Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ФИТОГОРМОНОВ В РАСТЕНИИ КАРТОФЕЛЯ

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ФИТОГОРМОНОВ В РАСТЕНИИ КАРТОФЕЛЯ"

.Г, 91

На правах рукописи

КОРОЛЬ Владимир Вячеславович

ОСОБЕННОСТИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ФИТОГОРМОНОВ В РАСТЕНИИ КАРТОФЕЛЯ

03.00.12 - физиология и биохимия растений

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва — 2003

Работа выполнена на кафедре ботаники Орловского государственного университета.

Научный руководитель- доктор биологических наук, профессор Т.Н. Пузииа

Официальные оппоненты, доктор биологических наук, профессор МЛ. Кондратьев;

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Л.Я. Рункова

Ведущее учреждение: Институт физиология растении им. К.А. Тимирязева РАН.

Зашита состоится ' "*<--' 2003 года в часов на заседании диссертационного совета Д. 220 043 08 в Московской сельскохозяйственной академии имени К А. Тимирязева (127550, Москва, Тимирязевская улица, д 49)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНБ МСХА

Автореферат разос-,-"'

Учёный секретарь диссертационного I кандидат биологических наук ^ ' 11 П. Карсункина

диссертационного совета —.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы, В процессе эволюции в растительном организме выработались различные регуляторные системы (Курсанов, 1985; Полевой, 1986; Опритов, 1998). Благодаря им осуществляется поддержание гомеостаза растения в различных условиях среды. Изучение регуляторных процессов и их взаимодействия — одна из центральных задач современной физиологии растений. Ещё в 40-ые годы Д.А. Сабинин указывал на необходимость изучения взаимосвязей гормональной и трофической систем регуляции. До настоящего времени эта проблема далека от своего решения.

В ряде исследований затрагивалось изучение взаимосвязи фитогормонов и питательных элементов в связи с регуляцией процессов роста. Однако большинство работ относится к изучению влияния макроэлементов на содержание фитогормонов (Кудоярова и др., 1989; Mercier, Keibauy, 1991; Кпимачёв и др., 1999; Якушкина и др., 2000; Коркнна, 2001). Меньше внимания уделяется действию микроэлементов (Школьник, 1974; Hossain et al., 1998; Li et al., 2001; Imali, Battal, 2001). В большинстве случаев исследователи рассматривали зависимость лишь отдельных групп фитогормонов от уровня микроэлементов. Чаще всего — это ауксины (Skoog, 1940; Кутачек, Йирачек, 1974; Школьник, 1974; Hossain et al., 1998). Полученные результаты по влиянию микроэлементов на содержание ауксинов противоречивы, особенно это касается бора (Coke, Whittington, 1968; Школьник, 1974; Li et al., 2001). В меньшей степени изучено действие микроэлементов на другие группы фитогормонов. Вместе с тем, надо отметить, что в регуляции физиологических процессов важнейшее значение придаётся соотношению гормонов (Леопольд, 1968; Якушкина, 1980; Кефели, 1997). Однако данные по влиянию микроэлементов на соотношение разных групп фитогормонов в литературе единичны (Гилязетдинов, 1990). Недостаточно внимания уделяется сопоставлению изменения гормонального статуса растения под влиянием микроэлементов С интенсивностью физиологических процессов. Остаётся неясным насколько регуляторное действие микроэлементов опосредовано изменением в гормональном балансе растений.

Действию фитогормонов на поступление питательных веществ уделялось сравнительна много внимания,'однако и в данном случае, это касается лишь макроэлементов (Пшпапп, 1977; Сивцова, 1993; Саляев и др., 1999). Значение фитогормонов в процессе поглощения и распределения микроэлементов практически не исследовано. Фактически не изучен вопрос о действии гормонов при разном снабжении растения микроэлементами. Между тем, начинает широко развиваться идея об участии ионов металлов в восприятии гормональных сигналов (Ifi-ayama, Aloreo, 2000; Warwicker, 2001).

