Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности физиологических процессов у растений при низких положительных температурах в связи с изменениями состояния воды

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Особенности физиологических процессов у растений при низких положительных температурах в связи с изменениями состояния воды"

РГС од

На правах рукописи

УГАРОВ Гавриил Спиридонович

ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ У РАСТЕНИЙ ПРИ НИЗКИХ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ В СВЯЗИ С ИЗМЕНЕНИЯМИ СОСТОЯНИЯ ВОДЫ

03.00.12 — Физиология растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена на кафедре 'ботаники Якутского государственного университета им. М. К- Аммосова МО и ПО РФ.

Научный консультант — доктор биологических наук Г. В. Лебедев.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Н. И. Якушкина; доктор биологических наук М. И. Рыбакова; доктор биологических наук, профессор В. Н. Жолкевич.

Ведущая организация — Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО ™л и

в ]. К <-. час. на заседании 'диссертационного -совета Д. 120.35.07 в. Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. Адрес: 127550, г. Москва, Тимирязевская ул., 49.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ТСХА.

Защита состоится

1997 г.

Автореферат разослан

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат биологических наук

А. С. Лосева

OI.шля ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нельзя сказать, что область шнких положительных температур была обойдена вниманием исследователей - напротив, холод всегда был излюбленной темой-для исследователей самого раз"ого профиля и ей посвящена огромная литература. Интерес к пси не ослабевает и по сей день (Жолкевич,1962; Коровин, I9S4; Зауралоп.Клячко, 1988; Мануильский и др., 1988; Родченко, 19S8; Лобанов,Щербинин, 1990; Войциков и др., 1991; Бело' ., 1992; Анисимов, Ратковнч, 1992; Третьяков п др., 1992; Кузнецов, 1992; Косулина, 1993; Лукатктш и др., 1993; Каримова, 199-4; Титов и др., 1994; Трунова, Астахова, 1995; Alberdi, Corcuera, 1991; Crespi et all., 1991; Jarillo et all., 1993; Sanders, Markliart, 1993; Miguel, Browse, 1994; ICacperska, 1994) Но псе же до настоящею времени внимание исследователей в основном было сосредоточено на изучение влияния двух крайних биологически -начимых областей температуры - высокой (жары) или, наоборот отрицательной (мороз), на растительные организмы. Поэтому физиологическое значение низких положительных температур, особенно околонулевых, исследовано все еще недостаточно.

Холод испокон веков используется людьми для хранения овощей, фруктов, картофеля и других сельскохозяйственных продуктов. Успешная разрабо ;а новых технологий хранения сельскохозяйственных продуктов, медицинских и биологических препаратов в холоде, а также эффективных способов обработки холодом растений (закаливание, стратификация и т.д.) с целыо ускорения роста и повышения резистентности к неблагоприятным факторам среды, связаны с углублением знаний в этой области.

Особый теоретический и практический интерес представляет изучение физиологических процессов у растений при температуре +4°С, когда вода, основной компонент, среда и участник многих физиолого-биохимнческих процессов у живых организмов, имеет наибольшую плотность.

Цель работы. Выяснить особенности физиологических процессов у растении при низких положительных температурах и +4°С в связи с изменениями состояния воды. В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:

- исследовать интенсивность физиологических процессов у растении при низких положительных температурах;

-изучить физиологическую реакцию растений на действие температуры +4° С;

- установить связь между динамикой физиологических процессов у растений при понижении температуры и изменениями состояния воды в этих условиях.

При исследованиях применялся комплекс современных методов и методик, которые описаны в соответствующих разделах диссертации.

Научная новизна. Фаза адаптации растений к холоду рассматривается как динамический процесс, протекающий в определенный промежуток времени, в течение которого происходит ряд существенных изменений в ходе физиолого-биохимических процессов, приводящие к формированию стресс-структуры клетки и растительного организма в целом, со специфической криорезистентной архитектоникой. В связи с этим, фаза адаптации к холоду впервые дифференцирована и подразделена на подфазу репарации, стресс-синтеза и адаптированного к холоду состояния.

- Впервые изучен физиологический феномен температуры +4°С, при которой вода имеет наибольшую плотность, характеризующейся переломом в ходе физиологических процессов у растений, связанный с началом стрессовых реакций на холод. *

- Высказано предположение о том, что действие холода на физиологические процессы у 'растений вызывается не только прямым влиянием холода на физиодого-биохимические процессы, но может быть даже и большей степени опосредовано через изменение структуры поды, которая является не только средой, но ч матрицей биологических структур, компонентом и метаболиюм биохимических реакций.

- Показано, что в состоянии активии о роста и во время адаптации к холоду темп замедления интенсивности физиологических процессов у растений при их охлаждении от 20" до 0;|С, начина:; с +4°С, не подчиняется правилу Вант-Гоффа.

- Впервые экспериментально установлено, что низкие положительные температуры, начиная с +4° С являются стрессорными для растений.

• Теоретически обосновано, что понятие "холод" имеет биологическую сущность и холод начинается с температуры +4° С.

Практическая значимость и реа-чзация рабртьг_Результаты исследований, изложенные в диссертации, легли в основу разработки тканевого препарата, получаемого из тканей закаленных холодом растений, зимоспядих животных и • рыб, который успешно применяется для ростостимуляции и лечения с/х животных. По результатам проведенных экспериментальных работ выдана рекомендация по температурному режиму хранения картофеля и овощехранилищах г.Якутска. Материалы диссертации используются в спецкурсе "Протокриобиология. Пютокриобиологические процессы у растений", который читается в течение 10 лег'на кафедре ботаники Якутского госуниверситета. Установленные нами закономерности реакции растений на действие холода и зависимости от их физиологического состояния могут иметь методологическое значение при проведении физиологических экспериментов.

Ашор с 1975 юда руководит дипломными работами студентов, а с 1986 года, будучи зав. кафедрой ботаники Якутского госуииверсигета, является научным руководителем исследований кафедры по изучению физиологии, биологии, экологии растений в зоне вечной мерзлоты. Теоретические положения диссертации могут Сыть полезными при разработке новых технологий хранения с/х продуктов, медицинских, биологических препаратов и представляют несомненный интерес для практиков.

. Полученные результаты вносят весомый вклад в понимание физиолого-биохимичееких механизмов, лежащих в основе адаптации и устойчивости растений к низким положительным и отрицательным температурам.

Основные положения, вынесенные на защиту:

1. При низких положительных температурах интенсивность физиологических процессов у растений не всегда подч'няется правилу Вант-Гоффа.

2. Температура +4° С,' при которой вода имеет наибольшую плотность, существенно вл.чяет на ход физиологических процессов у растений.

3. Действие низких положительных температур на физиологические процессы у растений осуществляется, кр->ме непосредственного влияния температуры на обмен веществ, также посредством воды через изменение ее состояния. ,

' Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены в виде научных докладов на 2-х Международных, 4-х Всесоюзных и 10 региональных' симпозиумах и совещаниях, теоретических семинарах Восточно-Сибирского Института, физиологии и биохимии растений, кафедры физиологии растений Киевского университета, Института физиологии растений АН "Украины, Института физиологии растений АН Молдавии, Института физиологии растений им. К.А.Тимнрязева (г.Москва), Института биологии ЯНЦ СО РАН, Якутского госуниверситета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 работ, в.т.ч. одна монография, 2 препринта, ! брошюра в соавторстве с Л.П.Кьнкпчанопым общим объемом свыше 20 пл. По инициативе автора и под ею редакцией выпущено 3 Межведомственных сборника научных работ ученых, где авторами пыаупали, кроме якутских, научные сотрудники Восточно-Сибирского Института физиологии и биохимии растений (г.Иркутск), МГУ, Института физиологии растении им. К.А.Тимирязева (ПФР, [.Москва), ВИР им. Н.И.Вавилова (г.Ленинград), Института проблем криобиологии и криомедицины АН Украины (г.Харько5) и др. Сборник научных работ "Прогокриобиологмческие

процессы у организмов" (1990,1996) будет продолжающимся. Получено 2 удостоверения на рацпредложение. Ветеринарным управлением Республики Саха (Якутия) выдано разрешение на производство и применение разработанного нами тканевого препарата на территории Якутии (1993 год, повторно п 1996 г.).

Объем и структура работ. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложения.

Работа изложена на 343 страницах машинописного текста, включает 48 таблицы, 50 рисунков. Список использованной литературы содержит 438 источника, в том числе 105 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в период 1972-1996 годов в лаборатории физиологии растений Института биологии ЯФ СО РАН СССР и на кафедре ботаники Якутского госуниверситета. Исследование эколого-физиологичес,<ого значения температуры +4°С на растения проводилось в соответствии с проблемами, предусмотренными межвузовской научно-исследовательской программой Гособразованмя СССР "Экология и бноспстемы" (1990г.). Получен Грант МВССО СССР.

В качестве объектов исследований были использованы контрастные по холодоустойчивости культурные растения: огурцы (Cucumus sativus L.) сорта "Парниковые", "Алтайские ранние" и ТСХА-98, пшеница (Triticum aestivum L.) сорта "Лкутянка", ячмень (Hordeum sativum L.) сорта "Тамми" и "Полярный", холодоустойчивое растение - горох посевной (Pisum sativum I- ) сорта "Капитал", теплолюбивое растение из этого же семейства (Fabaceae) - фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris L.), картофель (Solanum tuberosum L.) сорта "Приекульскнн ранний", из этого же семейства пасленовых более теплолюбивое растение - томат (Lycopersicum esculentum L.), лук батун (Allium (istílosum L.) и др.

Для массовых исследований биоэлектрической реакции растений на холод было использовано большое количество местных видов растений, относящихся к различным семействам и классам, в частности, представители семейетза Бобозых (Fabaceae) - клевер люпиновидный (Trifoiium lupinaster L.), вика мышиная (Vicia cracca L.); из подорожниковых (Plantaginaceae) - подорожник большой (Plantago major L.), из Лютиковых (Ranunculaceae), прострел желтеющий (Pulsatilla flavescens L-), из Мятликовых - пырей ползучий (Elelrigia repens L), из Астроцветных (Asteraceae) - одуванчик рогоносный (Taraxacum ceratrihorum, (Ledeb.) DC.), из Розоцветных (Rosaceae) - кровохлебка аптечная (Sanguisorba officinalis L), а также древесно-кустарниковые - лиственница Каяндера (Larix Cajanderi Мауг.), береза плосколистная (Belula platyphylla Sukacz), ива сухолюбивая (Salix xerophyta Flober.) и др.

В лабораторных условиях растения выращивались в камере искусственного климата. В частности, огурцы, горох выращивали в виде рассады. Предварительно проклюнувшиеся семена сеяли в горшочки размером 7 х 7 х 10 см из

полиэтиленовой пленки, набитые перегнонно-земляной смесыо, приготовленной согласно рекомендации зональной системы земледелия. Рассаду выращивали при освещении 5000 л к, фотопериод 12/12 часов, и температуре -28" С.

