Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности действия квартазина и брассиностероидов на физиолого-биохимические процессы ДТ-линий пшеницы чайниз спринг

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Особенности действия квартазина и брассиностероидов на физиолого-биохимические процессы ДТ-линий пшеницы чайниз спринг"



НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БОТАНИКИ им. В.Ф. КУПРЕВИЧА

УДК 581.143: 577.175

Мазец Жанна Эмануиловна

ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ КВАРТАЗИНА И БРАССИНОСТЕРОИДОВ НА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ДТ-ЛИНИЙ ПШЕНИЦЫ ЧАЙНИЗ СПРИНГ 03.00.12 - " Физиология растений"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МИНСК - 1997

Работа выполнена в Институте экспериментальной ботаники НАНБ

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

ДЕЕВАВ.П.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор ПАЛИЛОВА АН.

кандидат биологических наук ПШЕНИЧНАЯ Л.А.

Оппонирующая организация - Белорусский Государственный Университет

Зашита состоится " - часов на заседании совета

по защите диссертаций Д.01.38.01 в Инстшуте экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича (220072, г. Минск, ул. Скорины, 27).

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Я. Коласа НАНБ

Автореферат разослан " ¿5" 1997

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, -

кандидат биологических наук ^ СС^г^'-

. . И В. Рогульченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Физиологически активные вещества, обладающие свойствами направленной регуляции роста и развития растений в онтогенезе, изменения отдельных реакций метаболизма, повышения устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды, урожайности, улучшения качества продукции, привлекают большое внимание исследователей и практиков сельского хозяйства (Никелл Л.Д, 1984; Баскаков Ю.А., 1988; Кефелн В.И. и др.,1990 ). Такими свойствами обладают новые регуляторы роста квартазин (КВ) и брассиностероиды (БРС). Широкое их использование тормозится из-за недостаточной изученности механизма действия разных по структуре веществ с учетом высокой избирательности их влияния на отдельные генотипы. Выяснению природы избирательности действия различных физиологически активных веществ посвящено уже немало работ (Деева и др. , 1988, 1993, 1996), однако еще многие стороны такого явления остаются недостаточно изученными. Это прежде всего характер взаимосвязи действия синтетических и природных соединений с гормональным и генным уровнями регуляции растительного организма. В литературе эти вопросы освещаются лишь фрагментарно и чаще всего без учета различной реакции отдельных генотипов на действие того или иного вещества. В решении указанных вопросов возможны различные экспериментальные подходы. Одним из них является использование в качестве объектов сорта и созданных на его основе дителоцентрических (ДТ) линий пшеницы, различающихся по наличию или отсутствию плеча в хромосоме. Это позволит выявить роль отдельных хромосом в регуляции ответной реакции растений на воздействие препаратами. Такой подход представляет несомненный теоретический интерес, может способствовать более глубокому раскрытию механизмов избирательности действия физиологически активных веществ и имеет перспективу для более эффективного и направленного использования КВ и БРС при выращивании различных растений.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Тема диссертации связана с выполнением научно-исследовательской работы "Изучение физиолого-биохимических и генетических основ избирательности действия регуляторов роста в зависимости от генотипа и факторов внешней среды" (Ы госрегистрации 01900013051), входящей в комплексную программу фундаментальных исследований "Продуктивность растений".

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы явилось выявление особенностей действия КВ и БРС на отдельные звенья метаболизма в процессе роста и развития растений, включая этапы органогенеза и формирование продуктивности у эуплоида и ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг в зависимости от генома, гомеологичной группы и состояния хромосом. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- изучить действие разных способов применения КВ и БРС на рост и развитие эуплоида и ДТ-ликий пшеницы сорта Чайниз Спринг на начальных этапах органогенеза;

- исследовать влияние регуляторов роста на содержание отдельных фитогормонов у сорта и ДТ-лшшй;

- установить особенности действия КВ и ЭБ на синтез и качественный состав различных белков в растениях исследуемых генотипов;

- выявить специфичность действия регуляторов роста на продуктивность эуплоида и ДТ-линий в зависимости от генома, гомеологичной щуппы и состояния хромосом.

Научная новизна полученных результатов. Впервые установлена взаимосвязь действия синтетического препарата КВ и аналогов фитогормонов БРС на рост, .развитие и физиолого-биохимические процессы в зависимости от структурного состояния хромосом. Впервые выявлена специфичность действия брассинолида (БР), эпи (ЭБ)- и гомобрассинолидов (ГБР) на рост, развитие, продуктивность и отдельные реакции белкового обмена ДТ-линий пшеницы сорта Чайниз Спринг в зависимости от генома, гомеологичной группы и структурного состояния хромосом. Получены новые данные о содержании отдельных фитогормонов (ИУК, АБК и зеатнн-рибозида) у эуплоида и ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг и характере их изменения при воздействии КВ и БРС.

Практическая значимость полученных результатов. Положения и выводы^ излагаемые в диссертации, представляют значительный теоретический интерес, так как расширяют представления о механизме избирательного действия регуляторов .роста .различной природы. Это открывает широкие перспективы для обоснованного применения изучаемых физиологически активных веществ.

Результаты исследований по влиянию КВ и ЭБ на рост, развитие, продуктивность и физиолого-биохимические процессы ДТ-линий могут быть использованы в учебно-методическом процессе вузов в курсе "Физиология растений".

Экономическая значимость полученных результатов. Использование. результатов по различной чувствительности генотипов к действию регуляторов будет способствовать повышению эффективности и ускорению селекционного процесса . Полученные данные могут быть использованы при разработке приемов направленного применения физиологически активных веществ в сельскохозяйственной практике.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:

- особенности действия ФАВ на рост, развитие и продуктивность растений пшеницы в зависимости от генома, гомеологичной группы и структурного состояния хромосомы,

- различный характер действия регуляторов роста на содержание отдельных фитогормонов у ДТ-линий;

- специфичность действия разных по природе регуляторов роста на синтез и качественный состав белков в зависимости от состояния хромосомы.

