Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

МЕХАНИЗМ ОПАДЕНИЯ ЛИСТЬЕВ САЖЕНЦЕВ ЯБЛОНИ В ПИТОМНИКЕ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "МЕХАНИЗМ ОПАДЕНИЯ ЛИСТЬЕВ САЖЕНЦЕВ ЯБЛОНИ В ПИТОМНИКЕ"

А-зто

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ГРЕБНЕВА Елена Владимировна

МЕХАНИЗМ ОПАДЕНИЯ ЛИСТЬЕВ САЖЕНЦЕВ ЯБЛОНИ В ПИТОМНИКЕ

Специальность 03.00.12 — физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

V ^ /у«,

- Г/

* « I *

* I .ч ,

Работа выполнена в лаборатории физиологии и биочи чии растении Всероссийского селекционно-технологического института

Наччныи руководитель— кандидат биологических наук Деменко В. И.

Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор Якушкнна Н. И., доктор биологических наук, ве дмции научный сотрхдн 1к Коф Э. М.

Ведущее предприятие - Главный ботаничсскии сад РАН

Защита диссертации состоится № 1995 г

/л со

в . час на заседании специализированного диссер-

тационного сочета Д 120 35 07 в Московской ссльскохо шист веннои академии имени К А Тимирязева

Адрес 127550, г Москва П-550, \л Тимирязевская, 49, ссктор защиты диссертации

С дисссртациеи можно ознакомиться в Центрально» научно» библиотеке МСХА _ _ ,

Автореферат раюслан . ' ,995 р

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических на\к

А. С. Лосева

Актуальность проблемы. В питомниках средней полосы России саженцы яблони .не успевают сбросить листья, к моменту ; выкопки. Поэтому технологический процесс по выкопке саженцев включает в себя трудоемкую ручную операцию—ошмыгивание, которую неоднократно пытались заменить обработкой химическими препаратами (Ракитин Ю.В.,

1946; Larson F.E., 1971; Perry S.C., Gianfagne T.J., 1987). , ! . ; :

vОднако использование различного типа П|>епаратов не давало " устойчивой,1 предсказуемой', реакции • растений (Basale А; et al., 1972; Wilson W.C.V 1981: Larsen F.E.et^ ah, 1984; Eres A.:, 1985; Гуляев А.Г, и др., 1990). Опадение листьев у саженцев в питомнике под действием дефолиантов . в - настоящее ' время: может быть представлено как .. зависимость невыясненного Типд от большого числа факторов, так как применение их на многолетних растениях .носило чисто эмпирический характер. N. V > ;'v «'"■.■•' ','".„".'■'>': <'-v ;

; Дефолиация саженцев в питомнике представляет, собой особый случай ; регулирования опадения, поскольку вызываемому опадению листьев не предшествует старение/ Об этом свидетельствуют опыты на саженцах яблони, ■ которые после обработки' сбрасывали свои листья зелеными (Basak A-V Jankiewicz LS., 1976). При, анализе литературных данных обращает на : себя 'внимание тот факт, что чем ближе к естественному опадению листьев, тем лучше реакция на дефолианты. По-видимому, в ранние сроки дефолиацию необходимо индуцировать^ а приболев поздних сроках инициация опадения уже произошла, и стимуляция идет на фоне старения (Knight J.N., 1979; Faby R., 1988). , : ;

; Вместе с тем совершенно очевидно,.что поступающий экзогенный этилен вызывает и другие процессы у растений, в частности, вызывает • засыхание, верхушек • побегов; отслаивание . коры, задерживает прорастание почек весной следующего года (Бакун, 1975; Orisoto, 1984; Larsen, 1984). : ':,'• 1 •/.■■'.■, -Л- ' ,Д . > V'

Опадение листьев.— не пассивная, потеря органов, а. результат процесса дифференциации тканей, который в значительной мере регулируется комплексом фитогормонов (Addicott F.T., 1982). Успешное применение дефолиантов;в питомнике; равно,как и скрининг новых более совершенных средств, невозможны без правильных представлений о . процессе. формирования; отделительного слоя, его эндогенных и экзогенных регуляторах. • - , ■ - , ■

г

изучение механизма регулирования опадения листьев саженцев яблони

Поставленная цель достигалась решением следующих задач

— сравнение и установление зависимости реакции дефолиации под действием этиленпродуцентов и веществ, стимулирующих синтез эндогенного этилена,

—изучение гомеостаза этилена у саженцев яблони и его изменение в процессе отделения листьев,

— изучение отношений между инициированием опадения листьев саженцев яблони, активностью и секрецией целлюлазы и полигалак-туроназы,

— исследование влияния ингибиторов действия и синтеза этилена на индуцированное опадение листьев саженцев яблони,

— установление механизма образования этилена листьями саженцев яблони после обработки дефолиантами,

— выявление реакций последействия у саженцев яблони на испытываемые препараты

Научная новизна. В связи с отсутствием опадения листьев у саженцев яблони в течение двух декад сентября (время выкопки) и предположением об инициирующей роли этилена в этом процессе впервые изучен гомеостаз этилена у двухлетних саженцев яблони Установлено, что ко времени вынужденной дефолиации (перед выкопкой) интенсивность выделения этилена листьями не достаточна для инициирования опадения

Впервые показана возможность инициирования опадения листьев саженцев яблони под действием ХММДЭС, обусловливающего увеличение синтеза этилена за счет повышения содержания АЦК. в отличие от действия на данный процесс ситрела, способного разлагаться в тканях саженцев яблони до этилена, интенсивность выделения которого превышает инициирующую