Рассаду ячменя и пшеницы проращивали >н семян на увлажненной фильтроваг мой бумаге и чашках Петри или рулонным методом. На 7-е сутки воду заменяли на 0,5% раствор Кнопа.

Интенсивность дыхания и фотосинтеза листьев растений изучали при помощи инфракрасного газоанализатора "Инфралит - 4" (ГДР) по методу, описанному Г-.Л. Вознесенским (Вознесенский и др., 1965; Вознесенский, ЩсрОатин, 1981) и инфракрасно-акустическим газоанализатором KIP-9010 (Япония), с выводом и обработкой данных наЭВМ.

Методика выделения хлоропластом была нам" освоена в лаборатории фотосинтеза Института физиологии растений им. К.Л.Тимирязева (ИФР, г.Москва) под руководством д.б.н Н.Г.Бухова. Динамика интенсивности фотохимической активности изолированных хлоропластов определялась по скорости восстановления феррицианида калия (Гавриленко и др., 1975). Изучение активности митохондрий осуществлялось с использованием электрода Кларка (М.Г.Зайцева, З.В.Титова, 1970) и проводилось в лаборатории экологической биохимии ЯНЦ СО РАН (зав. В.Г.Алексесв, М.И.Мярикянов).

Методы изучения водообмена были нами освоены на кафедре физиологии рятений Казанского университета под руководством профессора И.Г.Сулейманова. Фракционный состав воды в листьях определяли по методу И.Г.Сулеиманова (1908), интенсивность поглощения во«ы - весовым методом по В.Д. Зелепухнну (1973), который нами освоен под руководством авторов -В.Д.Зелепухина и И.Д.Зелепухина (КСХИ, Алма- Ата), а также при помощи прибора, собранного автором, на который было получено удостоверение на рацпредложение.

Исследование состоянии воды при помощи ЯМР осуществлено на кафедре физиологии растений Казанского университета под руководством сотрудников кафедры по Гану (Сулеиманов, 1968).

Интенсивность транспирации и состояния устьиц изучались на аппарате KIP-9010, который позволяет производить измерения температуры воздуха в камере, температуры листа, площадь камеры, влажность воздуха, концентрации СОг в камере, наружном воздухе и в межклетниках, СОг обмена, интенсивность транспирации, состояния устьичной проводимости (Ogawa, Shivato, 1973). Величину устьиц, после снятия отпечатков по Полаччи измеряли при помощи микрометра под микроскопом.

Активность пероксидазы опре еляли по начальной скорости окисления 0-дианизидина по О.В.Лебедевой (1978) в лаборатории экологической биохимии ЯНЦ СО РАН под руководством к.б.н. А.А.Попова и А.А.Перка. Биоэлектрическую реаквдю растений на холод регистрировали на установке, собранной по методике И.И.Гу! ipa (1972), при этом у автора методики получали, много ценных советов, ,

Замедленная флуоресценция у проростков пшеницы исследоьалась в аппаратуре, сконструированной в мастерской кафедры биофизики Московского государственного университета (Маренков, 1972; Тарусов, Веселовский, 1978). При этом пользовались консультацией сотрудников этой кафедры В.А.Веселовского, А.А.Кононенко и др.

Определение скорости роста проростков пшеницы при различных температурах, холодовое закаливание, яровизация семян растений проводились в холодильнике, переоборудованном специально для этой цели, с дистанционным контролем температуры.

Температуру листа при изучении термогенерации измеряли электротермометром с микродатчиками системы Карманова.

Статистическая обработка материалов проводилась по А.Доспехоиу (1973).

Рис.I, Динамика погмиаеиия «оды листыми мггмим«гг тыруюимк ряспаиД. 1>«<7рци; 2 -береи

3. ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕСС ЧУ РАСТЕНИИ ПРИ ШПКИХ ПОЛОЖИТЕЛЬ ПЫХ ТЕМПЕРА ТУРАХ В ЗА ВИСНИ ЮСТИ ОТ ИХ СОСТОЯНИЯ(РЕЗУЛЬТА ТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ)

3.1 Водообмен 3.1.1. Динамика поглощения воды

Мы в своих опытах по исследованию поглощения воды растительными тканями при.различных низких положительных температурах использовали листья различных растений.

Как видно на рис. 1, интенсивность поглощения воды листьями березы по мере падения температуры постепенно снижается Однако линейный характер снижения процесса поглощения воды идет до +4° Сив зависимости от состояния растения значительно меняется. У активно растущих растений при температурах ниже +5° С поглощение | воды идет медленно, но уже не ' зависит от температуры - кривая выходит на плато. Это скорее всего ; указывает на то, что при этих I температура«, процесс активного | поглощения' воды не идет, а вода ! пассивно, поступает в листья через результате усиления проницаемости

-Р"лТ] •Риг'

1

1 4. 1 I 7 I I Ю Тм»«р#ту»«.*С

В

устьицы и, поры кутикулы, а также мембраны (Лукаткин и др., 1993).

Листья, березы, взятые в утренние часы после прохладной ночи или предварительно закаленные в холоде выдерживанием, в течение суток при температуре +4° - 5° С, резко меняют характер поглощения воды. Так, у них снижение интенсивности поглощения воды идет линейно. до. +4° С, а в дальнейшем этот процесс постепенно усиливается по мере понижения, температуры, при +1°С ткани, поглощали, такое же количество воды, как и при +15°С, в то же время при +4РС этот показатель был более 2-х раз ниже, чем при указанных температурах.

По мере старения и естественного закаливания листьев в природных условиях в начале сентября их реакция на действия низких околонулевых положительных температур несколько ослабевает, но при этом основные черты - минимум поглощения, воды в- области +4° С и повышение его интенсивности по мере дальнейшего снижения температуры - сохраняются.

Интересно отметить, что у теплолюбивого, растения - огурца сорта ТСХА -98 наблюдается, такой же характер динамики поглощения воды листьями этого растения, по мерс снижения, температуры. Листья активно растущих растений -огурцов, также- как и листья активно растущей березы, при температурах ниже +5° С практически: не меняют интенсивность поглощения воды.

-В-

Pik.2. Динамика noratim и» w boim листьями березы и orypia (закаленные в \axnc)

я з г з

3 4 5 6 8 10 15 20 Токтюргтура/С

Огурцы - 1. Конец июня ; 1. Начало августа ; 3. Начало сентября

Береза - 4 - Начало авгуси; 5 - Начало сентября

После холодового закаливания в течение суток при температуре +4° - 5" С листья огурцов начинают усиленно поглощать воду, причем этот процесс идет тем интенсивнее, чем ниже температура. При этом минимум поглощения воды приходится на температуру +4° С (рис. 2).

Таким образом, у

представ ителей си стемати чески отдаленн'х друг от друга и отличающихся между собой по отношению к холоду растений имеется схожая динамика поглощения воды при низких положительных температурах

усиливается поглощение воды тканями. Этот факт не согласуется с правилом ВантТоффа и требует Вторая особенность, установленная нами в этом

■-e-ftvöl '•-o-ftws!

всестороннего осмысления процессе, - это температурная граница перелома хода поглощения воды, которая находится при температуре +4°С. Установление данною явления примечательно тем, что при +4°С вода имеет наибольшую плотность, наименьший объем и, видимо, особую структуру,

ЗЛ.2. Динамика состояния устьиц

Устьица максимально открыты при +20° С. При снижении температуры листа до +5° С ширш.а устьпчной щели уменьшается с 10,99 до 5,18 мк. При снижении температуры листа +5° С до +4° С размер щели уменьшается с 3,53 мк до ¡,05 мк, тогда как в остальных случаях при снйжении температуры листа на 1° уменьшение устьпчной щели со<аааяй4т всего от 0,4 до 0;6 мк. Интересным является то, что при дальнейшем снижении температуры листа происходит увеличение ширины устьиЧНой 1целй - при +3°С она равна 1,68 мк, а при +2° С -'1,76 мк.т.е. на0,63 и 0,7! Ы'к соот&етс.ленношире, чем при +4°С. Однако при +1° 'С щели вновь сужаются и Можно уже наблюдать полностью закрытые устьица. У устьиц листа традесканций При охлаждении наблюдается такая же картина, как и у устьиц листа березы: при температуре +4" С Щели резко сужаются, встречаются и закрытые устьица. Прй дальнейшем ююжешш температуры щели вновь расширяются, но При Н°С скова сужаются.

S.U. Динамика устьичной проводимости

Устьичная Проводимое ь характеризует степень открытости устьиц и определяется по изменению количества воздуха, прошедшего через устьица за единицу времени (Ogawa, Shibato, 1973).

На рис. 3 показана динамика устьичной Проводимости у листа пшеницы сорта "Якутянка 24ч ' без предварительного заиливания по мере охлаждения. Как видно на рисунке» по мере охлажденш. листа устьичная проводимость Снижается. Бросается в глаза ступенчатость спасения этого показателя с некоторыми

Ь-

пикообразными изменениями при высоких температурах. Однако, начиная с температуры, близкой к +4° С, дальнейшее снижение устьичной проводимости прекращается, оставаясь на одном и том же уровне. Самое интересное здесь заключается в том, что прохождение воздуха приобретает пульсирующий характер с частыми замираниями. Это указывает на периодическое захлопывание и открывание устьичных щелей, то закрывающей, то открывающей путь к потоку воздуха. Пульсация при температурах выше +4° С не наблюдается.

Рис. 3 Динамика устьичной проводимости листьев пшеницы сорта Якупшка-224 при охлажлении

Состояние устьиц см)сек

1.- активнорастущее состояние ; 2 - после холодового закаливания

Холодовое закаливание существенно меняет устьичную проводимость листа пшеницы (рис. 3). Прохождение потока воздуха через щели полностью прекращается при температуре, близкой К +4° С. Пульсация не наблюдается.

3.1.4. Динамика гранспирации

Как видно на рис. 4, интенсивность транспирации листа пшеницы постепенно снижается одновременно с падением температуры. Характер кривой интенсивности транспирации меняется, начиная с температуры, близкой к +4° С -приобретает более спокойный характер, а с +2,5° С выходит на плато. Интересно, что процесс транспирацни, хотя некоторая тенденция к пульсации имеется, все же строго не следует за изменениями состояния устьиц.

Динамика интенсивности транспирации после холодового закаливания пшеницы также меняется в области температуры +4° С. Однако самое интересное заключается в той, что при дальнейшей охлаждении листа транспирация прекращается и начинается процесс поглощения водяных паров из воздуха. Не менее интересно и другое - устьица в это время закрыты, а поглощение воды идет довольно интенсивно. По-видимому, поглощение воды происходит через кутикулу.