ЦНБ МСХА фонд научной литературы

Нет исследований по выявлению характера взаимодействия микроэлементов и гормонов (при совместном применении) в регуляции физиологических процессов Отсутствие этих данных не позволяет создать основу для повышения эффективности использования микроэлементов и регуляторов роста в практике растениеводства

В настоящее время получены многочисленные грансформанты растений, которые успешно используются как объект изучения физиологических процессов {Stitt, Sonnewold, 1995, Kossmann et al, I99ö, Аксёнова и др, 2000) Исследование физиологических особенностей траясгенных растений предполагает, прежде всего, определение их гормонального статуса и сопоставление эндогенного содержания гормонов с ходом метабочизма Вместе с тем имеются данные по значению гормонов в регуляции транскрипции генов (Кунаева, 1982, Кулаева, Кузнецов, 2002, Романов, 2002) Поэтому необходимо детальное изучение гормонального баланса трансформированных растений и его регугяции.

Цель и задачи исследования. Целъ данной работы состояла в выявлении специфики физиологического действия микроэлементов (бор, цинк) и фитогормонов (ИУК, б-БАП) при их раздетьном и совместном применении на разных этапах онтогенеза растения картофеля. Особое внимание уделялось изучению характера взаимодействия микроэлементов и фитогормонов в регуляции интенсивности физиологических процессов В качестве одного из приемов использованы трансгешше растения В соответствии с этой целью были поставлены следующие экспериментальные задачи

- провести сравнительное изучение влияния микроэлементов и фитогормонов на трмоналыгый баланс глазхов прорастающих клубней, листьев и сформировавшихся юубней,

определить изменение показатетей водного режима растений (оводненность, водоудерживающая способность, интенсивность транспирации, количество устьиц, жаростойкость) в зависимости от обработки микроэлементами и фитогормонами,

- изучить действие микроэлементов н фигошрмонов на интенсивность и качество процесса дыхания прорастающих клубней и тистьев картофеля,

- исследовать влияние микроэлементов и фитогормонов на фотосинтетическую деятельность растений картофеля (интенсивность фотосинтеза, фотофосфорилированне, содержание углеводов),

- исследовать влияние фитогормонов на солержание бора, цинка, калия и нитрат-иона,

- определить влияние микроэлементов и фитогормонов при их раздельном и совместном применении на ростовые показатели органов картофеля на разных этапах онтогенеза,

— сопоставить изменение гормонального баланса с ходом физиологических процессов;

— изучить особенности гормонального баланса и интенсивности физиологических процессов сорта Супериор, трансформированного 5/. геном;

— изучить изменения в гормональном балансе и чувствительность к обработке микроэлементами и ауксином у растений картофеля, трансформированных Л/-геном;

— наметить пути повышения темпов роста и продуктивности растений картофеля с помощью микроэлементов и регуляторов роста.

Научная новизна. Полученный экспериментальный материал развивает представления об эндогенных механизмах физиологического действия микроэлементов.

Установлено, что гормональный баланс растения картофеля заметно меняется под влиянием микроэлементов. При этом влияние каждого из изученных микроэлементов имеет свои специфические особенности. Обработка борной кислотой вызывает снижение содержания АБК в глазках прорастающих клубней, в листьях и сформировавшихся клубнях. Наряду с этим содержание таких стимулирующих рост гормонов как ИУК, так и гиббереллинов существенно увеличивается. Во всех органах преобладало соотношение ИУК/АБК и ИУК/цитокинины. Иная гормональная ситуация наблюдается в варианте, обогащенным цинком. Под влиянием цинка преимущественно возрастает содержание цитокининов (в листьях и клубнях), увеличивается соотношение цитокинины/АБК, снижается соотношение ИУК/цитокиникы.

Показано, что изменения в гормональном балансе картофеля под влиянием микроэлементов сопровождаются рядом физиологических особенностей: обработка борной кислотой увеличивает гликолитическую составляющую в общем дыхании, усиливает отток ассимилятов из листа, повышает содержание крахмала в клубнях. В условиях засухи повышается жаростойкость листьев. Обогащение сернокислым цинком повышает интенсивность процесса фотосинтеза, увеличивает долю дыхания поддержания в общем дыхании листьев.