Личный вклад соискателя. Весь экспериментальный материал получен лично автором. Выбор условий эксперимента, интерпретация результатов и анализ данных проведены соискателем самостоятельно. В работе обобщен экспериментальный материал, полученный с использованием современных физиолого-бнохимических методов исследований. Полученные автором результата экспериментально обоснованы и достоверны.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы были доложены на симпозиуме "Брассиностероиды - биорациональные экологически безопасные регуляторы роста и продуктивности растений" (1 -3 июля 1993 г., Минск), на Третьей международной конференции " Регуляторы роста н развития растений " (27-29 июня 1995 г., Москва), на Втором съезде Белорусского общества Физиологов растений (18-20 октября 1995 г., Минск), на IV конференции "Брассиностсроды - биорациональные, экологически безопасные регуляторы роста и продуктивности растений" (3-6 июля 1995 г., Минск), на конференции молодых ученых, посвященной 50-летию со дня основания Института физиологии и генетики растений HAH Украины (9-11 октября 1996 г., Киев), Конференции молодых ученых, посвященной 100-летию В.Ф. Купревича (30 января, 1997 г., Минск)

Опубликоваииость результатов. Основные положения работы опубликованы в 4 статьях и 6 тезисах.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 189 страницах машинописного текста, включая 41 рисунок и 12 таблиц, состоит из введения, общей характеристики работы, 6-ти глав, выводов, списка литературы ( 279 источников) и двух приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования были 18 дителоцентрических (ДТ) линий пшеницы Чаншп Спринг. Маркированные линии яровой мягкой гексаплоидной (AABBDD) пшеницы Чайниз Спринт характеризуются отсутствием одного из плеч в определенной паре гомологичных хромосом. Исследования проводились в лабораторных и полевых опытах. В модельных опытах растения выращивались на среде Хоглзнда-Арнонз (Гродзинскнй A.M., Гродзинский ДМ., 1973) до десятидневного возраста. Регуляторы роста применялись путем опрыскивания 6-ти дневных растений (KB - 0.025%, ЭБ - 10"7 %) или замачивания семян в растворах регуляторов (KB - 0.0125% и БРС - Ю"11 %).

Определение содержания фитогормонов проводилось с помощью твердофазного иммуноферментного анализа (Веселоп, Куцоярова, Еркеев и др., 1992). Для определения были использованы наборы для иммуноферментного анализа фирмы "Башинвест"(Уфа). Учет результатов проводился спектрофотометрически при длине волны 492 нм на иммуноферментном калориметрическом анализаторе КАИ-Ц-01.

Определение синтеза белка in vivo проводилось с использованием меченого предшественника 14С-лейцина (3,7 мкКи/мл). Легкорастворимые белки выделялось по методу Клячко и др.(1971) с некоторыми модификациями в условиях нашего опыта через 24, 72 и 96 ч после опрыскивания KB и ЭБ. Измдэение радиоактивности проводилось на сцинтиляционном счетчике "Mark - Ш".

Компонентный состав легко- и труднорастворимых белков анализировался в нативных и денатурирующих условиях методом электрофореза в полиакриламидном геле (ПААГ). В нативных условиях электрофорез проводился в градиенте 4-26 %, с использованием в качестве экстрагента трис-глициновый буфер, рН 8,3 (Сафонов, Сафонова, 1971). Электрофорез осуществлялся с использованием буфера, содержащего 0,025 М трис-НС1, 0,192 М глицина, рН 8,3 при силе тока 8 мА на пластину в течение 16-18 ч при низкой температуре.

Полипептиднкй состав легко- и труднорастворимых белков в денатурирующих условиях исследовался с помощью ДНС - электрофореза в градиентом 12-24% ПААГ на вертикальных пластинках (150 *140*1 мм) в 0,125 М Трис-глициновом электродном буфере, рН 8,3 и 0,1% ДСН при силе тока 35 мА на I пластинку в течение 3-х часов по системе Laemmli (Laemmli, 1970). Гели окрашивались на белок Кумасси R-250 или G-250 (Остерман, 1981).

Статистическая обработка экспериментальных данных была выполнена на компьютере 1BM/PC/AT-486DX с использованием статистического пакета программ RISHON, разработанного в Институте генетики и цитологии НАН Беларуси. Количественные и качественные различия между отдельными компонентами электрофоретических спектров белковых фракций определялись с помощью макитометрировашш. С целью более точной идентификации компонентов в электрофоретических спектрах белков использовалась специально разработанная программа для ПЭВМ по определению молекулярных масс.

РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ ДГ-ЛИНИЙ ПШЕНИЦЫ ЧАЙНИЗ СПРИНТ ПРИ ДЕЙСТВИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Для исследования действия новых регуляторов роста KB и БРС нарост и развитие растений мы использовали набор ДГ-линий как модель дня изучения этих интегральных процессов, контролируемых многими генами, включающимися на разных этапах онтогенеза. Установлено, что на ранних этапах развития сорт и 12-ть ДТ-линий были в той или иной степени чувствительны к предпосевной обработке регуляторами. Результаты влияния 3-х БРС (БР, ЭБ и ГБР) показали, что несмотря на сходство в строении этих веществ, механизм действия каждого из них на растительный организм имеет свои специфические особенности. БРС положительно влияли на длину и массу корней и проростков ДГ-линий с "длинным" плечом хромосом 6А, 7А, 5В, отстающих в развитии от эуплоида по морфометрическим показателям (рис. 1).