Р»С. 4 Дпнимпкв КШ1С11Ш»ИЙС1» 1р»и«ппр»цни листьев nulcmtUbt «>ртя Якут*тж»-224

Транслиряцмя, ' Г Нр(дм'ч»с

0.6

1.- активновегетирующее состояние; 2- после холодового закаливания

Такая же динамика транспирации листьев наблюдается у листьев ячменя сорта "Тамми". Прг низких околонулевых положительных температурах происходит прекращение транспирации и начинается обратный процесс поглощения вод;;ных паров из воздуха. Поглощение глдяных паров начинается при температурах ниже +4° С при закрытых устьицах. При этом данный процесс имеет пульсирующий характер. Таким образом, пульсация щелей устьиц не является процессом автономным, а имеет, по всей видимости, общий физиологический характер.

3.1.5. Состояние воды в тканях растений

Нас интересовало влияние низких положительных температур на соотношение свободной и связанной воды в тканях растений. Опыты проводились на разных растениях и во всех случаях получены' принципиально одинаковые результаты. В связи с этим мы приводим материалы, полученные при опытах с л.кпъями лука-батуна (Allium fislilosum L.). Выбор объекта определялся и тем, что на дашгйм растении изучалось состояние воды с применением современного метода trfftHOBoro эха - Я MP.

' Р&уЛьтаты измерений показывают, что время спин-спкновой релаксации (Тг) ■В'лукй 6а t у не при пониженных температурах уменьшается (табл. !)•

'Уменьшение времени релаксации (Тг) в данном случае могло быть обусловлено падением подвижности спинов водорода в связи с увеличением структурированности воды.

Через 30 минут, когда ткани лука приняли комнатную температуру, Тг, почти 1 he отличается от времени релаксации контрольных растений. Это свидетельствует О том, что подвижность молекул воды при комнатной температуре в опытных1 растениях не отличается от подвижности молекул воды контрольных растений, что указывает, очевидно, на быстрое разрушение льдоподебной структуры воды при повышений температуры.

-S-

Таблица I.

Время релаксации (Тг) молекул воды в листьях лука батуна после воздействия на них холодом и в нормальных условиях

№ Варианты Температура определения, 0 С Время релаксации (Тз), мсек

> Контроль 22 0,59 ±0,01

2. Опыт (листья лука, продержанного в холоде +4-б"С) 15 0,53 ± 0,01

3. Опыт (те же растения через 30 минут) 22 0,58 ± 0,01

Результаты параллельно проведенных опытов весовым методом по изучении состояния воды в листьях лука батуна приведены в табл. 2.

Таблица 2

Влияние низких положительных температур на состояние воды в листьях лука батуна

№ Показатели водного режима Опыт 4- 15 «»С Контроль 22» С

1. Общее количество воды в % на сырой вес 91,0± 3,5 90,0 ± 3,0

2. Свободная вода в % на сырой вес 19,0 ±2,5 25,0 1 2,5

3. Связанная вода в % на сырой вес 72,0 ± 3,0 65,0 ± 2,5

4. Величина соотношения свободной связанной воды 0,29 0,39

Из данных таблицы видно, что подвижность молекул воды в опытном варианте уменьшается, о чем свидетельствует более низкое содержание свободной воды в листьях, чем в контроле.

Интересно отметить, что такое сравнительно большое различие в содержании связанной и свободной воды не отражается во времени релаксации (Тг). Это происходит, по-видимому, потому, что связанная вода в луке , образовавшаяся под действием пониженной температуры и обнаруживаемая весовым методом, при обычных температурных условиях не обладает повышенной структурированностью, т.е. имеет ту же структуру, какую имеет свободная вода, содержащаяся в листьях лука батуна как контрольной группы, так и опытного варианта.

-з-

Таким образом, при пониженных температурах подвижность молекул воды, на наш взгляд, можег быть ограничена следующими основными причинами: I) образованием льдоподобной структуры воды; 2) накоплением осмотически активных веществ - хриопротекторов и 3) механической иммобилизацией воды макромоле«'чами белка в результате изменения их конформации под действием холода. О значительном вкладе иммобилизованной воды в составе связанной, убедительно «оказано в работе Н.А.Аскоченской (1982).

3.2. Поглощение элементов минерального питания

Активнорастущие растения пшеницы практически прекращают поглощение ионов N0} начиная с +4° С (рис. 5). _

Рис.5 Дина«лика интенсивности поглощения ионов МО} при низких положительны* температурах

:!1

3.5 1 г .

2.5 :

V -

-Р*д1

-р«д2: |

Совсем по-иному ведут себя закаленные в холоде растения пшеницы. Если у незакаленных, как мы уж'е отметили выше, при околонулевых температурах происходит резкое снижение поглощения ■ NОз, то после закаливания растения, наоборот, начинают усиленно поглощать нитраты. При этом минимум процесса приходится на температуру близкую, к -11° С. Интенсивность поглощения нитратов при низких положительных температурах коррелирует с интенсивностью поглощения воды растительными тканями в этих же условиях. Это вполне закономерно, так как растворенные ионы NОз, по видимому, преимущественно поступают в растительные клетки и ткани, вместе со своим растворителем - водой.

| Твмтратур», С

1 - активнорастушес растение; 2- растение послс холодового закалиаания

3.3. Энергетический обмен

Дыхание изучалось различны«.и методами и приборами: начали с манометрического, в аппарате Варбурга, а потом использовали инфракрасный газоанализатор "Инфалит-4" (ГДР) и в последние годы работали на инфракрасно-акустическом газоанализаторе К1Р-9010 (Япония).

3.3.1.' Динамика дыхания листьев

Изучалась динамика интенсивности дыхания листьев у активнорастущих растений березы плосколистной, картофеля сорта "Приекульский ранний" и ' пшеницы сорта "Якутянка 22 "'.

-Ло~

Как видно на рис. 6, дыхательная активность листьев всех трех видов растений падает по мере их охлаждения. Интересно здесь то, что такое подавление г -- ..............- - интенсивности дыхательного

Рис6. Динамика интенсивности дыхании листьев растегий при охлаждении

-Риал

• Рад«

Теипаратура, с

I- береза плосколистная; 2- пшеница сорт "Якутянка-224"

3- картофель , сорт Приекульскин ранний ; 4 - фон содержание углекислоты в воздухе

^ После холодового закаливания ход

| Р1с7Д«»лта «лскюоои Д^КМА гастьмз

! растем« при екгдаярям (посте хеггдагго

заюгиэатф

6 8« Тплтраэд^ С

I- береза плосколистная ; 2- пшеница; 3 - картофель ; 4 - фон

газообмена листьев идет только до +4° С, а дальнейшее охлаждение практически не вызывает изменения этого процесса.

У таких систематически отдаленных друг от друга, отличающихся по устойчивости и по целому ряду других: 1 анатомических, орфологических, 1 физиологических, и т.д. ; параметров растений, как ■ картофель, ячмень и береза, кривые кинетики интенсивности дыхания, отличаясь лишь количественно, имеют

совершенно одинаковый

характер, динамики интенсивности дыхания существенно меняется. У листьев картофеля интенсивность

дыхания повышается постепенно по мере приближения

те^лературы к 0° С и минимум этого процесса приходится на температуру +4° С. У листьев березы и пшеницы кривая динамики интенсивности

дыхания имеет чуть иной характер. У этих растений минимальный уровень дыхания наблюдается при температуре, близкой к +5° С, а в области ■М°С, наоборот, резко повышается (рис 7).

Перелом в динамике дыхания происходит также, как и в динамике водообмена, в области +4° С.

3.3.1.2. Динамика дыхательной активности митохондрий

Была изучена кинетика интенсивности дыхательной активности изолированных митохондрий у холодоустойчивого растения -пшеницы сорта "Якутянка-224" и теплолюбивого - огурца сорта "Парниковые".

Дыхательная активность митохондрий огурца сорта "Парниковые" в процессе их охлаждения мало подавляется при снижении температуры с +20° С до +5° С. Интересно отметить, что митохондрии все еще очень активно функционирующие при температуре +5°С (17 мкЛО/мг белка мин.) при снижении температуры всего на 1° С, т.е. при температуре +4° С, практически инактивиру отся - во всяком случае, в течение 5 мин., за которые инкубировались митохондрии в дыхательном субстрате при изучаемой температуре, поглощение кислорода митохондриями нами не обнаружено (рис. 8).

1 ....... " " ; У "Якутянки-224" снижение

Рис.8. Крик! динамика интенсивности , интенсивности ДЫХаНИЯ МИТОХОКДрИЙ

по мере охлаждения происходит сперва постепенно, но затем резко ускоряется при температурах ниже + 10° С. Можно было ожидать, что у холодоустойчивого, даже

сравнительно морозоустойчивого растения, каким является пшеница,

I ; 20 - I----„ дыхательная активность

митохондрий будет слабо подавляться низкими

и положительными температурами.

( _________________: Однако дыхательная активность

о .5 т5 го ' пшеницы т^кже резко падала точно

тамларатураЛ; при т°п же температуре, на которой

происходило резкое подавление " дыхания митохондрий огурца, то есть

дыхательной активности м нтом>нлрий, изолированных от корней яктнано вггетируюших растений а процессе охлаждении

I

-Р»Д1 • Ряд2

при температуре +4° С.

Таким образом, нижней точкой

1- пшеница (сорт Якутянка-224); _

2- огурцы ( сорт Парниковые) >т1 границей активном дыхательной

деятельности митохондрий теплолюбивого огурца и активнорастущего холодоустойчивого растения - пшеницы является одна и та же температура - +4° С. Из этого, очевидно, следует, что для этих растений температуры, лежащие ниже +5° С, являются особо неблагоприятными для нормального роста и развития.

Холодовая обработка существенно не влияет на характер кривой кинетики дыхательной активности' митохондрий, выделенных из огурца, только резкое подавление их окислительной деятельности происходит уже при температуре+3° С, а дыхательная активность митохондрий закаленной пшеницы постепенно падает по мере снижения температуры. Однако такое падение дыхания идет только до ■ь5°С - 6° и затем при температурах +4°-5°С наблюдается его вспышка, которая по интенсивности несколько выше, чем при +20°С. При дальнейшем охлаждении дыхательная деятельность митохондрий круто снижается.,

3.3.1.3. Термогенерация у тканей растении при охлаждении

Считается, что температура растения в основном близка к температуре окружающего воздуха, однако энергетические всплески при низких положительных температурах, по-видимому, проявляются в тканях растении в виде температурных флукту. дий.

Нами были из, )ены изменения температуры ткани листа фасоли, картофеля, гороха посевного и березы плосколистной в акгивнорастущем состоянии и после холодорого закаливания в процессе охлаждения. Кроме того, измерена

-Л2~

температура подкорового слоя стебля березы илосколисгнон в условиях естественного произрастания в ранневесеннии период.

О выделении тепла тканями растений по скорости снижения их температуры при охлаждении (в град/сек.). Листья растения помещались в мнкрохолодильник и температура их ткани измерялась игольчатым термодатчиком системы Карманова.