Доказано, что степень вынужденной дефолиации прямо коррелирует с активностью секретируемой формы целлюлазы, экзополигалак-туроназы. эндополигалактуроназы, обусловленной свойствами воздействующего препарата

Выявлена взаимосвязь между интенсивностью выделения этилена тканями побегов после обработки препаратами и повреждениями саженцев яблони весной следующего года

Практическая значимость работы. Полученные результаты по механизму инициирования опадения листьев саженцев яблони позволят разработать способы дефолиации растений в питомнике перед выкопкой.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на второй конференции "Регуляторы роста и развитие растений", 29 июня —1 июля 1993 г., Москва; на третьей международной конференции "Регуляторы роста и развитие растений" 27 —29 июня 1995 г., Москва; на конференции молодых ученых ТСХА, 17 —19 мая 1994 г., Москва; на совещании" "Молодые учёные — садоводству России", 19 —22 июня 1995

г., ВСТИСП, Москва; заседаниях лаборатории физиологии и биохимии растений, секции плодовых культур и Ученого совета Всероссийского селекционно-технологического -.института садоводства и питомниководства (1992—1995 гг.). Выводы, полученные в' ходе исследований, / были' использованы - при разработке технологии дефолиации саженцев яблони в питомнике по договору N17.085-94 с МСХиИ РФ.

- Публикации., По материалам диссертации опубликовано три печатные, работы. * * . •

Объем и структура диссертации, Диссертационная работа изложена на 144 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и приложений. Работа содержит 9 рисунков, 20 таблиц . в тексте и 5 рисунков, 9 таблиц в приложении. В . списке литературы 290 наименований, в том числе 245 иностранных авторов.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Эксперименты выполнены в питомнике ОПХ ВСТИСП и на лабораторном участке ВСТИСП лаборатории физиологии и биохимии растений в течение 1991 —1994 годов. .

. Для дефолиации листьев саженцев яблони использовали: ситрел — кремнийорганическии этиленвыделяющий препарат, содержащий .20%

д.в.:. бис(триметилсилил)хлорэтилфосфоката (авторское свидетельство N1779034); ХММДЭС — кремнийорганический ' препарат, обладающий десикирующим действием, содержащий 60% д.в. хлорметилметилдиэто-ксисилана (Патент США N 3183076, кл. С 07 Р 7/18, 1965); деситрел-кремнеорганический препарат, содержащий 20% бис(триметилсилил)-

хлорэтилфосфоната и 60% хлорметилметилдиэтоксисилана В качестве ПАВ прк обработке применяли кремнийорганический блоксополимер КЭП-8 Концентрация использования препаратов— Í5 мл/л

Объектами исследований были выбраны два различных по происхождению сорта яблони хорошо адаптированный к условиям средней полосы России сорт народной селекции Антоновка обыкновенная и сорт канадского происхождения Спартан Двухлетние саженцы яблони были выращены по стандартной технологии Уровень развития саженцев соответствовал ОСТ 46-81-80

Обработку препаратами проводили за 20 дней до планируемого срока выкопки по календарному плану питомника ОПХ ВСТИСП Необходимым условием являлось отсутствие выпадения осадков в течение суток перед обработкой и в течение 3—4 часов после обработки Опрыскивание выполняли с помощью ручного опрыскивателя до полного смачивания листовой поверхности Для изучения динамики изменения исследуемых параметров проводили отбор проб на 3, 6. 9, 12 дни после обработки.

Степень опадения листьев учитывали спустя 14 дней после опрыскивания путем ручного встряхивания

В качестве ингибитора действия этилена использовали ионы серебра, ингибитора синтеза этилена—-ионы кобальта

Интенсивность выделения этилена листьями, корой, древесиной и побегами саженцев яблони определяли методом газожидкостной хроматографии на хроматографе марки ЛХМ-8МД (модель 5) с пламенно-ионизационным детектором на колонке Carbopack С (Suplico, США). 0,3 х 180 см При температуре колонки 70®С, испарителя—125°С В качестве газа-носителя использовали азот, 30 мл/мин

Содержание свободной АЦК определяли по методу Лизады и Янга (Lizadae, Jang, 1979) в модификации Сальковой Е.Г. с соавторами (Салькова Е Г и др , 1992)

Об активности этиленобразующей системы в листьях саженцев яблони судили косвенно, по изменению интенсивности выделения этилена вследствие окисления экзогенной АЦК согласно методике Иевиньш Г В с соавторами (Ievinsh G et al. 1990)

Активность целлюлазы определяли по методу Хабермана с соавторами (Huberman et al, 1975), эндополигалактуроназы— Каханьг с соавторами (Кахана и др, 1977), экзополигалактуроназы—Айбы <•

соавторами ; (Aiba S.et al ,1983). Активность ферментов определяли, в месте присоединения листа к побегу толщиной 2 мм и диаметром 3-4 мм у среднего яруса побегов саженцев яблони. .. ' • • ' . ;,*'••■ Для определения характера воздействия дефолиантов на развитие растений, в следующем вегетационном периоде саженцы, яблони после ' дефолиации, выкопки и хранения в течение зимы при температуре 0-4 °С были высажены на опытный участок ВСТИСП лаборатории физиологии и биохимии'растений. Для оценки последействия в баллах была: принята ; шкала s повреждений. Состояние растений оценивалось ежемесячно в "последнюю декаду месяцай ; . i ••/'

f.'--. . Все анализы проводили в трехкратной повторности. Полученные ? данные обрабатывали .'методами математической статистики* используя дисперсионный и регрессионный анализ... :■■.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