в % к контроле Л

В

о % к контроле

• л * Л

О^^ет ш ш (п *

в % к контроле

корни; □ проростки

Рис.1 Влияние регуляторов роста на массу корней и проростков десятидневных растений эуплоида и ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг: А - брассинолид; Б-эпибрассинолид; В - гомобрассинолид; Г -квартазин Различия отмечались у линий с отсутствием одного из стандартных плеч в хромосомах 7В и 30, а также при недостатке - плеча у линий 7-ой гомеологичной группы генома А и 5-ой генома В. При действии КВ прослеживаются заметные различия в ответных реакциях линий в зависимости от структуры каждой из изученных гомологичных пар хромосом, что свидетельствует о разных точках приложения и механизмах действия регуляторов.

В полевых опытах обнаружено, что предпосевная обработка ЭБ н КВ увеличивала всхожесть семян у эуплоида и линий 4А* и 4АР, а у линий 5В' и 1ВХ появлялись редкие всходы на день позже контроля. К моменту начала кущения обработанные варианты всех исследуемых линий превышали по высоте контрольные варианты. Обработка обоими препаратами способствовала более ранней закладке боковых побегов и увеличивала их количество у эуплазматического сорта и линий и 1В5, а у ДГ 4Аа и 5В1" - снижала. Под действием регуляторов увеличилась высота конусов нарастания и количество колосковых бугорков, за исключением ДГ -линий 4Аа (ЭБ) и 4АР (КВ), где снижалась длина конуса нарастания, а у уменьшалось количество колосковых бугорков при действии ЭБ. Анаша этапов органогенеза растений показал, что ЭБ и КВ изменяют сроки прохождения отдельных фенологических фаз у ДТ-линий и эуплоида. Так необработанные растения большинства исследуемых линий проходили фазу колошения, тогда как обработанные находились, в фазе цветения.

При использовании другого способа обработки, опрыскивания шестидневных растений ЭБ и КВ одной из контрастных пар ДТ-линий 5ВЬ и 5В3 и эуплазматического сорта, установлены специфические различия в действии этих веществ на динамику накопления биомассы и длины корней и проростков в зависимости от состояния зфомосомы. ЭБ и КВ снижали прирост биомассы проростков у эуплоида и исследуемых ДТ-линий на протяжении всех экспозиций (24- 120 ч), но в большей степени это отмечалось при действии ЭБ на линию 5В\ Динамика изменения массы корней у сорта и линии 5В1 при обработке ЭБ аналогична с кинетикой у проростков, но степень колебаний выше. У линии 5В5 последний показатель был выше контрольного за исключением последней экспозиции.

КВ стимулировал прирост длины и массы корней у эуплоида и ингибировал эти показатели у линии 5В5. Обработка стимулировала рост корней у линии 5В1", но замедляла прирост их биомассы. Обнаружено, что действие исследуемых ФАВ проявляется в большей степени в тех случаях, когда количественные признаки_у линий ниже, чем_у сорта. Это, может быть, связано с взкимодействием эндогенных и экзогенных регуляторов роста.

ОСОБЕННОСТИ ДЕЙСТВИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА СОДЕРЖАНИЕ НЕКОТОРЫХ ФИТОГОРМОНОВ У ОТДЕЛЬНЫХ ДТ-ЛИНИЙ ПШЕНИЦЫ

ЧАЙНИЗСПРИНГ

Иммунофермснтный анализ показал, что отсутствие плеча в хромосоме приводит к перестройкам в метаболизме фитогормонов, что выразилось в снижении содержания ИУК и увеличении количества зеатин-рибозида (ЗР) на 10-ый день развития у 10-ти исследуемых линий по-сравнению с эуплоидом, а уровень АБК было выше только у линий 7А1, ЗО'1 и 30^'.

Обработка семян БРС оказывает существенное влияние на содержание ИУК, АБК и ЗР 10-ти дневных проростков растений эуплоида и 10 ДТ-линий. Так БР снижал содержание ИУК и ЗР у сорта и большинства линий , а уровень АБК был ниже только у эуплоида и ДТ-линий с "Б"- плечом хромосом 7А, 5В, 7В. Под действием ЭБ падало содержание ИУК у всех ДТ-лииий за исключением эуплоида, 7А\ 5В\ 7В5, где этот показатель превышал контроль, увеличивался уровень АБК у 6\\ 6А8, 5В\ 5В5 в 4-5 раз, а у ДТ-линий 7В\ 30° и ЗО" -уменьшался. ГБР повышал уровень АБК у большинства линий, при этом содержание ИУК возрастало в 2-3 раза лишь у линий 7В\ ЗГР, 30(!, а у остальных исследуемых линий -снижалось; количество ЗР в 1.5-4.0 раза увеличивалось у эуплоида и линий 6А5,7А\ 7В\ ЗПг'.

Изменения роста и развития растений исследуемых линий в результате действия КВ сопровождалось разной степенью накопления фитогормонов. У большинства линий, кроме эуплоида и линий 7А\ЗОа и 30е возрастало в 1.2-6.0 раз содержание АБК. У линий 7А\ 7А*, 5В1-, 7В\ ЗОв в 1.2 - 5.0 раз увеличивалось количество ИУК, а у ДТ 5В1* и 7ВЬ в 3.0 - 6.0 раз уровень ЗР. КВ, главным образом, оказывал влияние на содержание АБК и ЗР, увеличивая уровень первого и снижая количество последнего у большинства линий.

В Г

Рис.2 Влияние опрыскивания эпибрассинолидом (А,Б) и квартазином (В,Г) на динамику накопления свободных форм ИУК (А,В) и АБК (Б,Г) у эуплоида и ДТ-линий 5ВЬ(2) и 5В5 (3) лшеницы Чайниз Спринг

Анализ влияния другого способа обработки - опрыскивания растворами КВ и ЭБ эуплоида и линий 5ВЬ и 5ВГ' показал (рис. 2) различный характер накопления свободных форм ИУК и АБК . Влияние ЭБ на содержание ИУК отмечено уже через 24 ч у сорта и линии 5В8. При обработке КВ изменения в накоплении этого гормона также наблюдались через сутки после воздействия у всех исследуемых объектов, причем у сорта и у линии с "V- плечом они были сходны в течение эксперимента и отличны от кинетики этого гормона у линии 5В'\ Изменения в содержании АБК фиксировали через 24 ч после воздействия ЭБ у линии 5В1' и у всех изучаемых объектов - при обработке КВ. К концу опыта количество АБК было на уровне контроля у линии 5В1" (ЭБ) и у обоих линий (КВ).