Результаты измерений приводятся на таблице 3.

Таблица 3.

Продолжительность падения температуры тканей растений при охлаждении (град/сек).

Объект Температура объекта, °С

исследования 10 9 К 7 6 5 4 3 2 1

Горох

незакаленный 30 27 24 36 28 32 43 43 65 67

закаленный 27 25 24 22 26 28 16 27 40 42

Фасоль

незакаленная 29 28 33 31 37 41 45 56 73 108

закаленная 21 24 23 30 31 33 4Э 50 67 34

Береза плосколнстнат

незакаленная 24 25 28 30 27 51 34 38 59 60

закаленная 21 23 25 28 32 32 29 45 33 69

Картофель

незакаленный 20 23 23 24 25 27 29 32 43 43

закаленный 12 19 19 16 17 22 16 23 30 30

Как видно из данных таблицы, наибольшая задержка п падении температуры ткзмей наблюдается, начиная с температуры +4°С. У кезакаленпых задержка Солее значительна, чем, у закаленных. Причем она наиболее грко выражена у тканей теплолюбивой фасоли. Это, по-эидимому, саидетельстаует о разобщении между процессами окисления и фосфорилировання при дыхании. Холодостойкая береза реагирует менее значительно. После закаливания выделение тепла умепыьлется. При температуре +4° С наблюдается убыстрение падения температуры.

Выделение тепла не самый лучший способ защиты растений от действия длительных холодов. По-видимому, после завершения холодового закаливания, растение уже не выделяет иного тепла. Об этом свидетельствуют измерения температуры растений в осенний период - температура их не отличается от температур воздуха.

3.3.2. Фотосинтез 3.3.2.1. Днчамика фотояосстановительной активности хлоропластов

ФоговосстаноЕительнуга активность изучали у хлоропластов, выделенных из листьев пшеницы и огурца при охлаждении. Как видно .а рис. 9, при охлаждении хлоропластов, выделенных из листьеп огурцов, их фотохимическая активность до б'С снижается более или менее равномерно, начиная с +5°С она резко падает и при - температуре +4° С и ниже при 6-минутной экспозиции восстановления феррицианида калия не происходит. Фотохимическая активность хлоропластов, огурца при пониженных температурах значительно ниже, чем у пшеницы, и резко падает также при температуре +4°С.

-Л-

...... Й1Д1

...о... Р»д2< —о—(*дЗ —•—Вад4;

2 4 6 8 10 12 14 1В 18 20 Темп«ратура,"С

Активновегетирующле растении: 1 - огурцы ; 2 -пшеница

После холодового закаливания : 3 - пшеница : 4 -огурцы

Рис.9. Крива» динамики фотохимической Холодовая обработка

активности хюролластов, выделенных из стимулирует фотохимическую

листьевмурца(сорт 1ь\римкивые)ипикиицы активность хлоропластов до двух

(сортЯкупшка-224) и ^^ ^ Но при этом ^^

интересным является то, что фотохимическая активность

хлоропластов, выделенных из холодоустойчивого растения пшеницы, вместо того, чтобы резко снижаться, как это наблюдалось в период активного роста, наоборот, скачкообразно повышается в области +5° С - +4° С, а затем постепенно падает при дальнейшем снижении

температуры.

У теплолюбивого огурца такая вспышка фотохимической активности хлоропластов в огтасти +4° С - +5°С и других низких положительных температур не наблюдается. Своеобразная вспышка фотосинтетической и дыхательной активности у растений, происходящая в области температур +4°С - +5°С и достигающая значительной величины, характерная особенность реакции холодоустойчивого растения на действия неблагоприятных температурных условий. Естественно предположить, что между вспышкой дыхательной и фотохимической активности с одной стороны, .и закаливанием растений, с другой стороны, при воздействии на них холодом, имеется определенная взаимосвязь. Другими словами, в результате вспышки физиологических процессов при действии неблагоприятной холодной температуры в клетках растений происходит сложная физиолого-биохимическая стрессовая перестройка, которая приводит к повышению резистентности растений к холоду. Вспышка физиологических процессов в области +4°С - +5°С, очевидно, является стрессовой реакцией растения на холод и лежит в основе физиологии закаливания.

Таким образом, в фотохимической активности хлоропластов холодоустойчивых растений в зависимости от предшествующих условий при охлаждении можно заметить три типа реакции:

I. резкое подавление фотохимической активности - криошок в области +4° С, которое наблюдается у активно растущих растений;

■' 2. резкий скачок фотохимической активности в области +4°С - +5°С, характерный для закаленных холодом растений;

3. более или менее равномерное падение фотохимической активности по мере снижения температуры; процесс,подчиняется правилу Вант-Гоффа и имеет место-при нарушении оптимального, прежде всего, температурного режима вегетации растений (рис. 10).

-ЛЧ-

Последний - третий тип реакции фотосинтеза, судя по всему, наиболее часто встречается в исследовательской практике, так как п большинстве случаев

экспериментаторы имеют дело не с

Рис. 10. Влияние предшествующих условии содержании растений на динамику фотохимической актнаиосты нх хлоронластлв при охлаждении (на примера пшенниы сорта Якутянка-224)

- р-я1 -Р»А1

- Рчд)

- Р"Д*

активнорастущими или закаленными холодом растениями, а с растениями, : у которых во время вегетации до ! начала экспериментов был нарушен нормальный температурный или ; водный режимы. Нарушение : нормального температурного режима ! может произойти и во время опытов, особенно при дтительной экспозиции растения или его органов в холоде. | У теплолюбивого растения -огурца в фотохимической активности ; выделяются два типа реакции:

1. резкое подавление

фотохимической активности

хлоропластов (криошок) в области +4°С, которое наблюдается также во время активного роста, 2. равномерное падение фотохимической активности по мере снижения температуры, которое происходит после холодовой обработки растения.

Таким образом, нами прослежены основные закономерности изменения кинетики ключевых физиологических процессов у представителей контрастных по устойчивости к холоду растений при охлаждении, при этом установлено, что основная роль в проявлении аномалий в области +4° С - +5° С определяется предшествующими условиями вегетации.

1 -~гктивновегетирующее растение т -2-3-слабозакаленные растения ; 4 - хорошозакаленные растение

3.3.2.2. Динамика замедленной флуоресценции.

Нзши исследования по изучению замедленной флуоресценции у листьев пшеницы, ячменя в процессе их охлаждения, проведенные совместно с к.ф.-м.н. доцентом К.А. Степановым в лаборатории биофизики Якутского госуниверснтета, показали значительное повышение этого показателя при снижении температуры. Стремительное усиление флуоресценции начинается примерно с +6° С и при этом наблюдается заметная флуктуация в области +4Л С.

3.3.2.3. Активность биохимических процессов

Активность биохимических процессов у растений при низких положительных температурах мы изучали на примере фермента пероксидазы. Весьма широкий спектр функций, множественность молекулярных форм, высокая чувствительность к внешним воздействиям делают пероксидазу адаптогенным ферментом с широкой экологической пластичностью (Тажибаева, 1986; Савич, 1989; Титов и др., 1992; Алексеев, 1994).

Однако до сих пор активность пероксидаэ при различных низких положительных температурах исследована слабо.

-/Г-

Рис.11 .Динамика активности пероксидазы, выделенных из огуриа сорта ТСХА 88 и гороха сорт " Капитал"

14 -

12 -10 i

4

2

0 2 4 6 в 10

-РЯД1 -РЯД21 -Рчдз'

20

Сравнительный анализ активности пероксидазы

теплолюбивого и

холодоустойчивого растения показывает, что у теплолюбивого огурца закаливание стимулирует активность пероксидазы при температурах выше +4°С, а у холодоустойчивого гороха,

наоборот, при низких положительных температурах, начин"я с +4°С (рис. И). По-видимому, в клетках

холодоустойчивого гороха

накаплиьаются криорезистентные стресс-изоформь пероксидаз, активные в холодных условиях.

Активность пероксидазы нами изучена также и у других растений: ячменя сорта "Тамми", полыни монгольской (Artemisia mongolica L.), иван-чая узколистного (Chamajenenum angistolium L.) и др. и ве_де получены сходные результаты.

' На примере изучения активности пероксидазы и анализа литературных данных можно предположить, что указанные изменения биохимических процессов у растений при низких положительных температурах наиболее интенсивно начинаются с температуры +4J С.

Температура, С

I- огурцы ; 2- горох (закаленные); 3- горох (незакаленные)

3,5 Биоэлектрическая реакцгч растения на холод

Рис.12. Кривые динамки биопотенциалов теппотобивых раст«н,.и, предварительно - обработанных холодом, при охлаждении

-ftul -PJUÏ

Биоэлектрические потенциалы : непосредственно связаны с 1 процессами жизнедеятельности

: клеток и отражают интенсивность ; протекающих в них процессов ■ обмена веществ (Опритов и др., j 1991).

j. . Незакаленные растения не 1 реагируют иа действия температур, ¡'лежащих ниже +5° С. Холодовая j обработка теплолюбивых растений 1 иизкими положительными

.! температурами существенно не отражается на кривой кинетики, величины биопотенциалов. ,

После закаливания в кинетике величина биопотенциалов у холодоустойчивых растениГ появляются аномалии в виде вспышки или постепенного повышения величины биопотенциалов, которые имеют место также в области 4й С -5° С.

Как видно на оис. 12, величина биопотенциалов стебля картофеля имеет минимум в области температуры 4°С и при дальнейшем снижении температуры постепенно повышается. Такую же тенденцию, как известно, имеет' кинетика дыхани.. клубней картофеля.

- проростки огурцов ; проростки фасоли

Рие-13. С«**пк ншчины бмол«г«кииалл 1 лилницм (сорт Якупика» аСтетч * * С лосл« холодового

В ОТЛИЧИС 01 КШ<С|'ИКН величины биопотенциалов стебля картофеля в кинетике пелпчинм биопоюнциалов других более холодо- и морозоустойчивых растений, чем картофель, в об засти 4°С и 5°С наблюдаете? режий скачок п сторону се повышения, а при дальнейшем охлаждении,

наооорот, (рис. 13).

Иногда растении желтеющий,

постепенное снижение

биопотенциалов наблюдается значительной амплитудой. Обычно оно интервале температур от 5° С до 4°С затухает (рис. 14).

у холодоустойчивых (пшеница, прострел береза плоско.шстная, подорожник большой и д^.) наряду с повышением величины

своеобразное колебательное ее движение со регистрируется в сравнительно узком гЗ°С пли 2° С, а затем постепенно

Рис_3^.5.п0стс|1сш10 мтухшошее щпомпебаинс величины биопотенциалов,

которое наГк тлястс* у растений при тсчпсрат)рач ниже 5,4,нногда и ниже 3 С

Эта разновидность ответной реакции растения на

неблагоприятные температурные условия, на наш взгляд, имеет большой теоретический интерес, так как эти данные впо.(. 1е можно интерпретировать кзк следствие механического дрожания клеток и тканей мерзнущих растений, подобно дрожанию тканей животных организмов в холоде, которые тахкм . способом вырабатывают

дополнительное тепло для ' поддержания температуры своего тела.