; „ ■ ■ - В условиях Нечерноземной зоны средней полосы России саженцы яблони . не -- успевали сбросить листья к концу сентября (моменту ' выкопки). Листья'саженцев яблони сортов Антоновка и Спартак были живыми, зелеными, плотными,, в хорошем тургесцентном состоянии.. Опадения . к моменту выкопки не наблюдалось (Таб. 1). Изучение ■ гомеостаза этилена ; у саженцев ; яблони сортов Спартак и Антоновка показало, что на протяжении двух декад сентября интенсивность. , выделения . этилена листьями не изменялась .*й достигала у сорта . ■ Антоновка 0,86 нл/г*ч, что в 1,4 раза меньше чем у листьев Спартана : (1,23 * нл/г*ч) ' (Рис.1). . Согласно • литературным данным такая интенсивность : выделения этилена Гне- способна индуцировать опадение . листьев (Jacson М.Н., Osborn D.H., Г1970; Abeles F.B., 1973; Morgan РЖ, Durham J.J.; 1980; Morgan P.W.et all, 1992). ' ; " ;

V--^Под" ;■действием п ионов • кобальта наблюдалась . тенденция к ■* снижению интенсивности выделения этилена. Обработка тиосульфатом * серебра не приводила к изменению интенсивности выделения этилена : листьями (Рис.2)..' Воздействие; ингибиторов • не изменяло степень. . опадения листьев (Таб.1). '', \ "Wy .*,.-..-',*• г'"'.

Сорт яблони был.- единственным фактором, оказывающим существенное. влияниена интенсивность выделения этилена' ежегодно. . Сила влиянияданного фактора колебалась от 16 до 25 •.' У.4' "

Содержание свободной АЦК в листьях контрольных растений не изменялось в течение первых двух декад сентября (Рис.3) В листьях Спартака концентрация АЦК достигала 52 нМ/г , что в 1,4 раза больше, чем содержание свободной АЦК в листьях яблони сорта Антоновка, где оно составляло 38 кМ/г Вероятно, этим объясняются различия в интенсивности выделений этилена листьями между сортами у контрольных растений

Таблица I

Степень опадения листьев саженцев яблони после обработки дефолиантами, ингибиторами синтеза и действия этилена

Опадение листьев. %

А/В 1992 1993 1994

Спаотан Антон Спартян Антон. Г.пяптан Антон

волаГконтро4(,> О 0 0 0 0 0

вояа+Со*+ 0 0 0 0 0 0

вояа+А{Г+ 0 0 0 0 0 0

деситрел 99,33 86,69 99,33 99,6 100 99.33

деситрел+Со++ 35.97 67.33 25.53 67.36 69.57 63.66

деситрел+Ар* 67.17 70.42 40 81 69.32 38.45 31,0

ситрел 5.52 2.3 5.65 2.67 6.57 3.98

ситоел+Со++ ' 0 0 7.5 14.69 9.41 12.99

ситрел+А«г+ 6.1 2,3 7.26 0 7.9 6,24

ХММДЭС 22.07 41.33 56,9 59.52 57.48 63,71

ХММДЭС+Со++ 25.66 34.6 15.17 31.76 30.13 33,10

ХММДЭС+Ар* 12,66 34,7 34,7 45.17 37.6 40,57

НСР А 7.37 8.28 18 28

НСРВ • 3,01 3.38 7.46

НСР АВ 10,42 11,71 25.83

г

, 225

НСР„с

. 05 200

175-

150

125

3' 100

- 75

4 ■ ■ •

^ 50

2 " 5 25

I — .- в : .

<9.94: в ч

£200 г

»

^05 к 175

X Г

|150

^125

А ■

8100

о

| 75 о

—г - 5 а' ■

3.09' 6.09 9.09 12.09.93

3.§9 'II .§9 К.Нэ 1^С9.94г

НСР,

Об

—3—Б 5. иГ -

3.09 6.09 9.09 12.09.93г Е, 1НСР05,

Рис.1

\г\ г л „."гА обработки 3 6 &

¡9 е.09 9.09.92г КадТ срок 3.09 6.09 9.09.92г •

----------- ----------— -------------яьями сац^е!

- -----------1 кш • и^иц (.'«V?

¡2%л дэддада*;

ï

WJOBh OU

ГЧявЗ 10

1ЧМ t»

r-rsi FV

Oî^x

X о

Oie a я ora «j

6 OtJS o i Чо м «Зоя M

Чв Uli.

>0 X см| jj-o? из

s

M I

- по 19-iXO

IIs gf 's

ó a a

s

îab-is:.

OS» -^ IX СЯЗ HS . OQ» и BílJ . —h ou CXJ • te oi-i цз

N en

5 S?

, 'S?

TJÏ» o»

2ВЙИ

от} |>х

IS £5 vo

"H S>i .

ttJffl fcW ою fix t-i

• or

a o<ia » _ SP» о oooS m fr oía» .

S8STS t* i

CI

M.

Интенсивность выделения этилена , кл/г ч

8 S а! 8 К g ä 8 S g 3

Интенсивность выделения этилена , нл/г ч

м сл ^э о сл а сл о

M у> с о сл

M CJ> -О (HOC

w

3

в s ä s й s a

__ 1 f »—« t-f

В S S 8 В g tí

о

сл

9" 12 овработк»Г5 ' £ § ^ 3.09 „ 6.09 9.09 12.09 Кал.срок 3.09 6*09 9.09 12.09.93г

¡^я?пс§ж8н5<?в сортов Спартан С А, БЛГП и Аито-

. новка СД.Е.Ж.ч.) после обработки деситрелом, ХмкдЭС. сгг-, ; рвлои и водой (контрол)*соотввгстввнно.