Из результатов эксперимента вытекает, что в адаптационном процессе на воздействие регуляторами принимают участие все три исследуемые фшхзгормонона - ИУК, АБК и цитокинины, хотя на разных этапах этого процесса их участие проявляется неодинаково. Перестройки в содержании указанных гормонов при воздействии 4-х физиологически активных веществ обнаруживают сложные взаимодействия с гормональной и генетической системами регуляции не только на уровне отдельных хромосом, но и гомеологичных групп и геномов.

ДЕЙСТВИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА СИНТЕЗ И КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ И ДТ-ЛИНИЙ ПШЕНИЦЫ ЧАЙНИЗ СПРИНТ

Биосинтез и компонентный состав белков. Проведенные исследования показали, что отсутствие плеча в хромосоме изменяет направленность процессов синтеза белка и влечет за собой заметные сдвиги в содержании и компонентном составе легкорастворимых белков у ДТ-линий5В'* и при сравнении с сортом.

% к комтро/ио

А

140

400 120

300 / 100

200 80 60

100 --- 40 20

0 4

2* время 'после обработки, 0

% к контролю

время после воздействия, ч

Рис. 3 Влияние опрыскивания эпибрассинолидом (А) и квартазином (Б) на интенсивность синтеза легкорастверимых белков у эуплоида (1) и ДТ-линий 5В1" (2) и 5В5(3)

Влияние опрыскивания КВ и ЭБ на белоксинтезирующую систему эуплоида н ДТ-линий 5В1" и 5ВХ разнообразно в зависимости от генотипа, структуры препарата и времени после воздействия. Выявлено, что чем значительнее отклонения изучаемых процессов у линий от эуплоида, тем более четко проявляется действие регуляторов.

ООП ОМ

ОМ

А

Б

ом>

100;

12 3 I 2 3 .Т ?. 3 эуплоид 5В1- 5ВЭ

ОЭП - 9

ИОО\

сл

опс

в

1273 ТТз 1 2 3 эуплоид 5В1* 5 В

Т 2 3 I 2 3 12 3

эуплоид 5В' Г

—

тг

ш

I 2 3. .1 2 3 эуплоид 5В1'

5В

5

—

ш

I 2 з 5 В5

Рис. 4 Влияние эпибрассинолида (2) и квартазина (3) на компонентный состав легкорастворимых белков эуплоида и ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг: А -через 24 ч; Б- 72 ч; В - 06 ч; Г -120 ч после воздействия: 1 - контроль

Отмечено, что через 24 и 96 ч после воздействия ЭБ интенсивнее идут процессы утилизации белков у эуплоида и ДТ-линии 5В5, л у ДГ-дишш 5ВЬ - их синтеза (Рис.З). Через 72 ч после воздействия ЭБ наблюдается максимальная интенсивность синтеза легкорастворимых белков у сорта и линий 5В1,, а у ДТ-лншш 5В8 этот эффект отмечен спустя 96 ч. КВ угнетал процессы синтеза белка у сорта на протяжении опыта, но активизировал у линии 5В' ( через 24 ч) и у линии 5В5 (72 ч) после воздействия.

Данные по изменению интенсивности синтеза и содержания легкорастворимых белков при действии ЭБ и КВ согласуются с перестройками данной фуппы белков под влиянием обоих регуляторов (рис. 4). В результате изучения действия КВ на компонентный состав белков установлено, что перестройки ЭФС наблюдались во всех зонах, но более существенные изменения отмечались среди средне- и низкомолекулярных белков. Характер изменений компонентного состава у всех исследуемых объектов был различным, но несмотря на это отмечалось некоторое сходство - замена одних форм белка другими (у линий) или исчезновение их (у сорта). Это относится к белку с М.м. свыше 669.0 кД у линии 5В1', который ие выявлен уже через сутки после воздействия, а у сорта и линии 5В5 - спустя 72 ч. Необходимо отметить, что в отличие от ЭБ появление новых средне- и низкомолскулярных компонентов, особенно в течение первых 3-х суток после воздействия КВ, возможно, является результатом распада исчезнувших высокомолекулярных белков. Новые фракции в спектре легкорастворимых белков при действии обоих препаратов отмечены в средне- и низкомолекулярной зоне, однако эти изменения носят в большинстве случаев кратковременный характер.

В связи с изменением компонентного состава белков и их синтеза при действии регуляторов роста важно было исследовать их влияние на более глубокие преобразования качественного состава различных белков - на уровне их полипептидного состава.

Полипептидный состав отдельных групп белков

Легкорастворимыс белки. Анализ ЭФ-спектра показал, что отсутствие плеча в хромосоме приводит к изменениям в полипептидном спектре легкорасгворимых белков у дителосомиков по сравнению с эуплоидом в онтогенезе, которые проявляются как в изменении количества полипептидов, так и в сдвиге их относительной электрофорегической подвижности (ОЭП), содержании в них белка.

Под влиянием ЭБ преобразования прослеживаются во всех областях полипептидного спектра данной группы белков. У линий генома А основные изменения отмечены среди фодне-и низкомолекулярных компонентов, а у эуплоида и изучаемых линий генома В и О преимущественно в высоко- и низкомолекулярной зоне.