Создается впечатление, что чем 1 устойчивее растение к н/пки м : П0л0ж11тельным температурам и к морозу, тем резче реакции на действие температур, лежащих ниже 5° С. Холодоустойчивые, но не морозоустойчивые растения, например, картофель, реагируют на .понижение температуры постепенно, без скачков. У зеплслобивых же растений практически ответная реакция на действие холода отсутствует или находится лишь с зачаточном состоянии.

N

4 5 е Т»иг>»рггур1,*С

3.6. Рост и развитие

3.6.1. Ростодые процессы

О подавлении роста температурами лежащими ниже +5°С могут по тужить наши наблшд-ния над проростками клубня картофеля, которые хранились в подвале, вырытом до мерзлоты (2,5 м), где темлсра)ура в течение года колебалась

-Л-

от 0°С до +3"С. Клубки не прорастали в течение 2-х лет, (дальше наблюдения не проводились).

Ишкие положительные температуры начиная с +4'>С являются губительными для теплолюбивых раекчшй.

Однако, холод не всегда убивает или подавляет ростовые процессы. Есть материалы, покатывающие усиление ростовых процессов в области +4°С у проростков корней кук-урузы (Родченко и др., 1969), пекана (Шоу, 1955), серой гнили (Рубин, Метлицк.ш, 1965) и др.

Обобщая имеющиеся данные по динамике роста растений при различных низких положительных температурах, можно выделить следующие особенности:

1.Рост растений подавляется в процессе охлаждения экспоненциально падению температуры и идет вплоть до 0°С. Часто встречающееся и 061 непризнанное япиние.

2. При температуре, близкой к 4°С не только прекращается рост, но само растснге гибнет Ого веем известное свойство теплолюбивых растений.

3. Рост ранении прекращается или, наоборот, начинается с температуры +4° С-;" С. Зго явление также часто встречаете): у растений, н на него обращают мало внимания. Оно типично для холодоустойчивых и морозоустойчивых растений, если они подпершимся в акгшшорастушем состоянии действию холода или когда выходят из состояния вынужденного покоя. Последнее указывает на то, чз^ для большинства морозоустойчивых и холодоустойчивых растений, при длительном действии низких положительных темтератур, лежащих ннже +4иС, происходит остановка роста и растение переходит в состоянии покоя.

3.6.2. Развитие растений

При низких положительных температурах, в отличие от ростовых, хотя и в замедленном темпе, все же идет процесс развития растений. Причем эта стадия или это развитие идет при низких положительных температурах, и как правило, при +4° С или ниже.

Считается, что у растений умеренного климата и их семян при низких положительных температурах в период покоя происходят определенные качественные изменения протопласта клетки, которые способствуют их более быстрому развитию. На этом основан прием стратификации семян с/х растений. Если раньше семена замораживали, то в настоящее время исследованиями установлено, что температуры от 0°С до +5°С для стратификации семян гораздо эффективнее, чем замораживание.

Стратифицированные таким образом семена выходят из состояния покоя и быстро прорастают весной (Николаева и др., 1985).

Холод необходим не только для прорастания семян, но и для выхода из покоя почек, корневищ и других вегетативных органов растений. При низких положительных температурах идет процесс яровизации растений.

Однако, при низких положительных температурах замедляется общий процесс развития, вследствие которого задерживается старение. В наших опытах с луком батуном растения, выращенные на открытом грунте почти в 2 раза отставали в развитии, чем выращенные под пленочным укрытием с электрообогревом почвы (табл. 4).

-Л-

Таблица 4.

Скорость развит и лука багуна и зависимости о • гон левого режима

1У6У г. IV 0 г.

Варианты опытов Продолжительность Продолжи I с.тыюегь

вегетации (дни) вегетации (дни)

1. Открытый грунт

(холод). 43

2. Пленочное укрытие

(тепло). 27 21

3.7 Повышение устойчивости растений к холоду (чака.шваш..)

Изученные нами ответные реакции растений на действие низких положительных температур, лежащих ниже +5" С, можно рассматривать как стрессовую реакцию на холод, в результате которой растение приобретает к нему устойчивость - закаливается.

Первая фаза закаливания в наших опытах наблюдается у активнораступшх растений в виде криошока - все физиологические процессы как бы замирают. Эта стресс-реакция вызывается низкими положительными температурами, начиная +4°С. Вторая фаза, как мы подразделяем, состоит из нескольких подфчз или стадий непрерывно и последовательно протекающего адаптационного роцесса. В подфазе репарации растение оправляется от криошока и начинается возобновление физиологических функций. Во второй стресс-синтетической подфазе возобновившиеся после криошока физиологические процессы существенно усиливаются, достигая иногда интенсивности этих процессов при температурах 15°С и 20°С. Эти процессы идут при температурах ни 'е +5° начиная с +4° С. Об этом свидетельствуют установленные нами а области т4"С резкие переломы хода физиолого-бняхимических процессов » сторону их усиления. Это указывает на то, что они качественно отличаются от подобных же процессов, протекающих при нормальных температурных условиях. Действительно, в этих условиях идет синтез стресс-белкрв, гидролиз сложных макромолекул и накопление веществ, выполняющих роль криопротекторов и т.д.

Вторая подфаза длится 20-30 дней и в результате формируются стресс-структуры в мембранах, цитоплазме и ядре и клетка приобретает новую молекулярно-биохимическую стресс-архитектонику, устойчивую к холоду.

Третья 'подфаза - это собственно состояние приспособления или адаптированное состояние, когда достигнута устойчивость, адекватная силе действующей низкой положительной температуры. При этом надежность системы функционирования растительного организма существенно повышается. В это время физиологические процессы сильно замедляются и рг тение постепенно переходит в состоянкет.н. вынужденного покоя, который к естественных "словиях часто совпадает с физиологическим.

-П-

4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ У РАСТЕНИЙ ПРИ НИЗКИХ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ В СВЯЗИ С ИЗМЕНЕНИЯМИ СТРУКТУРЫ воды

4.1 Состояние волы при низких положительных температурах

Как показывают результаты наших экспериментов и литературные данные, все аномальные процессы начинаются с температуры близкой к +4аС. Это приводит к мысли о том, что причиной указанных явлений может быть высокая плотность соды, наблюдаемая именно при температуре +4°С. Не умаляя вклад наибольшей плотности воды на ход физиологических процессов, все же следует егметигь, что, по-видимому, причина здесь кроется не только в наибольшей плотности, но и в тех изменениях структуры воды, которые начинаются с температуры +4°С. Дело в том, что между кривой кинетики многих физиологических процессов и кривой изменения плотности воды имеется положительная связь. Нет сомнения в том, что увеличение объема воды при понижении температуры ниже +4°С происходит подругой причине, чем изменения объема при повышении температуре выше этой точки. Другими словами, структуры воды нгже и выше +4°С не идентичны: при температурах ниже +4°С количество молекулы воды, связанных между собой водородной связью, увеличивается, т.е вода становится льдоподобной, а выше, наоборот, происходит р^Срыв водородных связей между молекулами воды и количество плотиоупакованной воды увеличивается.

Анализ современны); моделей структуры воды, в частности, двухструхтурной, позволяет прьйтп к заключению, что вода, начинай с +4°С и до 0°С, имеет квазикргсгалическую - льдоподобную структуру.

4.2. Опоцзсдованность действия холода на физиологические процессы через изменения состояния воды

Биологические ткани на 70-90% состоя; из воды. Это позволяет предполагать, что многие физиологические явления могут отражать молекулярные особенности не только растворенного вещества, но в равной степени молекул растворителя - воды. Подобного рода соображения, в разные годы высказанные такими крупными учеными как А.Сент-Дьерди, Л.Полинг, ИЛСлотц и другими, имеет веское основание. Очевидно, что всс аномальные процессы с жизнедеятельности растений при температуре +4° С и нижележащих температурах связаны с льдоподобной водой.

Две структуры в воде - льдоподобная и плотноупакованная - резко отличаются по структурным и энергетическим показателям. Так, для льдоподобной структуры энергия, энтропия, плотность, межмолекулярное расстояние и координационное число меньше, чем для плотноупакосанной (Бнршгейн, 1966; Вдовенко, Гурнков, Легин, 1966 и др.).

Отличаясь практически по всем параметрам, льдоподобная и . плотноупакованная формы воды, очевидно, обладают и различной физиологической активностью. Согласно взглядам Л.Полинга (Pauling, 1961, 1964), Шеинера (Sheiner.1964), Манстраха (1971), Миллера (Miller,1961), Голдовского (1981,1986), экспериментальных исследований А.Сидоровой (1978) и др, льдоподобная вода замедляет физиологические процессы. Другими словами, льдоподобная вода менее активна, чем плотноупакованная и, по-видимому, ответственна за гидролитические процессы.

В таком случае, о pací тельном организме для его нормального функционирования должно быть определенное соотношение плопюупаконлппой и льдоподобиои воды.

Такое соотношение возникает при оптимальных температурных условиях jereTamm растений. А при более высоких или низких температурах, чем оптимальной, это соотношение нарушается. Таким образом, спраие.члиао следующее соотношение:

плотноупахоиаинля иттстичссмк

Температура--с--вода -* --- пронес .1

льдоподобная гидролитические

ассимиляция

-► Рост м paiunTtie

диссимиляция

Как видно из этого соотношения, по мерс снижения температуры, количество льдоподобной воды будет увеличиваться, а гидролитические - \силив: гься. А при температурах, начиная с +4" С и ниже, когда вод'> имеет, в основном, льдоподобную структуру, синтетические процессы будут практически приостановлены - условия существования для растений становятся особо неблагоприятными и у них развивается стресс - реакция.

Из вышесказан,юго можно сделать 2 заключения:

1. Низкие положительные температуры, начиная с +4°С, являются Холодовыми стрессорами.

2. Причиной стрессорных реакций растений п указ; ны.\ условиях ¡.пляется изменение структурного состояния поды - ее высокая льдоподобность, зыэва.шая холодом.

Таким образом, температура +4° С является той уникально низкой положительной температурой, при которой происходят качественные изменения обмена веществ у растений.

П.Хочачка и Дж.Сомеро (1988), рассматривая биохимическую адаптацию клетки, выделили 2 основных класса температурных эффектов. Во-первых, прямое влияние температуры на скорость химических реакций обмена гещесгв, которые, согласно законам термодинамики, должны зависеть от средней кинетической энергии атомов и молекул. Во-вторых, косвенное влияние температуры посредством изменения биохимических структур, представляющих собой надмолекулярные образования, поддерживаемые т.н. слабыми связями или слабыми взаимодействиями (сила Ван-дер-Ваальса, водородные, ионняе связи, гидрофобные взаимодействия).