■ . /ши пислв ,--, ; , Ц

.§9 6.6« 9.§9 3.8э 6.89 9.§9 12*§9.93г

Динамика активности внутриклеточной и секретируемой Формы экзополигалактуровазы (А,Г), эндопалигалактуроназы

целлюлаэы (В,Е) в месте отделения листа саженцев яблони сортов Спартан и Антоновка соответственно после обработки водой (конгроль) /1,5/, ситрелом /2,6/, ХММДЭС /3,7/ и деситрелом /4,8/.

б

Добавление экзогенной АЦК к листьям необработанных растений приводило к увеличению интенсивности выделения этилена на 75% на протяжении контролируемого периода (Рис 3) Оба сорта в одинаковой степени способны включать экзогенную АЦК в цепь биосинтеза этилена

Активность целлюлазы, эндополигалактуроназы, экзополягалак-туроназы в отделительном слое листьев неподвергавшихся обработке саженцев яблони не изменялась на протяжении всего периода наблюдений (Рис 4) Активность секретируемой целлюлазы (экзоцеллюлазы) составила у сорта Антоновка—4.13 ед, у сорта Спартак—3)63 ед. Накопление фермента внутри клетки обеспечивало активность эндоцеллюлазы в отделительном слое листьев сорта Антоновка равную 2,5 ед» Спартан—9,04 ед Активность секретируемой эндополигалактуроназы составила 3,4 ед, локализованной внутри цитоплазмы — 11 ед Активность экзополигалактуроназы была одинаковой у Антоновки и Спартана Активность секретируемого фермента составила 3,8 ед, внутри клетки—21,5 ед Отсутствие опадения в контроле обусловлено, вероятно, отсутствием увеличения активности гидролитических энзимов в отделительном слое необработанных растений»

У растений, не подвергавшихся опрыскиванию препаратами, интенсивность выделения этилена побегами составила в среднем 0,027 нл/г*ч у Спартана и 0,026 нл/г*ч — у Антоновки, корой — 0,13 и 0,1 нл/г*ч; древесиной — 0,027 и 0,026 нл/г*ч соответственно (Рис 5) Анализ динамики интенсивности выделения этилена показал отсутствие изменений параметров на протяжении изучаемого периода Наблюдения в течение вегетационного периода за саженцами яблони, высаженными после хранения при температуре от О до +4 °С, показали отсутствие каких-либо повреждений у растений, не подвергавшихся обработке препаратами (Табл 2)

а

Таблица 2

Оценка последействия дефолиантов на саженцах яблони, высаженных после зимнего хранения при температуре от О до +4 °С

Препарат Состояние растений, баллы

1992 1993

Антоновка Спартан » - Антонов«л Спартан

вода(контроль) 0 0 0 333 0

деситрел 1.7 1,7 1 7 2

ситрел 3,3 3,7 2.7 3.7

ХММДЭС 1 1 0.7 1

HCPos 1.1 1.2 1,3 1

Примечание увеличению степени повреждений соответствует изменение оценки от О до 5 баллов

После обработки растений ситрелом визуально листья саженцев яблони сортов Антоновка и Спартак не изменились. Интенсивность выделения этилена возросла в 48 раз и достигала 45,2 ил/г*ч у листьев Антоновки и 54,2 нл/г*ч — у листьев Спартака а 1993, 1994 гг (Рис 1) Различия в интенсивности выделения этилена листьями между сортами не существенны Динамика этого признака также совпадает у обоих сортов интенсивность выделения этилена листьями достигает максимума через сутки после опрыскивания препаратом и затем на протяжении двух недель контролируемого периода снижается до уровня, существенно не отличающегося от контрольного Повышенная интенсивность выделения этилена листьями сопровождалась опадением лишь 6,71% листьев (Таб 1), что достоверно не отличается от степени опадения у контрольных растений

Воздействие ионов кобальта после предварительной обработки ситрелом не приводило к снижению интенсивности выделения этилена (Рис 2), но увеличивало инициирование опадения в 1,5 раза у сорта Спартан и в 4 раза у сорта Антоновка (Таб 1) Возможно, нарушение синтеза эндогенного этилена ионами кобальта, неуловимое на фоне значительного повышения интенсивности выделения этилена под действием ситрела, приводит к повышению компетентности тканей к экзогенному этилену (Sanders JO at at, 1990) Обработка ингибитором действия этилена, ионами серебра, не приводила к изменению степени

опадения листьев саженцев яблони сортов Антоновка и Спартак (Таб.1),, хотя была причиной: тенденции увеличения интенсивности выделения этилена листьями во второй половине контролируемого периода (Рис,2). Срок отбора: пробы является единственным фактором, оказывающим существенное влияние на интенсивность выделения этилена листьями саженцевяблони ежегодно . при ' проведении" ингибиторного анализа механизма действия ситрела. Сила влияния данного фактора колеблется от 21 ДО 42%. • К* ' •'

Листья саженцев яблони сорта- Антоновка ""после : обработки ситрелом накапливали 42 пМ/г ' АЦК, Спартака" -- 50 пМ/г АЦК. Следовательно,' под воздействием ситрела содержание свободной АЦК в тканях- листа существенно не изменялось. Однако при этом интенсивность выделения этилена листьями возрастала в 24 раза. Только в •19% случаев увеличение интенсивности: выделения■этилена листьями после опрыскивания ситрелом определяется-изменениями в содержании АЦК у Антоновки и в 22% случаев — у Спартана (Таб.3), то есть повышение интенсивности выделения этилена'■ является результатом распада ситрела, а не синтеза его из АЦК. - - .,. ;