ЭФ- спектры легкорасгворимых белков дителоцетрических линий меняются по-разному под влиянием КВ. Преобразования отмечались во всех зонах спектра, но в большей степени в области высоко- и низкомолекулярных компонентов. В результате обработки КВ наблюдается резкая редукция числа фракций у эуплоида (96 часов) и линий генома В (24 и 96

часов), линий геномов А и D. Препарат способствует деградации высокомолекулярных компонентов, индуцируя появление средне- и низкомолекулярных пептидов у большинства изучаемых форм, за исключением линий 4Аа и 6D", где препарат стимулировал синтез высокомолекулярных компонентов.

Труднорастворимые белки. Отсутствие плеча в хромосоме приводит к изменениям в ЭФ спектре труднорастворимых белков, что выражается либо в увеличении, либо в уменьшении количества компонентов. Влияние ЭБ на полипептидный состав труднорастворимых белков носит специфический характер, определяемый состоянием хромосомы и временем действия препарата - через 24 ч претерпевают изменения, преимущественно, высоко- и низкомолекулярные компоненты: у линий с "L"- плечом генома В они исчезают, а у линий с "S"- плечом этого же генома, у линий 4АР и 6D*1 - появляются. Спустя 96 ч перестройки отмечены в средне- и низкомолекулярной зоне. Стабильные изменения - появление белков de novo выявлено у линий 4Аа ( 19.95 кД) и 5BS (79.4 кД).

Анализ влияния KB на ЭФ спектр структурных белков показал, что препарат индуцирует синтез высоко- и среднемолекулярньгх белков de novo у эуплоида и ДГ-линий генома В, кроме 5BL через сутки после воздействия. Спустя 96 ч активизируется синтез белков у сорта и линии 5BL. У линии 1BL и 5BS появление новых низкомолекулярных фракций, возможно, объясняется деградацией высокомолекулярных компонентов.

В большинстве случаев изменения в ЭФ спектре данной группы белков при действии обоими регуляторами носят временный характер. Устойчивые перестройки компонентного состава отмечены у , 6D" в низкомолекулярной зоне и у линии 5BS - в высокомолекулярной при действии ЭБ, а при обработке KB - у эуплоида ( в средне- и низкомолекулярной ) и у линий с "длинным" плечом генома В ( в высоко- и среднемолекулярной области).

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о высокой избирательности действия изучаемых регуляторов роста на качественный состав различных белков в зависимости от генотипа, специфичности препарата и времени после обработай.

ВЛИЯНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ДТ-ЛИНИЙ ПШЕНИЦЫ ЧАЙНИЗ СПРИНТ

Установлено, что отсутствие плеча в хромосоме приводит как к замедлению, так и к ускорению прохождения этапов органогенеза, что находит отражение и в отклонении формирования элементов продуктивности у линий по-сравнению с эуплоидом.

Химические регуляторы оказывают многообразное действие на растительный организм, влияя на различные физиолого-биохимические реакции, в результате чего изменяются процессы роста и развития» а в конечном счете и продуктивность растений.

Брассиностероидьт. Учет высоты растений, количества и массы зерна главного и боковых побегов, массы зерна с растения и 1000 зерен при опрыскивании БРС растений показал, что все исследуемые формы растении были в разной степени чувствительны к действию регуляторов в зависимости от генотипа линий, структуры препарата и почвенно-метеорологических условий проведения опытов. Препараты у большинства исследуемых линий, за исключением 4Аа, 1В5, ЗОи и 30!, вызывали увеличение урожая зерна с растения и, главным образом, за счет возрастания массы зерна с боковых побегов (табл.).

Таблица

Влияние регуляторов роста на отдельные элементы структуры урожая эуплоида и ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг (средние данные за 2-3 года), в % к контролю

Варганг эгасраоансши гемзфасаюхшя квартааю

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

эушащ 106.4 100.4 118.0 103.7 109.8 127.0 1292 1173 105.4 117.0 1143 1103

ЗА" 111.5 79.1 1074 126.0 1115 89.6 93.4 101.4 115.4 1132 985 114.4

ЗА" 108.0 1263 1045 117.4 125.8 211.0 114.5 1505 112.8 1393 106.0 1213

4Аа 1043 82..0 101.7 88.7 118.7 873 97.0 103.7 89.7 108.5. 91.9 972

4А5> 79.0 90.6 88.8 71.6 775 1722 863 122.8 98.6 71.8 100.7 84.6

6А" 65.8 124.0 102.7 82.7 119.7 252.0 100.0 144.0 743 186.6 100.0 97.5

7АЬ 230.0 132.0 130.4 189.0 1913 1385 121.7 1722 187.0 923 139.0 153.0

1В1- 151.5 111.0 108.4 77.6 - - - - 143.6 84.8 95.6 95.7

1В5 1010 932 9*9 64.0 - - - - 69.5 593 782 782

5В1- Ш.6 118.6 124.9 1511 1335 222.0 125.9 159.5 135.9 281.0 134.7 185.4

5В* 153.1 129.4 133.4 217.6 172.9 253.0 125.0 №2 181.7 223.5 122.4 1942

ЗГУ 84.4 99.0 79.0 92.0 92.4 78.6 90.3 88.8 973 1245 962 96.3

ЭБ? 77.9 Ш 823 822 935 100.0 90.9 94.4 106.1 109.6 1063 107.8

60х 1032 98 2 106.9 143.7 965 270.0 975 151.9 1432 209.0 128.6 143.8

1212 112.8 1140 116.8 120.9 262.0 100.0 209.0 1252 242.0 114.6 1718

ТО5 227.0 165.7 1323 187.9 146.8 125.0 122.6 148.0 214.9 127.7 122.6 187.9

НСРш» 12 2 5.10 6.12 14.3 92 10.61 7.85 8.95 9.7 727 7.82 455

1-шссаэерщ пивного плюса; 2-мкха зерш с боковых юлосъсв; 3- шерненносш главного

колоса; 4-шзса эсрнас растения На линию 4Ае препараты оказывали противоречивое действие: обработка ЭБ и БР -снижала массу зерна с боковых побегов, а ГБР - увеличивала. Увеличение массы зерна с главного колоса под действием БР и ЭБ преимущественно происходила за счет усиления фертильности, а при воздействии ГБР, главным образом, за счет увеличения абсолютной массы

семян. Итак, все изучаемые БРС в разной степени способствовали увеличению массы зерна с растений большинства линий генома В и О с "а" или "Ь" плечами, но влияние ГБР на элементы структуры урожая у линий генома А и О отлично от остальных БРС, т.к. преимущественно положительное его действие отмечалось у линий с " Р"или"5"- плечом. Дисперсионный двухфакторный анализ показал, что ГБР оказывал наиболее существенное влияние на элементы продуктивности исследуемых форм по сравнению с регуляторами подобного типа.