На основании всех вышеприведенных в диссертации материалов мы можем добавить еще 3-й класс температурного эффекта - это влияние температуры на . обменные процессы у растений да и у других организмов, поергдетвом изменения структурного состоя ия соды, что в очень сильной степени проявляемся при низких положительных и отрицательных температурах (рис. 14.).

I ! чра —

гпошоупахов.шная

льдопоюбная

синтетические

процессы

гидролитические

ассимиляция

диссимиляция

ускорение

Роста и развития

чаме.'шенне

Рис. 14. Опосредованность лсйсишя температуры и:* растительный организм через изменение состояния воды

Как нами показано, неблагоприятное действие низкой температуры начинается с +4" С, а не с 0('С, т.е. холод, в смысле сгуо-, начинается с +4°С, когда в поде происходят существенные структурные изменения. Связанное с температурой понятие холод, таким образом, имеет биологическую сущность. В самом деле, ни один обьект природы, содержащий в своем составе воду, не реагирует на изменение состояния воды так кардинально, так существенно, как живая материя. Ни один объект природы, содержащий и не содержащий в составе воду, кроме живого, не чувствует холода.

4.3. Эволюционное содержание понятия "холод"

Понятие "холод", имея биологическую сущность, включает эволюционное содержание. Если "тепло" было с начала появления жизни и это понятие, между прочим, имеет также биологическую сущность, то понятие "холод" появилось позже - с похолоданием климата Земли, когда стало возможным превращение плотноупакованной воды, содержащейся во внешней среде и внутри живых органтзмов, в кристаллическую форму. По-видимому, эволюция растений шла не только по линии мезофиюгенсза, как ->го принято считать, но и в равной степени по линии приспособления к льдоподобной форме воды. Следует отметить, что льдоподобная вс 'а в расген я.\ может увеличиваться и при оптимальных температурах во время засухи. Эту линию мы предлагаем назвать айсофитогенезом (от английского айс - лед) (рис. 15.).

Или :

Рис. 15. Последовательность эволюции холодоустойчивости и засухоустойчивости у растений в свя ш с адаптации,! к избыточному количеству в воде ее льдодоОной фермы

Современный растительный мчр по типу водообмена можно разделить на следующие группы:

1. Аквофильные растения (теплолюбивые) - растения, использующие только плотноупакованную форму воды. Льдоподобная форма для них недоступна. Эволюционно это наиболее древний, первичный тип водообмена. К аквофильным растениям относятся растения влажных тропиков и культурные растения тропического происхождения. Нижней границей их жизни является температура близкая к 4°С - температура, при которой в в^де исчезла плотноупакованная вода, т.е. холод.

2. Аквоайсофильные растения (холодоустойчивые) - для активных физиологических процессов используют плотноупакованную форму воды. В определенные периоды жизни им доступна льдоподобная вода. Эволюционно это новый, более совершенный и пластичный тип водообмена К этой группе относится большинство растгний умеренных и высоких широт, а также некоторые растения субтропиков. Они могут Жить до 0°С и ниже, но активная жизнедеятельность прекращается при температурах ниже +-4°С. Таким образом, холод (+4°С и ниже) неблагоприятен не только для теплолюбов, но и

холодоустойчивых растении. Но все же перестройка водообмена, сообразно климатическим условиям различных зон Земли, способствовала завоеванию акчоайсофильнымн растениями даже самых суровых районов суши, где рода в течение года только на очень короткий срок может иметь частично плотноупакованную воду.

4.4. Криокомплекс систем жизнеобеспечения у растений

Использование льдоподобной формы воды, очевидно, потребовало соответствующих изменений в обмене веществ у растений, i-о всяком случае, тех процессов, которые так или иначе связаны в споем завершении с молекулами воды. Л 1. расти гелыюм организме почти все системы имеют отношение к воде.

В условиях теплого клима1а у древних растений, очевидно, был теплолюбивым комплекс систем жизнеобеспечения и синтеза. Эту древнюю систему назовем архикомплексом систем. Архикомплекс систем является айсофобным и сохраняет сво.о функциональную активность до +4°С - ниже уже инакптнруется.

Нижней температурной границей жизнедеятеятелыюстн современных истинных зчплол'^бов считается +4°С. Это указывает на то, что архикомплекс С'.—тем -/жизнеобеспечения и синтеза у современных теплолюбивых растений сохранился без изменения.

Холодоустойчивые растения в период активного роста проявляют свойства теплолюбов, т.е. у них в ^го время работает только архикомплекс систем жизнеобеспечения и еннте щ. Однако у них, в отличие от теплолюбивых растений, в ходе эволюции образовался, дополнительно к существующему архикомплексу, совершенно новый криокомплекс систем жизнеобеспечения, имеющий сродство к льдоподобной воде и потому работоспособный в холоде.

Криокомплекс cut тем жизнеобеспечения формируется, очевидно, в процессе стресс-реакции растения на холод, т.е. при низких положительных температурах, начиная с +4°С.

В пользу нашего представления о наличии у холодоустойчивых растении криокомллекса систем жизнеобеспечения и синтеза можно привести накопившиеся в последнее ьремя факты появления в период холодового закаливания растений так называемых стресс-белков новых изоформ ферментов, работоспособных е холоде (Войниксв. Корытов, 199!; Кузнецов, 1992; Алексеев, 1994; Makuren, Stegemann, 1SS'; Patterson eta!., 1984; Abromel et a!., 1992; ¡Cacperska, 1994 и др.).

По-видимому, о теплолюбивом архикомплексе и холодоустойчивом кр..окомплексс систем жизнеобеспечения и синтеза у растений можно говорить как о комплексах изосисгем работающих при различных температурах. Вероятно, первый изокомплекс (архикомплекс) систем может функционировать только при оптимальных для роста и развития температурных условиях, а второй (криокомплекс) - только в холоде, т.е. при пониженных температурах, начиная с + 41 С.

5. ЭКОЛОГИЧЕСКИ!: И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ НИЗКИХ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР

5.1. Эколо1 ические аспекты холода

В настоящее время считается, что активный рост большинства с/ч культур, а также видов растений дикой природы начинается при температурах выше + 5° С. В агрометеорологии широко используется такое пониятис как сумма эффективных температур - сумма разностей между среднесуточной температурой и свойственным данному растению значением нижнего предела темпера1уры, когда начинается заметное развитие растений. За нижний предел разит ия зерновых, продовоягодных и других культур умеренной зоны чаше принимают ч "" С. Такой подсчет суммы эффективных температур практически оправдан, так как основан на данных долголетних наблюдений не одного иокол-ния специалистов и практиков сельского хозяйства. Однако температура + 5'-1 С как точка отсчета начала активных температур принята автоматически в силу привычки измерять «се подряд с интервалом в 5 • 0° С, 5° С, 15° С, 20° С ... 30° С и т.д. В самом деле, как нами доказано в работе, такой точкой отсче а молот бы'ь принята температура + 4° С, так как эта температура лея.'Нт на границе тепла и холода. В тепле, естественно, идет активный рост, а и холоде - сперва ад.ппацня к ней, а затем покой. Именно при низких положительных температурах у растений формируется устойчивость к низким отрицательны» температурам. Это исключительно важно для выживания растений северных широт и умеренной зоны. При этих температурах происходит также естественная стратификация семян, яровизация, холодоиое закаливание, без которых нормальное развитие растений невозможно.

С экологической точки зрения немаловажное значение имек ночные похолодания без заморозков, когда температура воздуха опускается ниже + 4° С, но не переходит через 0° С. Такие понижения темпграт ры, наблюдающиеся в весенне-летний и летне-осенний периоды, когда растения находятся в активном росл-, являются сильнчми стрессорами. Изменение структуры воды (резкое увеличение льдоподобности) в этих условиях приводит к ::риоззсухе - растенке испытывает острый недостаток воды при полном насыщении органов влагой. Недлительные и нечастые криозасу- I могут стимулировать ростовые процессы. Однако длительная криозасуха приводит к криошоку и растение выходит из этого состояния болезненно, что может отразиться на дальнейшем росте и развитии, а для сельскохозяйственных культур - Ни урожае.

Мы говорим о действии холода на надземную часть растения. Однако, л условиях многолетней мерзлоты, которая занимает обширную территорию суши, к действию пониженных температур подвергается и всД корневая система растений.

В районе г.Якутска многолетняя мерзлота оттаивает до 2,5 - 2,7 м, температура почвы в зоне оттаивания равна 0° С, а на глубине 20 м колебт -тся от -5,6 до 0,2° С (Фельдман, Тетельбаум и др., 1988). Таким образом с оттаиваю1 его слоя почвы до ее поверхности образуется градиент температуры от 0° С до 20 -25°С. Холодная почва, как известно, обладает физиологической сухостью и еще является физиологически бедной, для устранения которой для сельскохозяйственных культур были предложены увеличенные, так называемые, "северные дозы" минеральных удобрений (Коровин, 1984).

В связи с физиологической сухостью и физиологической бедностью почв в зоне многолетней мерзлоты корни растений расположены Позерхностно. Это особо ярко выражено для древесных растении (Дохунаев, 1988). Распространение теневыносливых растений в зоне многолетней мерзлоты привело бы к увеличению мощности мерзлого слоя вследствие уменьшения глубины оттаивяния данной

почвы. 13 результате естественного oi6opa на свстолюбивость, например, растения Якутии исключительно светолюбивы и все фитоцепозы имеют низкое проективное покрьпие и низкую сомкнутость древостоя.

Неблагоприятные температурные условия почвы препятствуют раннему прорастанию семян. Поздно проросшие семена (в конце июля-августа) к концу вегетативного периода да юг как обычно неокрепшие побеги, которые не выдерживают условия суровой зимы. Вот поэтому, хотя растения криолитозоны полностью проходят цикл развития и дают нормальные плоды и семена, размножение растении в естественных фптоценозах происходит преимущественно вегетативным пугсм. Небольшая жизненная емкость холодной почвы многолетней мерзлоты, холодный воздух, действуя как неблагоприятный фактор замедляют рост растений, но в то же время ускоряют их развитие. Благодаря этому растения Севера успсвают за очень короткий вегетационный период пройти весь цикл развития. Имеются и другие особенности приспособления северных растений к холсшому климату. Хотя неблагоприятные условия и ускоряют развитие, не все однолетние растения moi ут дать плоды и семена. Поэтому, в процессе эволюции и естественного отбора сохранились, в основном многолетники Из найденных на терршорьи Яку.ни высших сосудистых растеши"! (около 1700 видов), если не учесть заносных и некоторы л хгных (пастушья сумка, щечинник зеленый, ярутка полевая, клоповник, горец птичий, roper вьюнковыйдонтост'-мон гребенчатый и др.) оастснии, то юльшинство - многолетники (Определитель высших растений Якутии, 1974). Во флоре Якутии также много растений, в основном, кустарнички с вечнозелеными листьями (.багульник, Кассандра, андфомера, толокнянка, брусника, мхи и др.). что им д:'ет возможность удлинить вегетационный период за счет начала ранней фотосинтезнческой деятельности листьев.