,. •_.*;: ,' • - • - - ■■':.. - . Таблица 3

- Коэффициенты корреляции между изменением содержания

* свободной АЦК и интенсивности выделения этилена листьями саженцев яблони после обработки дефолиантами. -

Препарат - 1993 . 1994

Антоновка Спартан Антоновка Спартан

• Ситрел 0,437 ' 0,471 0,335 0,394

• хммдэс 0,942 - 0,983 0,869 0,949

■ Деситрел 0,889 - 0,824 0,700 0,757

• Необходимо заметить, что обработка" ситрелом устраняла различия в содержании свободной АЦК * между' сортами, ■ наблюдаемые у необработанных растений. Возможно, большое' количество . этилена, образующегося при/ разложении препарата,' блокирует накопление свободной АЦК при, достижении определенного*' уровня. . Явление автоингибирования за счет торможения АЦК-синтазы (Riov J., Yang S.F., 1982; Hyodo H„ Fujinami H„ 1989; Sawamura M., Miyazaki Т., 1989) и - усилении коньюгирования АЦК АЦК-малонилтрансферазой (Liu Y. et al.,

б

1985; Zacarías L et al r 1990) поя действием экзогенного этилена описано в тканях плодов цитрусовых, тыквы, сливы, цветов апельсина, листьев табака

Включение экзогенной АЦК в биосинтез этилена через два дня после опрыскивания ситрелом в 13 раз больше по сравнению с контролем (Рис.3) Можно предположить, что ситрел активизирует ЭОС и, вследствие недостатка эндогенной АЦК, в качестве предшественника этилена выступает экзогенная АЦК Полученные нами результаты подтверждают гипотезу о том, что этиленпродуценты способны стимулировать ЭОС (levinsh Q V et all, 1990, Иевиньш Г В и др , 1991) С течением времени ситрел разлагается и стимуляция уменьшается На двенадцатый день после опрыскивания интенсивность выделения этилена, определяемая включением экзогенной АЦК в синтез, не отличается от контрольного варианта Экзогенная АЦК в тканях листьев саженцев яблони сорта Спартан а 1,4 раза активнее включается в производство этилена после опрыскивания ситрелом Учитывая существенные различия в интенсивности выделения этилена в опыте с добавлением синтетической АЦК, можно предположить, что сорта обладают различной катаболитической способностью к разложению этиленпродуцентов и различной нормой реакции на выделяющийся при этом этилен

В результате обработки ситрелом активность сехрегируемых за плазмалемму форм гидролитических ферментов не отличалась от контрольного уровня на протяжении двух недель у обоих сортов (Рис 4) Однако, активность локализованной в цитоплазме эндополигалак-туроназы возрастала а 3 раза, достигая 33,52 ед у Антоновки и 29.21 ед у Спартака соответственно спустя 96 часов после обработки. Активность экзополигалактуроназы внутри клетки увеличивалась одновременно и достигала 54,00 ед у обоих сортов Через 96 часов после обработки в 2 раза увеличивалась активность эндоцеллюлазы до 15,21 ед у Спартан а и 4,60 ед — у Антоновки, Исследования на пп-томатах подтвердили участие этилена в регулировании активности целлюлазы (Poovaiash B.W. Nukaya А, 1979) Однако, корреляция между воздействием экзогенного этилена, увеличением общей активности целлюлазы и опадением обнаруживается не всегда (Kassuth SV, Biggs RH, 1977, Huberman M . Goren R ,1976, Eikashif M E , Huber DJ.1988, Del Campillo E et all ,1990) Вероятно, большое значение имеет степень развития

растений в момент воздействия экзогенного этилена*' так как экспрессия группы генов, кодирующих целлюлазу (Tucker M.L., MiUigan S.B., 1991), изменяется в процессе развития (Fisher R.L., Bennet A.B., 1991). • 1 . ;;

■ ' , После опрыскивания , ситрелом саженцев- яблони интенсивность, выделения этилена побегами составила 0,347 нл/г*ч, корой —0,823 нл/г*ч и древесиной—0,595 нл/г*ч, что в 14,23 раза, в .'среднем, превышает контрольный уровень.^ Интенсивность ' выделения этилена побегами яблони сорта "Спартан достигала 0,993 нл/г*ч, ; корой— 1,969 нл/г*ч,. древесиной—0,783 нл/г*ч, то есть в. 27. раз превосходит ; интенсивность выделения этилена этими частями растения в контроле. Максимальная интенсивность выделения этилена побегами й корой за время отбора проб отмечена через сутки после обработки .препаратом и затем последовательно снижалась. В древесине 'происходит более медленный распад , ситрела (Рис.5), возможно, из-за более низкой катаболитической способности (Lavis M., 1981). Несмотря на отсутствие инициирования дефолиации перед выкопкой в варианте с применением ситрела, степень повреждения саженцев яблони в среднем была' равна 3,33 балла (Табл.2). . В то ' же . время экзогенный этилен ! может активировать гидролитичесие ферменты" в, клетках побегов, что и приводит к их гибели (Cooper W.C., Нету W.H., 1973); . ; .