Квартазин. Учет продуктивности показал, что в большинстве случаев КВ оказывал положительное влияние на формирование репродуктивных органов у 15 линий, что проявилось в увеличении урожая зерна у сорта и исследуемых линий, за исключением линий 4-ой гомеологичной группы генома А и линии Зй'. Препарат улучшал формирование боковых побегов у большинства линий и наиболее значительно у линий 6А', 60", 6Б и линий генома В, кроме 1В5, а у линий 4А^ и 1В5 этот показатель снижался, главным образом, за счет массы 1000 семян. КВ способствовал формированию зерна на основном побеге у сорта и большинства исследуемых линий за исключением линий 4Ар, 6А'\ 1 В8. В результате обработки наблюдалось увеличение количества семян и их массы у сорта и большинства линий за исключением линии 1В!.

Проведенные исследования показали различную степень влияния регуляторов роста на изучаемые ДГ-линии. Основные отличия в направленности действия регуляторов отмечались на линиях с "Р"-плечом генома А, 5-ой гомеологичной группы генома В и третей - генома О, что еще раз свидетельствует о различных механизмах действия изучаемых регуляторов на уровне отдельных хромосом, а, возможно, и генов. Наиболее чувствительными к действию всех регуляторов были линии генома В. КВ и БРС изменяли темпы прохождения отдельных этапов онтогенеза в значительной степени влияя на формирование продуктивной кустистости. Установлено, что, как правило, чем сильнее ДГ-линия отставала в развитии от сорта, тем значительнее положительное действие препаратов на элементы продуктивности, т.е. в данном случае регуляторы как бы "компенсируют" недостаток плеча в хромосоме, способствуя наиболее полной реализации потенциальных возможностей растительного организма. Действие изучаемых препаратов было наиболее существенным в неблагоприятные для развития пшеницы годы.

ВЫВОДЫ

1. КВ и БРС оказывали различное действие на начальный рост эуплоида и ДТ-линий в зависимости от генома, гомеологичной группы, наличия длинного и короткого плеча в хромосоме, времени после воздействия, структуры препарата и способа его введения в

растительный организм. Наиболее чувствительными к предпосевной обработке семян БРС были линии геномов А и 13, и линии всех геномов - при воздействии КВ. БРС стимулировали рост растений линий с "длинным" плечом хромосом 6А, 7 А, 5В. Особенности отдельных препаратов проявлялась в направленности их действия на линии с коротким плечом хромосом 6А, 7А, линии 3 гомеологичной труппы генома Р и линии генома В за исключением линии 5В1'. Реакция на КВ у сорта и ДГ-лишш была более быстрой и несколько отличной от БРС.

2. Установлены сложные взаимодействия с гормональной системой растений не только на уровне геномов, но и гомеологичных групп и отдельных хромосом. При предпосевной обработке семян наиболее существенные перестройки отмечены в накоплении АБК: при действии БР ее количество в большинстве случаев снижалось, при обработке ЭБ, ГБР и КВ -увеличивалось. При опрыскивании растений регуляторами более быстрые изменения в содержании ПУК и АБК отмечались при действии КВ. Недостаток " короткого" плеча частично " компенсируется" ЭБ в отношении динамики накопления АБК и ИУК и АБК - под влиянием КВ.

3. Выявлены особенности действия ЭБ и КВ на интенсивность синтеза, содержание и качественный состав легкорастворимых белков эупловда и ДТ-линий 5ВГ и 5В5, которые определяются особенностями генотипа, структурой и временем действия препарата. ЭБ наряду с синтезом активировал и процессы утилизации легкорастворимых белков, а КВ в меньшей мере ускорял синтез и в большей степени усиливал обратный процесс у эуплоида и линии 5В'\ Отмечены специфические перестройки компонентного состава данной группы белков под действием обоих регуляторов. Новые фракции в ЭФ спектре при действии КВ и ЭБ обнаружены в средне- и низкомолекулярной зоне и носят в большинстве случаев кратковременный характер. В отличие от ЭБ появление новых компонентов при действии КВ обусловлено заменой высокомолекулярных белковых компонентов более низкомолскулярными.

4. Изменения полипептидного состава легкорастворимых белков при действии КВ и ЭБ наблюдались в большинстве зон ЭФ спектра, но, преимущественно, в высоко- и низкомолекулярной области. В отличие от ЭБ под влиянием КВ в начальный период после воздействия происходила замена высокомолекулярных компонентов более низкомолекулярными у эуплоида и линий генома В, а у линий геномов А и Э увеличивалась гетерогенность ЭФС в средне- и низкомолекулярной зоне. К концу опыта (96 ч) усиливаются различия в действии КВ и ЭБ у линий всех геномов, но особенно у ДТ-линий геномов А и О. Перестройки в ЭФС структурных белков также носят временный характер за исключением линий 4АР, 5В5 и 60а, у которых под влиянием ЭБ.отмечены более стабильные изменения в низко- и высокомолекулярной зоне, а при обработке КВ - в высоко- и среднемолскулярной области у эуплоида и линий с "длинным" плечом генома В.