Tei.epb кратко рассмотрим экологическое значение температуры +4°С в природных условиях.

Особое значение эта температура имеет для водных организмов. Давно изрестно, что вода имеет при +4°С наибольшую плотность и соответственно наибольшую массу. Когда осенью поверхностный слой воды охлаждается до температуры +4° С, он опускается на дно реки или озера. А наверху из "легкой воды", охлажденной до 0°С, постепенно образуется лед, который прикрывает воду от мороза. При этом на дне глубокого водоема в любой период зимы температура воды в озерах не охлаждается ниже +4° С (Титова и др., 1966).

В глубоководных озерах слой воды с температурой +4°С сохраняется летом очень долго и даже постоянно в течение всего года.

Таким образом, температура водь: на дне водоема держится на границе тепла и холода и, очеаилно, является идеальным местом для переживания организмами неблагоприятных условий среды, такие неблагоприятные условия в зимнее время создаются особенно в стоячих водоемах в связи с недостатком кислорода и пищи. Недостаток света, измег.ние его спектрального состава также влияют на жизнедеятельность растительных организмов водоемов. Однако для переживания неблагоприятного времени года природа сама создала для них идеальные условия под водой, где температур ■ +4°С, при которой процессы жизнедеятельности могут протекать с минимальной интенсивностью. Ведь водные' растения относятся к холодоустойчивым, но не морозоустойчивым и у них физиологические процессы протекают по Timj как у клубней картофеля, с минимумом в области +4°С. Установленным считается факт изменения типа дыхания у водных растений при пониженных температурах, близких к +4°С (Рощин, 1966).

В пресноводных водоемах обитает значительное количество видов высших растений - такие как рдестовые, наядовые, хвостниковые, саядовые, хвостникозые, сладкоягодниковые и др. Известно также, что виды рясок, вегетировав в течение

лета нал полой, осенью опускаются на дно водоема н перезимовывают там. Массово произрастающая » водоемах окрестностей г.Яклтска ряска малая i Lemma minor L.) по нашим наблюдениям, опускается на дно озера » середине ссшябрм, эгда средняя суточная температура воздуха переходит через те пера i s ру +4 'С и всплывает на поверхность в третьей декаде мая. Таким образом, она находится под водой, при температуре близкой к +4° С, н течение семи месяцев в году.

Зимой в водоемах Якутии водоросли находятся в состоянии анакенбиоза. т.е. пассивного переживания неблагоприятных условий. Представители различных групп водорослей в водоемах перезимовывают по разному: в виде спор (Лнабена, Афонизомсна и некоторые Десмпдиекые), цист (Дииобрион и Плрофнто:.ме), вегетативных клеток (все Дгатомоные, некоторые Зеленые) и в виде колоний (Микроцистис, Глсокапса, Сценедесмус и др.).

Наиболее оптимальным температурньш условием их переживания является +4°С, о чем свидетельствует максимальная кошел!грация зимующего бпофонда, наблюдающаяся на больших глубинах, где юмпература близка к •*-4°С. Лри этом основная масс-i планктонных водорослей опускается на дно >зер и перезимовывают в комплексе с бентосными (Васильева, 1096).

О подавляющем влиянии температур!.i +4а £ водоема на жизнедеятельность водных организмов можно судить по содержанию растворенного кислорода, поскольку образование кислорода и его окисление, если не учитыват! известных условии растворения кислорода в воде, в основном зависят от деятельности растительных и животных организмов, заселяющих данный водоем.

В озере субальпийского типа, примерно начиная с глубины 50 м, температура воды постоянна и равняется +4°С. Кривая содержания кислорода в водг, начиная с 50-метровой глубини. практически не меняется, что, очевидно, указыгдет на низкий уровень образования и окисления кислорода, т.е. все бис огические процессы, идущие с поглощением и выделением кислорода, в указанных условиях резко снижены и область водоема с такой температурой заселена слабо (Липин, 1941). Не случайно температура тела зимослящих животных близка к температуре "дна озера", т.е. к +4"С 'Бибиков, 1979; Калабухов, 1985; Соломонов и др., 19S3; и др.).

Таким образом, низкие положительные температуры как экологические фактор действуют на растении разносторонне. Среди всех низких положительных температур температура дна пресноводного водоема - +4°С, где вода имеет наибольшую плотность, по своей экологииескоп значимости стоит особняком.

5.2. Прикладное значение низких положительных температур

Люди издавна использовали холод при хранении продуктов сельского хозяйства. Наиболее эффективными для хранения продуктов были околочулевые низкие положительные температуры. В свете полученных нами результатов исследований в настоящее время можно рекомендовать хранение плодов, овощей и картофеля при температурах ниже +4°С, или ближе к ней, но не выше этой границы тепла и холода. В наших опытах, длившихся евьчче 400 дней при температурах ниже +4°С клубни не прорастали (табл. 5 )

Таблица 5

Влияние температуры хранения на прорастание клубней картофеля (Прлекульский ранний)

Температура хранения (в "С) Август 1993г. Октябрь 1994г.

проростки проростки

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 появились кончики проростков

Хотя это технически тр'дно, но самой оптимальной температурой для хранения картофеля, многих овощей и фруктов, по-видимому, является температура +4°С - температура "дна озера". Издавна на Руси на дне озера xpSínmn засоленные и другим способом консервированные овощи, которые до весны сохранялись великолепно. Эта температура также наиболее оптимальна для выделения и хранения биологических и медицинских препаратов.

Образующиеся при закаливании растений низкими положительными температурами вещества являются защитными веществами и криопротекторы при большой концентрации могут подавлять физиологические процессы, а при малой, наоборот, стимулировать. Такие вещества могут образоваться и в тканях животных организмов, в частности, у зимоспящих.

На этом принципе нами изготовлен тканевый препарат АКПУ, полученный из тканей животного организма, подвергшегося естественному закаливанию низкими положительными температурами. На этот препарат получено удостоверение на рацпредложение. Дело в том, что тканевый препарат из растений так же обладает таким стимулирующим эффектом, но в гораздо меньшей степени, чем из животных.

Препарат АКПУ после 3-х летнего испытания в 3-х хозяйствах Верхневилюйского улуса РС (Я) был разрешен Ветеринарным управлением! PC(¡.JL)¡ к изготовлению и применению ь животноводстве на территории Республики Саха. Применение этого препарата дает в среднем на 25-30% больше привеса у молодняка в нагульный период (3 месяца), чем у молодняка не получившего этот препарат.

Обработка семян раствором тканевого препарата, изготовленного из растений, повышает энергию прорастания и всхожести семян и может быть использована на практике наряду с имеющимися стимуляторами роста и микроэлементами.

Низкие положительные температуры^ особенно в весенний период, задерживают посадку овощей. В суровых условиях Севера, в частности, в Якутии, выращивание огурцов, томатов, сладкого перца и др. стало возможным и рентабельным благодаря пленочным теплицам. Внедрение в практику этого, ныне привычного материал,- в Якутии, было начато уже в 60-х годах усилиями энтузиастов из Тимирязевской сельскохозяйственной академии Г.И.Таракановым и Ю.С.Кудряшовым (Тараканов, Кудряшов, 1961; Кудряшов, 1968).

Результаты проведенных ими исследований углубляют имеющиеся знашп о низких положительных ючиерапрах, о холоде и о мехатмме дик 1нии хо.киа па фичиоло! ическне процесс!! у растений и т.д. Эш повис знания мог > I творчески римснены к разработке новых способов рационального исп< ч.юнания нтких положительных температур и ра иичных офаслях народно! о хозяйства.

иииоды

1.При низких положи]ельных температурах фишологичсские процессы у растений сушествснни меняют своп обычным ход, особенно по достижении температуры +4°С, при которой иода имеет наибо п.шум п.юиюаь.

2. Реакция растении на действие низких положиюльных температур, начиная с +4" С и ниже, зависит от физиологического состояния, а 1менно ог того, находятся ли растения п активно растущем состоянии, м состоянии адаптации к холоду (в периоде закаливания), или же в состоянии нсс:тс1 'фической устойчивости к небла\оприятным (факторам среды. Наиболее сильно реагируют на действие низких положшельных температур активно растущие и еще не адап гиронаниые к холоду, находящиеся в период закаливания, растения.

3. При охлаждении замедления физиологических пронессои у активно растущих теплолюбивых и холодоустойчивых растений идет плавно до + 5°С, и при дальнейшем снижении температуры, начиная с +4°С, происходит резкое торможение всех ф> пкцпй растительного организма (крио. .^к).

4. У находящихся » период адаптации к холоду устойчивых к нему растений, наоборот, при +4°С наблюдается вспышка физиологических процессов пли, начиная . с 1-4° С, интенсивность этих пропесоол повышается по мере их дальнейшего охлаждения. У теплолюбивых растений такое повышение интенсивности физиологических процессов не наблюдается.

5. Выявленные факты показывают, чго физиологические процессы у активно растущих и находящихся в состоянии адаптации к холоду растений при температурах +4°С и ниже не подчиняются правилу Ваит-Гоффа (С2 ш), что может иметь методологическое значение при проведении физиологи"ескнх экспери ментои.

6. Температура +4°С и ниже являются стрессорными низкими положительными температурами или собственно холодными. Наблюдаемый нетипичный ход физиолого-биохимичеекпх процессов в этих условиях является результатом стресс-реакции растений на холод. Активно-растущие растен я реагируют на действие холода крпошоком, который соответствует 1-й фазе стрессовой реакции. Холодоустойчивые растения, находящиеся и фа~" адаптации (в периоде закаливания) реагируют на это действие усилением интенсивности фнзиолого-биохимнческих процессов, по время которых происходит стресс-синтез специфически^ в^щссти. Из этих веществ » растениях формируется стресс-структура с криорезистентной архитектоникой.

7. Ответная стресс-реакция растений на охлаждение обусловлена не только непосредственным влиянием низкой температуры как таковой на ход физиологических ¡1 биохимических процессов, но в значительной степени, зависит так-.ке от измене,шя '-войств воды при охлаждении. Поскольку вода является не только внутренней средой всех клеток и тканей растений и все физиологические процессы протекают именно в водной среде, но и метаболитом и непосредственным компонентом биохимических процессов, такое изменение свойств воды не может не отразиться ил ходе физиологических процессов при охлаждении. Следовательно, непосредственное действие охлаждения как такового на жизнедеятельность растений опосредовано, через изменение свойств воды.

Первое и второе, по-видимому, тесно взаимосвязаны и их разграничение весьма затруднительно.