Применение нач саженцах яблони ХММДЭС, ' обладающего десикирующим действием, приводило к /иссушению - 25% листовой пластинки, преимущественнЪ по краю листа и между жилками. При этом интенсивность выделения этилена листьями саженцев^ яблони 'сорта Антоновка достигала в среднем за период наблюдений 62 нл/'г*ч, сорта Спартан—124 • нл /г*ч (Рис.1). Различия между сортами по ' интенсивности выделения этилена листьями сохраняются на протяжении большей . части ' контролируемого периода. В .частности,' максимум интенсивности выделения этилена, наблюдаемый на третьи сутки после обработки, составляет 210,4 , нл/г*ч: у: Спартана и 102 нл/г'ч у Антоновки. К концу контролируемого периода различие между сортами пропадает и интенсивность выделения : этилена лишь . пятикратно превышает контрольный уровень. После обработки ХММДЭС саженцы яблони сортов Антоновка и Спартан сбросили листья на 59,4% (Таб.1).

Интенсивность выделения этилена листьями саженцев яблони после обработки ХММДЭС снижалась на 70 — 80 % под воздействием - ионов кобальта (Рис.6). Следовательно, опрыскивание ХММДЭС

в

приводит к усилению биосинтеза эндогенного этилена в тканях листа яблони Снижение интенсивности выделения этилена под действием ионов кобальта вызывало снижение степени опадения листьев саженцев яблони на 37% (Таб 1 ) Обработка тиосульфатом серебра также снижала степень опадения листьев саженцев яблони на 30% (Таб 1) Изменение синтеза и действия этилена под влиянием используемых ингибиторов и сортовая специфика ежегодно обусловливают значительные различия в интенсивности выделения этилена листьями саженцев яблони сортов Антоновка и Спартан Сила влияния ингибиторов составляет от 8 до 25%, на долю сортовой реакции на ингибиторы приходится от 4 до 10%

Под действием ХММДЭС отмечено возрастание содержания свободной АЦК в листьях Антоновки до 117 нМ/г и 160 нМ/г — Спартана (Рис 3) Именно изменения в содержании свободной АЦК в 81% случаев у Антоновки и в 92% случаев у Спартана обусловливали синтез стрессового этилена под действием ХММДЭС (Табл 3) Это подтверждает данные Спиркман, Касперска и Кубаха-Зебальска (Spnkman G, 1987, Kacperska А , Kubacka-Zebalska M , 1989) о том, что всплесх стрессового этилена идет на фоне увеличения концентрации предшественника После опрыскивания ХММДЭС сохранятся разница в содержании АЦК между сортами, то есть листья Спартана накапливают в 1,4 больше АЦК чем листья Антоновки Содержание АЦК достигает максимума на третий день после обработки, максимум интенсивности выделения этилена наступает практически одновременно Сопоставляя подученные результаты с литературными данными можно предположить, что после достижения определенного уровня свободной АЦК ускоряется ее переход в связанную форму (Kacperska А , Kubacka-Zebalska M , 1989, Sarguis JI et all, 1992), а с прекращением действия стресс-фактора блокируется и активность АЦК-синтазы (Ильин В В и др, 1990) Это обеспечивает устойчивое снижение содержания свободной АЦК и интенсивности выделения этилена на протяжении второй половины контролируемого периода

Обработкка ХММДЭС не вызывает существенных отличий в интенсивности выделения этилена ЭОС от контрольного уровня (Рис.3) Доля этилена, образующегося за счет включения экзогенной АЦК в цепь биосинтеза, снижается до 18 % Однако этот показатель не стабилен на протяжении двух недель после обработки Через два дня после обработки при добавлении экзогенной АЦК интенсивность выделения

■;■'', ■ : Л- >'• '-"я, . ' •

этилена возрастает на 70%. Вероятно, до тех пор пока не накопится определенное количество свободной эндогенной АЦК, необходимое для ■ " . полной загрузки ЭОС, экзогенная АПК может включаться в цепь биосинтеза этилена. В дальнейшем при наличии "эндогенной АЦК, как более доступного субстрата, добавление экзогенной АЦК не приводило к увеличению интенсивности выделения этилена. " ,

Под действием: ХММДЭСчерез 96 часов после обработки ; активность секретируемой целлюлазы достигала 12 ед. в отделительном > : слое листьев саженцев сорта Антоновка и 21 ед, — .Спартана (Рис.4), . . увеличиваясь в 3—4 раза по сравнению с контролем.: Активность - ' эндоцеллюлазы возрастала только на 9 сутки с момента обработки и не превышала активности экзоформы., . . ; 4 . ' . -V ;

: Активность секретируемой эндополигалактуроназы в варианте с применением ХММДЭС возрастала в 6 раз у Антоновки и в 9 раз — у " Спартана по сравнению с контролем, достигая на 9 сутки-18,00 ед. и 31,00 ед., соответственно. ' Одновременно наблюдалось" увеличение активности эндополигалактуроназы,' локализованной "внутри клеток, ' которая составила 35,30 ед. у Антоновки и 17,64 ед. у Спартана. В дальнейшем активность внутриклеточного фермента снизилась в 2 раза у Антоновки и до контрольного- уровня у Спартана.: Активность же ; , секретируемой экзополигалактуроназы ; возрастала в ■ два раза ','по: ' сравнению с контрольными растениями спустя 96 часов после обработки ; и достигала 12,00 ед.'на протяжении 5 суток. В дальнейшем активность снижалась до контрольного; уровня. Изменений активности л. внутриклеточной экзополигалактуроназы не происходило ни у одного из -сортов. Этот всплеск: активности секретируемых за плазмалемму форм гидролитических энзимов сопровождался опадением : 60% листьев,, саженцев яблони обоих сортов. - • ~ , • • : ;;

Изучение гомеостаза этилена в коре, древесине; и побегах у ■ саженцев яблони сортов Антоновка и Спартан; показало, что интен-' сивность выделения этилена на протяжении двух' недель:, после опрыскивания ХММДЭС не отличалась от контроля (Рис.5). Обработка растений ХММДЭС не изменяла гомеостаза интенсивности выделения -этилена в коре, древесине и побегах саженцев яблони сортов Антоновка и Спартан и не приводила к ухудшению их состояния после'хранения при низких (положительных температурах и последующей высадке. в ' поле, хотя и задерживала распускание почек (Табл.2). .