5. Выявлены особенности действия КВ и БРС на формирование вегетативных и генеративных органов растений в зависимости от генома, гомеологичной группы и структурного состояния хромосом, структуры препарата, способа обработки и климатических условий. Все изучаемые препараты у большинства линий стимулировали формирование главных и, преимущественно, боковых побегов, изменяли темпы прохождения этапов онтогенеза. Основные отличия КВ и БРС на структуру урожая наблюдались на линиях с "Р" -плечом генома А, 5-ой гомеологичной группы генома В и 3-ей генома Р. Основная прибавка урожая у линий при действии ЭБ и БР отмечалась за счет увеличения количества семян в главном колосе, при обработке ГБР - за счет абсолютной массы семян, под влиянием КВ - оба эти показателя в равной мере определяли прибавку урожая зерна с растения. Отмечено, что наиболее заметное положительное действие препаратов наблюдалось в неблагоприятные для развития пшеницы годы. Причем более стабильный эффект отмечался при предпосевной обработке семян регуляторами роста.

б. Установлено, что, чем сильнее ДТ-линия отставала в росте и развитии от сорта, тем существеннее оказывалось стимулирующее действие препаратов. Следовательно, регуляторы роста как бы "компенсируют" недостаток плеча в хромосоме, что, в известной степени, свидетельствует о взаимосвязи действия изучаемых физиологически активных веществ с генетическим уровнем регуляции растительного организма.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Деева В.П., Хотылева Л.В., Иоффе Ж.Э. Генетическая природа реакции растений на воздействие брассиностероидами// Брассиностероиды- биорациональные, экологически безопасные регуляторы роста и продуктивности растений: Тез. докл. симп,- Минск, 1993,- С. 3.

2. Деева В.П., Хотылева Л.В., Мазец Ж.Э Генетическая детерминация реакции растений пшеницы на воздействие брассиностероидами //Регуляторы роста и развития растений:Тез. докл. Трет, междунар. конф-Москва, 1995,- С. 61-62.

3. Мазец Ж.Э., Деева В.П. Влияние эпибрассинолида на рост, развитие, количество и качественный состав белков ДГ-линий пшеницы Чайниз Спринт //Брассиностероиды -биорациональные экологически безопасные регуляторы роста и продуктивности растений: Тез. докл. симп. - Минск, 1995 - С. 15 - 16.

4. Мазец Ж.Э., Деева В.П., Стальмакова Р.М. Влияние квартазина на рост, развитие и количество отдельных фитогормонов ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг // Современные проблемы генетики и селекции: Тез. докл. Республ. конф,- Минск. 1995.- С. 47.

5. Мазец Ж.Э., Деева В.П. Влияние квартазина и эпибрассинолида на полипептидный состав белков ДТ- линий пшеницы Чайниз Спринг// Втор, съезд Белорусского общества физиологов растений :Тез. докл. съезда. - Минск,1995. - С. 25-26.

6. Мазец Ж.Э., Дзеева В.П., Стальмакова P.M. Уплыу квартазшу на рост, развщце i колькасць асобных фп-агармонау у ДТ-лиай пшашцы Чайтз Спрынг // Весщ АН Беларуа . Сер. б!ял. навук. - 1996.-N 1,- С. 92 - 96.

7. Деева В.П., Мазец Ж.Э., Павлова И.В. Влияние эпибрассинолида и квартазина на полипептидный спектр различных белков в проростках гречихи и ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг// В сб.: Успехи физиологии и биохимии растений .- Днепропетровск, 1996 - С. 81 - 90.

8. Мазец Ж.Э., Деева В.П. Влияние эпибрассинолида на интенсивность синтеза и качественный состав легкорастворимых белков у ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг// Becui АН Беларуа. Сер. б|'ял. навук. - 1996,- N 3,- С. 63 - 66.

9. Мазец Ж.Э., Деева В.П. Влияние квартазина на синтез и качественный состав белков у растещш мягкой пшеницы сразными генотипами // Доклада АН Беларуси. - 1996 - Т.40,- N 5,-С.91 -95.

10. Мазец Ж.Э., Деева В.П. Влияние регуляторов роста на содержание ИУК и АБК и ростовые процессы мягкой пшеницы // В сб.: Актуальнл проблеми ф1зюлогц рослщ i генетики: Тез.допов1д. VI Конф. молодых вченых,- Киш -1996,- С.51 -52..

РЭЗЮМЕ Мазец Жана Эмануитауна

Асаб.-пвасщ дзеиння квдртазша i брасшастэрощау на фЫелага-бшхш^чныя працзсы ДТ-лшш пшашцы Чайшз Спрынг

Ключавыя словы: брасшастзрощы, бялга, выб|ральнасць, дзггэлацэнтрычныя л:ни, дынамжа, кампанентны склад, квартазш, пшашца, рэгулятары росту, спецыф1чнасць, фпагармоны.

Аб'ект даследавання - эуплощ i створаныя на яго аснове дзггэлацэнтрычныя лшй пшатцы Чайшз Спрынг. Мэта дысертацыйнай работы - выяуленне асабшвасцей дзеяння квартазша (JKB) i браанасторощау (БРС) на асобныя рэакцьп метабалцму у працэсе росту i развщця раслш, яия уключаюць этапы арганагенэзу i фарм|раванне прадукцыйнасщу эуплоща i ДТ-лшш пшашцы Чайшз Спрынг у залежнасщ ад генома, гамеалапчнай групы i струкгурнага стану храмасом. Метады даследаванняу - электрафарэз у ПААГ, цвердафазны шунаферментны аналп, вывучэнне сштэзу бялка з дапамогай мечанага папярэдниса ( 14 - С -лейцьша). Апаратура - прыбор для элекграфарэзу ("GE 2/4 LS", ЛКБ, Швецыя), лазерны денситометр ("2202 Ultroscan", ЛКБ, Швецыя), ¡мунаферментны каларыметрычны аналтатдр КА1-Ц-01 (ЛОМА, Раая).