х Температура +4"С имеет очень важное экологическое и биологическое значение: п природных условиях, например, дно пресноводного водоема, где температура зимой близка к ■J-4"C, является прекрасным местом для переживания растении и водных организмов неблагоприятно! о периода года. Холодовое закаливание в прс;пнмний период, яровизация растений, естественная стратификация семян и др. лучше протекают при температурах, близких к +4°С.

9 Благодаря особой структуре поды, температура +4°С является оптимальной д::я хранения мношх продуктов полеводства, садоводства и консервированных изделии, а также биологических и медицинских препаратов.

(ХТ10Ш1ЫК РАЬО Ш,

опуьлик-овлмиыкпо п:мк диссертации

I. Монографин и препринты

1. Угаров Г.С. Особен!: юти физиологических процессов у орыншмов при низких положитетьных температурах. Препринт. - Якутск: Изд-uo ЯГУ, 1979. -34 с.

2. Угаров Г.С. Эколого-физиологнческие аспекты адашации организмов к HIJ3K.1M положительным темперапрам. Монография - Якутск: Якутское кн. изд-во, I9S8.-205 с.

3. Угаров Г.С. Протокриобиология как раздел криобиологии. Препринт. -Якутск: 11 ¡д-р, ЯФ СО АН СССР, 1988. - С. 33.

4. Угаров Г.С. Кылатчанов А.П. Хранение картофеля я условиях Севера. Якутск. Якутский ЦНТИ, 19S6. - 3S с

II. Редактирование и составление

1. Особенности физиоло! ическнх процессов у растении при низких положительных и отрицательных температурах: Межвузовский сборник научных работ. Редколлегия' Г.С.Угаров (руководитель), П А.Тимофеев, М.И.Мярикянов. -Якутск: Изд-во ЯГУ, 1980. - 104 с. '

2. Оймякон - полюс холода. Составитель Г.С.Угаров - Якутск: Якутское кн. изд-во, 1982. - 151 с.

3. Протокриобиологические процессы у организмов: Межведомственный сборник научных трудов. Вып. 1. Редактор Г.С.Угаров. - Якутск: Изд-во ЯГУ, 1990.-181 с.

4. Пронжриобиологичеекие процессы у организмов: Межведомственный сбс/жик научных трудов. Вып. 2. Редактор Г.С.Угаров. - Якутск: Изд-во ЯГУ, 1996.- 126 с.

III. Научные статьи

5 Угаров Г.С. К вопросу о физиологической сухости холодных почв // Почвы мерзлотной области. - Якутск: Якутское кн. изд-во, 1969,- 135 с.

6. Угароз Г.С. К вопросу о причинах гибели теплолюбивых растений при пониженных положительных т-мпературах // Некоторые вопросы биохимии, физиологии, генетики животных и растений. - Якутск, 1970. - С. 69-70.

7. Угаров Г.С. О физиологической активности льдоподобной воды // О физиолого-биохимических проблемам Севера. - Якутск, 1971. - С. 6-9.

X. Угаров Г.С. О причине скачко» фи нииогическич процессов гри пониженных по.тожик-льнмч гсмпср;н>ра\ II Почнснныс п бо типические исследования в Якуиш: Якуккое кн и 1д-во, 1072. - С. ISO -IM

9. Vi apon Г.С'. Водный режим рааенип при нсСмагоп; шнич уенннпх существования // Uiio.toi ическне и медицинские проблемы Севера. - Яку гс.с И >д-во ЯФ СО АН СССР, 1972. - С. 85-86.

10. Уtаров Г.С. Фшиолого-бкохнмнчсскис особенности раннею лука-Счпуна п связи с его водным режимов: Аптореф. дне. ... канд. био.т. наук. - Казань, 1972. -32 с.

П.Угаров Г.С. Влияние пленочною укрытия ч злекгроиоло[рена кочны на содержание аскорбиновом кислоты в листьях л w.'a-ó.ny на // Фнзнолого-биохимическне исследования в >1к\тии. - Якутск: 1! (;;-ьо ЛФ СО ЛИ СССР'. 1974. -С. 98-106.

12. Угаров Г.С. Вличчис шнкт положите: а.ныч , емперагур на динамику биопотенциалов у растении // Г>1 ГП1 Ин-га био.нч пи ЯФ СО All СССР. Геологические проблемы Севера - Яку ick Изд-во >14) СО АН СССР. 1975. - С. :0-12.

13. Утров Г.С. Полным режим пшеницы "Восмк" при низких положительных темпераi\pa\ // Нигролу кии« р. .:ен.ш а Центральной Якутии. -Якутск: 11 и-во ЯФСО All СССР. 1975. - С. 126-133.

14. Угаров Г.С. Тракспираш'я растений при иижич положительны* температлрач Н "Эколого-биологнческие исследования оришпмо.» высоких широт. Якутск: И )Д-во ЯФ СО А11 СССР, 1976. - С. 1 1 1-1 14

15. У i аров Г.С. О токсичности талых растаорс» // Материалы V ¡ Í Bcecoiojimi о си ч по ту мл "Ьиодогические проблемы Севера". С кипя ФиБ растений - Петрозаводск. 1976.-С. ISS-IS9.

16 Утаров ГС. Особенности поглощения талон воды семемами растений II Фи ¡поло: ическне и биохимические основы :'датацн1г растений к ve юниям Севера Якут ии. Якукк Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1976. С. 84-86.

17. Угаров Г.С Влияние закалпзс ия на динамику биопотенциалоч у растении I! Тезисы докладов Всесоюзной конференции г. и биофизике сельскохозяйственных растений. - Кишинев, 1977, С. 80-91.

!8.Утароп Г.С. Растительность Оймяконского района h Оймякон - полюс холода. - Якутск: Якутское кн изд-во 19S2. - С. 60-67.

19. Утаров Г.С. Реакция растений на действие пониженной температуры II Материалы симпозиума по биологически,.! проблемам Севера. - Магадан, 1983. -С. 129.

20. Угаров Г.С. Предисловие // Протокриобиологические процессы у организмов. Межведомств, сб. научных трудов. Вып. 1. - Якутск: Изд-ьо ЯГУ, 190. -С. 3-5.

21. Угаров Г.С. Протокриобиология как направление в науке Ii Протокриобиологические процессы у организмов. Вып. 1. Межгедоистл. сб. научных трудов. Вып. 1. - Якутск: Изд-во ЯГУ, 190. - С. 5-13.

22. Угаров Г.С. Водный режим растений при пгчцжеиных температурах // Сб. тезисов докл. Всесоюзн. коиф. физиологов растений. - Минск, 1990. - С. 195.

23. Угаров Г.С. Холод и вода в живых организмах И Тез. докладов 1 Междунар. конф. "Знпиие - на службу народам Севера". Якутск: 1996. - С. 53.

24. Угаров Г.С. Предисловие // Протокриобиологические процессы у организмов. Межведомств, сб. науч. трудов. - Вып. 2. Якутск: Изд-по ЯГУ, 1996. -С. 3-5.

25. Угаро.. Г.С. Реакция растений на действие холода. Предисловие // Протокриобиологические процессы у организмов. Межведомств, сб. науч. трудов. - Вып. 2. Якутск: Изд-во ЯГУ, 1996. - С. 4-7.

-3J-

26. Угаров Г.С., f 111 к 111 и м Г.П. Получение раннего лука-батуна в Якутии //Физиолог о-биохнмические проблемы Севера. - Якутск, 1971. - С. 48-49.

27. Уифсн Г.С., Николаев II.Н. Динамика сверхслабою свечения и биопотенциалов у теплолюбивых растений при нткпх положи гельных температурах // БН ГИ Ин-гл биолопш ЯФ СО ЛИ СССР. Ьнолог ические проблемы Севера. - Якутск: Иц-гы ЯО СОЛИ СССР. 1У79. - С. 10-11.

28. Угаров Г.С., Николаева Л.Н. Фоюхимическая активность изолированных хлоропласгов при низких положительны* температурах // Особенности фичио.ни ическл.х процессов у растений при чшьих положшельиы.ч и отрицательных температурах: Межвузовский сборник. - Якутск: Игд-во ЯГУ, 1980. - С. 84-97.

29. Угнроь Г.С., Iinceen М.С., Кылатчанов Л.П.Устойчивость клубней картофеля к низким положительным температурам // Тезисы Всесоюзной конференции "Устойчивость к неблагоприятным факторам среды и продукт ивноегь растении". - Иркутск, [9X4. - С. (6 - 17.

30. Угаров Г.С., i.iicccB М.С., Кылатчанов А.П. Натурные исследования микроклимата в картофелехранилищах // Инженерные задачи пешплнции и теплоснабжения на Севере. Тематический сборник. - Якутск: Изд-no ЯГУ, 1987. -С. 28-35.

31. Ugnrov G.S. The cold and water in Alive Organises // I International Conference (25-29ы of June, 1996. Yakutsk): Summaries of papers. - Yakutsk,, 1996, p. 53.

32. Ugarov G.S. Phoiocryobiology // II 1 International Conference (21-25th of April, ¡992~ К 'arkov): \bMracts.- Kharkov,, 1992, p. 193.

IV. Рацпредложения и рекомендации

1. Удостоверение на рационализаторское предложение Xi 193 от 28 нюня 1993г. лыдаио Угарову Гавриилу Спиридоновичу Якутским государственным университетом на рацпредложение под наименованием "Препарат АКПУ (тканевый) для ростостимудяцни и лечения сельскохозяйственных животных". Руководгпель организации А.М.Ишков.

2. Разрешение Управления ветеринарии с Госветинспекцией при МСХ Республики Саха Kg 1 от 13 декабря 1993 г. выдано Угарову Гавриилу Спиридоновичу на право изготовления и применения созданного им препарата АКПУ в животноводстве на территории Республики Саха (Якутия*. Разрешение продлено до I января 2000 года Постановлением Совета ветеринарии Республики Саха (Якутия) от 1J декабря 1996г.

Утверждено Главным государственным ветеринарным инспектором Регпублики Саха (Якутия) Т.Д.Каратаезой.

3. Уд0С10верение на рационализаторское предложение № 197 от 22 декабря 1993 г. выдано Угарову Гавриилу Спиридоновичу Якутским Государственным Университетом на рацпредложение под наименованием "Прибор для определения поглощения воды растительными тканями" и принято к использованию.

Руководитель организации A.M. Ишков.

4. Рекомендация по термическому режиму хранения клубней картофеля в овощехранилищах г. Якутска. // Хранение картофеля в условиях Севера. Якутск, Якутский ЦНТИ, 1986.-38 с.

5. Угаров Г. С., Кылатчанов А.П., Евсеев М.С. Теплофизические и биологические основы хранения картофеля в условиях Севера. Научный отчет. Per. № 028500601159. Я..утск: ЯГУ, 19S4 - 149 с.