После опрыскивания деситрелом у 50% листовой пластинки, преимущественно по краю листа и вдоль жилок, наблюдались признаки хлороза В результате воздействия препарата на третий день после обработки интенсивность выделения этилена листьями саженцев яблони сорта Спартак возрастает до 192 нл/гжч, сорта Антоновка—154 нл/г*ч (Рис 1) Различие в уровне интенсивности выделения этилена между сортами сохранялось на протяжении недели после обработки Затем происходит дальнейшее снижение интенсивности выделения этилена и различия между сортами исчезают К концу контролируемого периода саженцы яблони полностью теряют листву (Таб 1)

Обработка ионами кобальта после воздействия деситрелом приводит к снижению интенсивности выделения этилена на 42% Степень опадения листьев снижается у Спартана на 57%, у Антоновки— на 30 % (Таб 1) После применения тиосульфата серебра степень опадения листьев снижается на 52% у Спартана и на 38% — у Антоновки

Профиль кривой, характеризующей изменение содержания АЦК в варианте с применением деситрела, аналогичен профилю кривой, характеризующей изменение этого параметра после воздействия ХММДЭС (Рис 3) Однако только в 62% случаев и у Антоновки, и у Спартана эти изменения приводили к изменениям интенсивности выделения этилена листьями Коэффициент корреляции между увеличением интенсивности выделения этилена листьями и изменением содержания свободной АЦК после обработки деситрелом выше чем после опрыскивания ситрелом, но ниже чем при воздействии ХММДЭС (ТаблЗ) Вероятно, этилен, образующийся при разложеьАш входящего в состав препарата ситрела, ослабляет степень связи параметров Добавление экзогенной АЦК не приводило к увеличению интенсивности выделения этилена листьями в указанном варианте (РисЗ) Следовательно, механизм синергического действия смеси ситрела и ХММДЭС на интенсивность выделения этилена заключается в том, что усиление синтеза эндогенной АЦК под действием ХММДЭС способно обеспечить доступным субстратом активизировавшуюся после обработки ситрелом ЭОС и таким образом увеличить долю биогенного этилена в смеси с этиленом, образующимся при разложении этиленпродуцента

Активность экзоцеллюлазы увеличивалась у обоих сортов на 9 сутки после обработки деситрелом и существенно не отличалась от

активности данного энзима, наблюдаемой после воздействия ХММДЭС на саженцы яблони сортов Антоновка и Спартак, соответственно (Рис.4). Активность:' эндоцеллюлазы , возрастала одновременно с увеличением этого параметра под действием ситрела у обоих сортов И достигала 11,53 ед. у Антоновки и 20^18 ед,^-у Спартака.

~ Активность экдополигалактуроназы в 'зоне опадения листьев саженцев яблони после' воздействия деситрелом возрастала спустя 96 часов после обработки независимо от. места локализации и .оставалась существенно - выше контрольного уровня на протяжении изучаемого периода. Активность " эндополигалактуроназы, , локализованной внутри клеток, 'составила в среднем 28.91 ед. у Антоновки и 17,55 ед.. у Спартана. Активность фермента , секретируемого за плазмалемму, была соответственно равна 21,28 ед.. и, 29,36 ед.', что , выше чем данный показатель ; после, обработки ХММДЭС.' Активность секретируемой экзополигалактуроназы спустя 196 часов'.' существенно не отличалась от. данного-, показателя - после обработки ■ ХММДЭС, а внутри клетки совпадала с уровнем, создающимся под воздействием ситрела. Сортовые ' различия несущественны.: К концу контролируемого периода активность экзополигалактуроназы обоих форм снижалась до "контрольного уровня:.; Стейень опадения листьев в данном варианте составила 100%.

:Т; Таким , образом, мы установили"> прямую '.зависимость между активностью секретнруемых гидролитических ферментов. в отделительном слое н степенью опадения листьев , саженцев яблбни в питомнике после, обработки препаратами • (Таб.4). .Степень ^опадения листьев растений обусловливалась активностью секретируёмых гидролитических. ферментов в течение двух недель после обработки в промежутке от 50 до 98 % случаев. В то .'- же/ время активность полигалактуроназы, локализованной внутри клетки," не влияла на степень опадения листьев у саженцев '.., яблони' : Г в , питомнике./ .Активность' эндоцеллюлазы обусловливала опадение листьев у саженцев'яблони; сорта Спартак е 27% случаев, у сорта Антоновка — в 87 % случаев.. '..'■

л

Таблица 4

Коэффициенты корреляции между активностью гидролитических ферментов и степенью опадения листьев саженцев яблони после обработки дефолиантами