Выявлено, что под воздействием борной кислоты масса клубней в кусте возрастает за счёт увеличения доли крупных клубней. Обработка сернокислым щнком увеличивает массу клубней в кусте за счёт их количества. Исходя из полученных данных, можно заключить, что изученные микроэлементы регулируют разные этапы клубнеобразования: цинк — инициацию, а бор -собственно рост клубня.

Впервые отмечено, что под влиянием борной кислоты происходит значительное увеличение диаметра изодиаметричных клеток перимедуллярной

зоны клубня, в которой накапливается основное количество крахмала Под воздействием сернокислого цинка увеличивается точщика феллемы (пробки) в естественной и раневой перидерме за счёт возрастания количества сдоев клеток Это указывает на активизацию работы феллогена вторичной образовательной ткани

Приоритетными являются данные по выявлению характера взаимодействия микроэлементов и фитогормонов Впервые показан синергизм бора и ИУК, бора и б-БАП, а также антагонизм цинка и ИУК, цинка и б-БАП в действии на гормональный баланс и продуктивность растений картофеля

Впервые показано, что гормональный статус клубней и чистьев, трансформированных Bt-геном растений картофеля сорта Супериор отличается от исходных в апикальных глазках клубней содержится больше АБК, но меньше цитокининов и ИУК, что сопровождается снижением интенсивности дыхания и замедлением выхода нз состояния покоя, в листьях — значительно меньше АБК, но выше соотношение — ИУК/ДБК, при этом в них отмечается повышение водоудерживающей способности, интенсивности фотосинтеза, некоторое снижение продуктивности растений Под воздействием сернокислого цинка существенно возрастает содержание ИУК в листьях трансгенных растений и их продуктивность

Практическая значимость работы. Установленные закономерности действия микроэчементов и регуляторов роста при раздельном и совместном применении на гормональный баланс, интенсивность и качество физиологических процессов создают основу для использования микроэлементов и регуляторов роста в практике растениеводства и селекционной работе Полученные в работе данные могут быть использованы в греподаванни физиологии и биохимии растений, спецкурсах ' Природные и синтетические регутяторы роста", "Физиологические основы оптимизации минерального питания растений"

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на VII Молодёжной конференции ботаников (Санкт-Петербург, 2000), Межвузовской конференции молодых ученых Растение, микроорганизмы и среда" (Санкт-Петербург, 2000), VIII Международном семинаре совещании фитофизиологов "Фитофизиология, перспективные исследования, связь с другими науками" (Тамбов, 2001), VI Международной конференции ' Регуляторы роста и развития растении" (Мосхва, 2001), Международной научно-методической конференции "Продукционный процесс сельскохозяйственных культур" (Орел, 2001); Международной конференции "Photosynthesis 3nd crop production" (Kyiv, 2002), I Международном Конгрессе "Ьиотехно кмня - состояние и перспективы" (Москва, 2002)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объём диссертации. Работа изложена на 209 страницах машинописного текста. Содержит 34 таблицы, 6 рисунков и состоит из введения, обзора литературы (3 главы), экспериментальной части (3 главы), заключения, выводов и приложения. Список использованной литературы включает 341 наименование, из них 80 на иностранном языке.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследования были растения картофеля (Solatium tuberosum L.) сортов Скороплодный (ВНИИ картофельного хозяйства, Коренёво), Супериор (фирма "Монсанто"). Растения сорта Супериор трансформированы Лг-геном (от почвенной бактерии Bacillus thutingiensis). Ген продуцирует прототоксин, который в кишечнике жёсткокрылых расщепляется протеолитическими ферментами н превращается в токсин, приводящий к лизису эпителия.

Вегетационные, полевые и лабораторные опыты проводили в 1999-2002 годах на базе агробиостанции и лаборатории "Регуляция роста и развития растений" Орловского государственного университета.

