВ и выше. Поэтому для ускорения дефолиации использовали импульсы с амплитудой Б0 к8.

Эксперименты с хлопчатником, находящимся на различных стадиях развития (от ЪХ раскрытых коробочек до 50t), на котором проводили от 1 до 3 электрообработок, показали следующее (рис.6).

Если хлопчатник находится на стадии 30-50S раскрытых коробочек (именно на этой стадии проводится обработка дефолиантами), то достаточно 1 электросбработки 3 кВ для запуска формирования отделительного слоя. На более ранних epoitax (|5-30г) раскрытых коробочек достаточно двух начальных обработок 3 кВ.

Несмотря на то, что у 90Х листьев в результате электрообработок был сформирован отделительный слой, естественное опадение да составляло не более 3ОХ. Обильный листопад и интенсивное раскрытие коробочек наступало только после еще одной элевтрообрабст-ки, ' которую проводили при напряжении приводящем к высыханию листьев.' На 3 день после такой электрообработки na paeieumi;; оставалось не более 102 листьев, и они имели около ВОТ. раскрытых коробочек.

На основании полевых испытаний пакетов электродефолиаторов разработаны основные технические характеристики конструкции контактного электродефолиатора и технология электродефолиации хлопчатника, которая защищена патентом Республики Узбекистан. Технология электродефолиации основана на нескольких электрообработках хлопчатника, количество которых зависит or стадии вегетативного развития растений. Первые (1-3) электрообработки "слабыми токами" ускоряют процесс образования отделительного слоя в листьях, созревание я раскрытие коробочек. Последняя злектрообработка "сильными токами" приводит к высыханию и опадению листьев.

Колдчество листьев, %

акв aiíB ?:св

III

100 ■-----

80

60

40

20

Количество

раскрытых коробочек,%

вутита

i i i i i i i

1JJ II I I I 1.1 I I I I I I 1 1 1.1.1 I I И I I 1 I I I I I I И II | .

Рис. 6, Опадение 100 листьев хлопчатника в контроле (1), в результате обработки бутифо-80 сом (2) и после электрообработок: 3-двухкратной при напряжении 3 КБ; Ш 4-двухкратной при 3 КВ и дополяите-льной при 7 кВ; 5-однокрэтной при 40 3 кВ и дополни •■ тельяой при 7 кН.

20

20 25 30 Б. 10. 18 20 25 30 Сентябрь» .Октябрь 1994 г.

-21. Таким образом, волевые эксперименты подтвердили дачные лабораторных исследований о возможности эффективной дефолиаций с помощью одних только электрообработок растений.

В заключение выражаем благодарность акад. В.А.Ташмухамедову, проф. А.И.Тагельгансу, д.т.н. А.Мухвммадиеву и к.х.н. А.А.Азизову за постоянное' внимание и поддержку настоящей работы.

ВЫВОДЫ

■ 1. В экспериментах с растениями, хлопчатника установлено, что про-

пускание через листья импульсов постоянного электричесюто тока длительностью 2 сёк., силой до Б раз меньшей чем ток приводящий к увяданию листьев стимулирует ускоренное образование отделительного слон в них.

2, В тестах на ауксинзависимый рост отрезков гвдтскотилей хлопчатника и транспорт радиоактивно меченого ауксина в них установлено, что импульсы электрического тока стинулируюдие образование отделительного слоя в листьях блокируют транспорт фитогор--мона ауксина в них.

3. Измерение сопротивления и емкости листьев хлопчатника в процессе их обработки импульсами электрического тока различной силы показало, что электрические токи приводящее к блокированию транспорта ауксина вызывают нарушение целостности ".т-ричеекий пробой) плазматических мембран, которое восстанавливается через 5-6 часов.

■ 4. Установлено, что электрические токи приводящие к блокированию

транспорта ауксина в листьях можно индуцировать с помощью достаточно сильных электромагнитных'полей/, как емкостным, так и мзгнйтноиндукционннм способом. .

5. Установлено, что в- процессе .развития отделительного слоя в листьях их электрический потенциал относительно стебля неуклонно стшается и измерения электрического потенциала листьев могут служить объективным биотестом на их старение.

6. Полевые испытания действующих макетов электроконтактного и ем-■ костного электродефслизторов подтвердили данные лабораторных

исследований о возможности эффективной дефолиации с помощью одних только электрооОработок растений'.

Ciwcok работ опублкимюнпнж по иатсриачзч диссертации,

1. Тоаглк А.К., Мухаимадпев А., Асямсез С-А., Агизов A.A., Гз~ • гельгаие АЛ1." Способ дефолиации хлопчатника и устройство для

его осуществления. Патент РУэ 2687/ГФ кл. БА01М Е1/04. Опубл. в "Рааыий ахОоротнома", 1995. №3.