Сорт Секретируемые Внутриклеточные

цел л юл эндоПГ экзоПГ целлюл эндоПГ экзоПГ

Оба_сорта 0 8363 0 9905 0 7525 0715 0 0902 01332

Антоновка 0 7962 0 9874 0 7148 0 933 0 3325 0 1803

Спартан 0 8764 0 9935 0 7901 05167 0 1521 0 0861

После воздействия препарата деситрел интенсивность выделения этилена побегами, корой и древесиной обоих сортов была выше чем в контроле, но ниже, чем в варианте с опрыскиванием ситрелом Так, побеги сорта Антоновка выделяли этилен с интенсивностью 0,229 нл/г*ч, сорта Спартан—0 901 нл/г*ч, кора—0,558 нл/г*ч и 1,030 нл/г*ч; древесина—0,496 и 1,110 нл/г*ч, соответственно При анализе динамики интенсивности выделения этилена обращает на себя внимание тот факт, что в 75% случаев профиль кривой, характеризующей изменение интенсивности выделения этилена в течение контролируемого периода, после обработки деситрелом подобен профилю динамики интенсивности выделения этилена соответствующего варианта после обработки ситрелом (Рис 5). У саженцев обоих сортов степень повреждения на следующий год составила 1,75 балла в среднем (Табл 2), что превышает контрольный уровень ив 1,9 раза ^ниже, чем при обработке ситрелом.

Таким образом, нами установлена прямая зависимость между интенсивностью выделения этилена корой, древесиной и побегами после воздействия препаратов и степенью поражения побегов саженцев яблони в течение вегетационного сезона, высаженных в поле весной следующего года после зимнего хранения при низких положительных температурах (Таб 4). Степень повреждения растений обусловливалась интенсивностью выделения этилена а течение двух недель после обработки в от 52 до 87% случаев, и лишь у древесины в 1993 году эта обусловленность снижалась до 32—36 %

Таблица 5 '.

Коэффициенты корреляции между интенсивностью выделения этилена -корой, древесиной, побегами саженцев яблони и степенью повреждений в следующем вегетационном сезоне. ' .

Сорт 1992 • ■ 1993

Кора Древес. Побеги : Кора Древес: Побеги

Оба сорта 0.7533 0.7269 0.8334 0.7557 0.8823 0.6064

Антоновка 0.8972 0.7784 0.7825 0.8708 0.8091 0.8817

Спартан 0.8444 0.9029 0.8802 0.8486 0.9334 0.5679

• " ВЫВОДЫ • '

1. Отсутствие опадения листьев саженцев яблони в первой половине сентября (время выкопки "в 1 средней .полосе России) -коррелирует с интенсивностью выделения этилена, не достаточной для инициации опадения. ' ' -"'.'

2. Для инициации опадения листьев саженцев в первой декаде сентября необходим дополнительный синтез эндогенного этилена. ХММДЭС обусловливает этот дополнительный синтез эндогенного -этилена через систему АЦК в 81—92 % случаев, что приводит к . опадению 60% листьев. .

3. Повышение ; интенсивности выделения " этилена листьями саженцев яблони в первой декаде сентября благодаря применению этиленвыделяющего вещества типа ситрел не приводит к дефолиации, вероятно, из-за неспособности его активировать систему синтеза АЦК и, соответственно, эндогенного этилена. Только в 19 — 22 % случаев -увеличение интенсивности выделения этилена листьями после опрыскивания ситрелом определяется изменениями в содержании АЦК.

4. ТОО % дефолиация • наблюдалась • в варианте с применением деситрела (смесь ситрела с ХММДЭС).. ХММДЭС обусловливал инициацию за счет усиления синтеза АЦК, а, ситрел стимулировал окисление АЦК до этилена. \ ■;'..''•■ ■ , •■ . , :

5. Степень опадения листьев саженцев яблони прямо пропорциональна активности секретируемой формы целлюлазы, эндополигалак-туроназы, экзополигалактуроназы, определялась изменениями в их

а

активности а промежутке от 50 до 98 % случаев в течение двух недель после обработки

6 Природа исгогьзуемого препаратз (Х[) при дефолиации саженцев яблони является основным фактором, оказывающим влияние на происхождение этилена и уровень и (тенсианости его выделения, содержание и окисление АЦК, активность гидролитических ферментов типа полигалактуроназы и целлюлазы, и, следовательно, опадение Сила влияния других факторов — срок отбора проб (Х^), сорт яблони (Х3) и взаимодействие факторов различных порядков менее значимы и зависят от условий года

7 Степень повреждения побегов саженцев яблони после воздействия ХММДЗС, ситрела и деситрела на следующий год после обработки прямо пропорциональна интенсивности выделения этилена корой, древесиной и побегами яблони Степень повреждения растений обусловливалась интенсивностью выделения этилена в течение двух недель после обработки в промежутке от 52 до 87 % случаев

РАБОТЫ. ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Деменко В И , Гребнева Е В , Логинов С В Этилен и дефолиация саженцев яблони в питомнике / Тезисы докладов второй конференции "Регуляторы роста и развитие растений", 29 июня—1 июля 1993 г , Москва - М ,1993 - С 182

2 Гребнева Е В , Деменко В И Этилен и опадение листьев у саженцев яблони / Тезисы докладов конференции молодых ученых ТСХА, 17- 19 мая 1994 г - М ТСХА, 1994 - 54 С

3 Гребнева Е В Роль этилена в процессе опадания листьев у саженцев яблони / Тезисы докладов совещания "Молодые ученые— садоводству России" - М , 1995

4 Гребнева Е В . Деменко В И Роль этилена в процессе опадения листьев саженцев яблони / Тезисы докладов третьей международной конференции "Регуляторы роста и развитие растений", 27—29 июня 1995 г, Москва. - М , 1995 - С 22

Обт £ м 11 г п т

и 848

Тираж 100

Тип »гр„фкя I -иль -*ьс1б„ \\ос ивскок I \ ак 1Дёмии им К А Тичирязсра 127~>"0 М<« г 1!„ И »")() Ти\и р «викзя \1 44