В почвенную культуру вносили азот, фосфор, калий соответственно: 2.3 г, 0.7г, 3.1г элемента на сосуд с 10кг серой лесной, среднесуглннистой почвы, содержащей бора — 0.20, цинка — 0.75 мг/кг. По классификации ГЛ. Ринькиса, данный вид почвы является дефицитным по изучаемым микроэлементам. В водной культуре растения выращивали на питательной смеси Кнопа (объём смеси — 8л). Площадь учбтной делянки в полевом опыте — 160 м3. В лабораторных условиях клубни проращивали в ящиках с увлажнёнными опилками.

Варианты опыта включали как раздельную, так и совместную обработку растворами фитогормонов и микроэлементов. Для этого посадочные клубни замачивали на 6 часов в растворах: Н3ВО3 (8Ю3М), ZnS04 (3-10"3М), ИУК (5.7-10"JM), 6-БАП — (4.4-10"5М), а также в смеси микроэлемента и гормона (в указанных концентрациях). Опрыскивание растений указанными растворами проводили в фазу бутонизации.

Дчя анализов отбирали пробы апикальных глазков (почки с прилежащей коровой паренхимой) прорастающих клубней, этиолированных и зелёных 30-дневных побегов и их придаточных корней (а лабораторном опыте), а также средние пробы листьев среднего яруса, клубней разной величины, стеблей, корней по фазам онтогенеза.

Содержание ИУК, АБК, цитокиников в органах картофеля определяли методом твердофазного иммуноферментного анализа (Кудоярова и др., 1986, 1990; Веселов, Кудоярова, 1990) с использованием реактивом фирмы

"Уралинвест" (Уфа) Содержание гибберелловой кислоты (ГА*) определяли методом биологической пробы Биотестом служили проростки гороха сорта Батрак (ВНИИ ЗБК, Орел) В качестве стандартных растворов фитогормонов были взяты ИУК, зеатин, АБК ('Serva", Германия), зеатинрибозид ("Sigma", США), ГА3 (' Phylaxia", Венгрия)

Интенсивность фотосинтеза определяли методом Сакса (Сказкин и др, 1458), интенсивность фотофосфорилирования — по убыли неорганического фосфата (Бекина, Сясакян, 1963), содержание хлорофилла и каротиноидов — спектрофотометрически (Гавриленко и др ,1975) Интенсивность дыхания измеряли по количеству выделяющегося СО; (методом титрования) В качестве специфическою ингибитора гликолиза использовали Nab (3 10 гМ) Для определения дыхания поддержания (R„) растения помещали на 48 часов в темноту Водоудерживаюшую способность тистьев характеризовали по величине водоотдачи, интенсивность транспярашш определяли весовым методом, жаростойкость листьев - методом Майкова Общую и рабочую адсорбирующую поверхность корней определяли по адсорбции метитеновой сини, поглощение нитрат-иона - фотометрическим методом, основанном на взаимодействии NO} с салициловой кислотой, содержание калия - на пламенном фотометре ("Цейс", Германия), нитрат-иона — иотенкиометрическим меч и дом (Чернавина и др ,1978), бора — колориметрическим методом (Починок, 1976), цинка - атомно-абсорбционным методом (Чернавина и др, 1978), крахмала - на сахариметре, сахарозы — рефрактометрически и с использованием резорцинового реактива (1 уркина, Сокочова, 1971) Анатомические исследования проводили на микроскопе БИОЛАМ с помощью окулярного микрометра МОВ-1-15*.