2. Тонких А,К., Асямовз С.А., Азизов А,А,, Гагельганс А.И. Меха-, низм злектродефолиации хлопчатника. Угб.бшл.жЛ997.!Ш, С.9-12

3. Тонких А.К., Асяшва С.Ai, Азизов A.A., Гагельганс А.И. Изучение действия электрических токов на развитие отделительного слоя хлопчатника. В сб. Материалы межд. научи, конф. "Влияние физико-химических факторов на метаболические процессы в организме". Андллан. 1997. 4.2. 0. 45 - 46.

4. Тонких А.К,, АсямоваС.А., Мухаммадиез А., Азизов A.A., Га. гельгп^" Mi, Основы технологии.электродефолиации хлопчатника.

В сб. Матергалы модд. научн. конф. "Влияние физико-химических факторов на метаболические процессы в организме", Андижан. 1987. 4.2. С. 47 - 48.

5. АсямоваС.А., Джурабаев У.В., Тонких А.К. Действие дефолиантов и электрон.),тульсов на транспорт фнтогормона ауксина в проростках хлопчатника. Тез. докл. научной конференции "Современные

, проблемы общей физиологии и.биофизики". Ташкент. 1993. С.57.

■6. Асямовз С.А., Джурабаев У.В., Тонких А.К. Изучение механизма электродефолиации хлопчатника, . Тез, докл. научной, конференции "Современные проблемы общей физиологии п биофизики", Ташкент. '1993. С.57.,'

7. Диурабаев У.В., АсямоваС.А. Быстрее биотесты на ауксины на основе измерения скорости поста проростков хлопчатника. Тез. докл. научн. ксгаф. "Современные проблемы общей физиологии и. биофизики" С.6?.

. 8. АсямоваС.А., Балтии К. П,, Мзнсурова С.М., Тонких Д. К. Изучение механизма сталирующего действия импульсных злектричеашх и магнитных полей на растения. Тез.- докл. конф. "Внология па зкологиянинг хозириги замон муамоларк". Ташкент. 1995. 0,21..

9. 1оншзх А.К., Асймова С.А,, Азизов A.A., Гагельганс А.И. Разработка способа .электродефолиации хлопчатника. Тез. дог»л. ааучн. конф. "Структуры и функции биологических мембран" Ташкент, 1995, С,105. •

-ЕЗ-

А H H О Т А Д И Я

Гуза бдрглари тукидишига киска муддатли (1 сек) ь^ктроток-лариинг татллри на редипактив ипшонланган фити-горнс-н - аукглшшшг гуза пшско'лмнй кесмзльри оркзли транспорта гаышри ург:mw.ii. Маълум чучли злектротоклар баргльр траяуъ ш »сьъапшииг ривкжяа-• шшияи тазлаштиргаш вз ауксин rpsiicnopuimi гуглт.шп курс.чтидг ; и. Мззкур ш натииалари rysaim .электродефолизциялаш текнологилсшш ишлаб чикпшга асос берзди.

Гузаня i каторлл электр токи Силен тзгсир кнлига ускуласиии текиирувдан утгаэщши асосида усмлпк электродефслиацияс-и тг-хно-. логияси ярахилди. Элекгродефоллэщш технологичен бир неч;» боскич-дан иборат. Усишшкни а кВ кучяаниигаэга бир eiuj икки эдектр токи билан таъсир гашщ усишшк барглзри акралувчи каьатининг тез ривсшшштга ва кусакларштг тез етшшшига олкб келади. Кейинги 7 кВ кучлаииш билан тагсир кшши нзтиж-эсвда кучли барг тукшшши ва кусагааргешг очилиши кузатилган. Электродефолиация билан Дроип ёрдамида дефолиациялашш солиштириш шуни курезт адшш, Узбекистан швроитида электродефолизциякимевий дефолиациянпнг аяьтернзтиваси булкам мумгаш,

A NH О Т А Т I О M

The of short duration action of electric currents on the leaves abscission process arid the transport of radio labeled phyto-.. hormone - auxin through cotton hypoeotyl pieces were studied, it was showed that the définit electric currents block the auxin transport and through this accelerate the,leaves abscission layer formation.

On the base of field tests of one-row electrodefoliator working model the electric defoliation technology has elaborated. This, technology involves one or two electric-current maching of the cotton plants with 3 kv voltage wich lead to the acceleration of the formation of leaves' abscission layers and of the maturation of cotton tolls and else one reaching with about 7 kv voltage