Установлена узаемасувхзь дзеяння сштэтычнага прэпарата (КВ) 1 аналагау фпагармонау (БРС) на рост, развщце 1 ф!31слага-бьгх1м1чныя працэсы у залежнасц! ад стану храмасом. Паказана спецыф1чнасць дзеяння браЫналвда, эга- 1 гомабрасшалща на рост, развщце, прадуктыунасць 1 асобныя метабашчныя працэсы ДГ-лшш пшанщы сорта Чаншз Спрынгу залежнасщ ад генома, гамеалагтчнай трупы 1 структуры храмасом. Атрыманы новыя дадзсныя аб уплыве КВ 1 БРС на характар назапашвання асобных фпш-армонау (1ВК, АБК I зеатын-рыбазща) у эуплоща ДГ-лшш пшатцы сорта Чайшз Спрынг. Палажэнш 1 вывады, выказаныя у дыссртацьи, прадстауляюць значную щкавасць у тэарэтычным плане, так як раскрываюць асобныя бага мехатзма выбфалънага дзеяння рэгулятарау росту рознай природы, садзетнчаюць абгрунтаванаму прымяненню вывучаемых ф1з1ялапчна актыуных рэчывау пры вырошчвашн раслш.

РЕЗЮМЕ Мазец Жанна Эмануиловна

Особенности действия квартазнна и брасснностероидов на физиолого-биожнмическне процессы ДТ-лнннй пшеницы Чайниз Спринг

Ключевые слова: белки, брассиностгроиды, динамика, дителоцентрические линш!, избирательность, квартазнн, компонентный состав, пшеница, ..регуляторы роста, специфичность, фитогормоны.

Объект исследования - эуплоид и созданные на его основе дителоцентрические линии пшеницы Чайниз Спринг. Цель диссертационной работы состояла в выявлении особенностей действия квартазина (КВ) и брассиностеровдов (БРС) на отдельные звенья метаболизма в процессе роста и развития растений, включая этапы органогенеза и формирование продуктивности у эуплоида и ДГ-линий пшеницы Чайниз Спринг в зависимости от генома, гомеологичной группы и состояния хромосом. Методы исследований - электрофорез в ПААГ, твердофазный иммуноферментный анализ, изучение синтеза белка с помощью меченого предшественника (14-С- лейцина). Аппаратура - прибор для электрофореза ("ОЕ 2/4 ЬБ", ЛКБ, Швеция), лазерный денситометр ("2202 ШгоБсая", ЛКБ, Швеция), иммуноферментный калориметрический анализатор КАИ-Ц-01 (ЛОМО, Россия).

Установлены особенности действия синтетического препарата (КВ ) и аналогов фитогормонов (БРС) на рост, развитие и физиолого-биохимическне процессы в зависимости от структурного состояния хромосом. Показана специфичность действия брассинолида, эпн-и гомобрассинолидов на рост, развитие, продуктивность и отдельные метаболические процессы ДТ-линий пшеницы сорта Чайниз Спринг в зависимости от генома, гомеологичной

группы и структуры хромосом. Получены новые данные о влиянии KB и БРС на характер накопления отдельных фитогормонов (ИУК, АБК и зеатин-рибозида) у эуплоида и ДГ-линий пшеницы Чайниз Спринг. Положения и выводы, излагаемые в диссертации, представляют значительный интерес в теоретическом плане, так как раскрывают отдельные стороны механизма избирательного действия регуляторов роста различной природы, способствуя обоснованному применению изучаемых физиологически активных веществ при выращивании растении.

SUMMARY

MazetS "/b^nm

Peculiarities of kvartazin and brassinosteroids influence on phisiological-biocliemical processes of DT-lines of the Chinese Spring wheat

Key words: brassinosteroids, componental structure, ditelocentric (DT)- lines, dynamic, growth regulator, kvartazin, pliytohormone, proteins, selectivity, specificity, wheat

The research subject: euploid and DT-lines of the Chinese Spring wheat created on its base. The aim of the dissertation is to exposure the influence of kvartazin (KV) and brassinosteroids (BRS) on separate reactions of metabolism in growth processes and development including ontogenetic stages and crop formation of euploid plants and DT-lines of the Chinese Spring wheat depending on .genome, gomeological group and the chromosome structure condition. The methods used in the study: electrophoresis in PAAG, solid phase immunity ferment analysis; styding of protein synthesis with the help of labeled predecessor (I4-C-leicyn). Apparatus appliance for electrophoresis («2202 Ultroscan», LKB, Sweden), immunity ferment caloriemetrical analyser KAI-C-01 (LOMO, Russia).

Peculiarities of influence of synthetic preparation (KV) and _phytohormones analogies (BRS) on the growth, development and phisiological-biochcmical processes depending on the chromosome condition is determined. The specificity of influence of brassinosteroids, epi- and homobrassinosteroids on growth, development, productivity and separate metabolical processes DT-lines of the Chinese Spring wheat depending on genome, gomeological .group and the chromosome structure is shown. New data about influence of KV and BRS on accumulation nature of certain phitohormones (IUK, ABK and zeatin-ribozid) is received of euploid and DT-lines of the Chinese Spring wheat. Theses and conclusions stated in dissertation are of great interest from the theoretical point of view, because they reveal separate sides of mechanism of selective of action of.growth regulators of different character and contribute to grounded use of physiologically active substances in growing plants.

Мазец Жанна Эмануиловна

Особенности действия квартазина и брассиностероидов на физиолого-биохимические процессы ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг

Автореферат диссертации на соискание ученной степени кандидата биологических наук

Подписано к печати 05.08.1997

Формат 60X84 1/16. Усл. печ.л. 1,31

Усл. кр,- отт. 1,51. Уч.- изд. л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ 91

Институт физики им.Б.И.Степанова НАНБ 220072, Минск, пр.Скорины,68 Отпечатано на ризографе ИФ НАНБ Лицензия ЛВ 685 от 23.12.93г.