В таб типах и рисунках представлены средние арифметические из нескольких (два-три) вегетационных опытов (каждый в 4- 9- кратной биоло] кческой повторности) и их стандартные ошибки Аналитическая повторность 5-7-кратная

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ I. иЛИИНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОРАСТАЮЩИХ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ

1.1. Влияние микроэлементов н регуляторов роста на гормональный статус глазков прорастающих клубней

Формирование вегетагивных органов картофеля начинается с прорастания почек клубней В состоянии вынужденного покоя апикальные пазки клубней характеризуются достаточно высоким содержанием абенизовой кислоты и незначительным -ГА3 и цитокининов (рис 1) Отношение ГАэ/АБК было выше соотношения 3—ЗР'АБК, что подтверждает данные (Khan, 1968),

относительно семян, о преимущественном значении отношения гиббереллины/ингибиторы роста в выходе из состояния покоя. В первые 72 часа прорастания клубней резко снижается уровень АБК и значительно

Рис.1. Содержание фитогормонов в глазках клубней картофеля сорта Скороплодный, находящихся в состоянии вынужденного покоя.

ГК Цитшинины

возрастает количество ГАз и цитокининов (табл. 1). Борная кислота существенно увеличила соотношение ГАэ/АБК в глазках как за счёт резкого

Таблица 1. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на содержание и соотношение фитогормонов в глазках прорастающих клубней картофеля*, мкг/г сухой массы_____

Вариант АБК З+ЗР ГА, З+ЗР/АБК ГАз/АБК

Контроль 1.36±0.12 2.83±0.20 23.9±1.6 2.1 17.6

В 0.23±0.02 8.89аЮ.62 57.0*4.0 38.7 247.8

2п 0.45±0.04 10.02±0.73 31.212.2 22.3 69.3

ИУК 0.80±0.07 б.73±0.48 63.8±4.4 8.4 79.8

БАП 0.б3±0.0б 4.48±0.35 27.2±1.9 7.1 43.2

В+ИУК 0.14*0.01 18.9±1.43 26.6+1.9 135.0 190.0

В+БАП 0.16±0.01 31.9+2.80 64.3±4.8 199.4 401.9

гп+иук 0.30*0.03 28.4±2.27 26.0±1.7 94.7 86.2

2п+БАП 0.22+0.02 12.1±0.93 21.6А1.4 55.0 98.2

* через 72 ч от начала прорастания

повышения ГАз, так и значительного снижения АБК. Обогащение сернокислым цинком в большей степени положительно сказалось на уровне цитокининов. В исследованиях (ЬпаН, ВаМа1, 2001) высокие концентрации цинка в питательной среде снижали уровень транс-зеатина. Других данных по влиянию цинка на содержание цитокининов найдено не было. Обработка ИУК в равной степени против контроля повысила отношение З+ЗР/АБК и ГА3/АБК. Эффект б-БАП был несколько меньшим по сравнению с ИУК. При совместном применении микроэлементов и регуляторов роста выявлена аддитивность (слагаемый эффект) их действия на содержание АБК и цитокининов, что может служить указанием регуляции изученными факторами разных сторон метаболизма абсцизовой кислоты и цитокининов. Иной характер взаимодействия установлен при изучении содержания ГАз, а именно - антагонизм, за исключением варианта В+БАП, где отмечен синергизм.

щ

III

»

I

В настоящее время получены многочисленные трансформаты картофеля, которые успешно применяются физиологами (Бай, БоппетеаМ, 1995, Коэашапп ее а1, 1996; Аксёнова и др , 2000). В кашей работе мы использовали клубни растении картофеля сорта Супериор, трансформированных В! геном В состоянии вынужденного покоя глазки трансформантов против исходных растений содержат значительно больше абсцизовой кислоты и меньше

Рис. 2 Содержание фитогормонов в пазках клубней картофеля сирта Супериор, находящихся в состоянии вынужденного покоя

ИУГ

цитокининов и ИУК. К концу третьих суток прорастания пазки исходных и трансформированных Д/-гепом растений имели разный гормональный баланс трансгенные растения характеризовались меньшим соотношением цитокинины/АБК и ИУК/АБК (табч 2) Микроэлемент цинк существенно изменил гормональный статус прорастающих глазков трансгенных растений в сторону увеличения соотношения З+ЗР/АБК и ИУК/АБК Причём, это уве течение соответствовало уровню контрольного варианта у исходных растений и даже превосходило его, что может сказаться на переходе к более активному росту трансформантов данного варианта

Таблица 2, Влияние микроэлементов и ИУК на соотношение фитогормонов в прорастающих глазках трансформированных ЛЛ-геном растений картофетя*. мкг/г сухой массы___ _ _

Вариант 3+ ^Р'АЬК ИУК/АБК

исходные 1 грансгенные исходные трансгекные

Контроть 14 5 63 1 1 02

В 38 3 1 91 3 5 ОЪ

¿а 93 9 1 5' 8 37 I 4

ИУК 27 3 1 35 0 I 9 07

•через 72ч от начала прорастания

1 Л. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на процесс дыхлння глазков прорастающих клубней

Важнейшим звеном в 'способе" действия фитогормонов является энергетический обмен (Якушкина, 1966, Жолкевич и др , 1972) Дыхание играет ведущую роль в общей системе энергообеспечения организма Проведенное исстедование показало, что апикальные почки с прилежащей коровой

паренхимой, находящиеся в состоянии вынужденного покоя, обладают сравнительно низкой интенсивностью дыхания (табл.3). Это наблюдалось на

Таблица 3. Зависимость интенсивности дыхания прорастающих глазков картофеля от обработки клубней микроэлементами и регуляторами роста, мг СОЛ г ч)____■

Вариант Вынужденный Врема прорастания, ч

покой 24 43 72

Контроль 1.04*0.05 1.50+0.06 1.15*0.05

В 2.01+0.08 2.57+0.12 2.26+0.11

2а 2.64*0.13 3.20*0.13 2.97*0.11

ИУК 0.92+0.04 3.04*0.16 3.67+0.18 3.37*0.16

БАП 1.72+0.06 1.99*0.07 1.88*0.09

В+ИУК 2.12*0.10 2.82+0.11 2.13*0.10

В+БАП 1.63*0.06 2.22*0.09 1.99*0.07

гп+иук 3.08*0.15 3.83+0.15 3.44*0.16

гп+БАП 2.03*0.08 2.22*0.08 2.18*0.07

фоне высокого содержания АБК и низкого соотношения ГАэ/АБК и З+ЗР/АБК (рис.1). Значительное увеличение дыхания отмечено на вторые сутки (44%). Повышение интенсивности дыхания на третьи сутки проращивания клубней, по сравнению с вынужденным покоем, происходит на фоне резкого увеличения соотношений ГАу'АБК и З+ЗР/АБК. Микроэлементы, ИУК и б-БАП уже в первые 24 часа прорастания глазков оказали влияние на дыхательный процесс. Существенное увеличение интенсивности дыхания в варианте с ИУК наблюдалось на фоне высокого содержания ГА3. Положительное влияние ауксина на процесс дыхания органов растения — известный факт (Якушюша, 1950; Полевой, Саламатова, 1973; Ловцова, 1999). Слабое повышение дыхания в варианте с б-БАП отмечено при незначительном увеличении цитокининов и Г Аз. Обработка сернокислым цинком повысила интенсивность процесса на фоне резкого увеличения соотношения З+ЗР/АБК. В литературе показана положительная роль цитокининов в дыхании (Чернядьев, Козловских, 1990; Роньжина, Мокроносов, 1995; Коркина, 2001). Возможно и прямое действие цинка на процесс дыхания, так как данный микроэлемент входит в состав многих окислительно-восстановительных ферментов (Школьник, 1967; Ленинджер, 1974). Стимуляция дыхания под влиянием борной кислоты наблюдалась в условиях резкого снижения уровня АБК (табл.1). При совместном применении с регуляторами роста микроэлементы несколько увеличили действие 6-БАП на процесс дыхания. Это происходило на фоне аддитивного действия на соотношение ГА3/АБК и З+ЗР/АБК.

В глазках трансформантов, находящихся в состоянии покоя и через 72ч от начала прорастания на фоне низкого соотношения ИУК/АБК и З+ЗР/АБК отмечена меньшая интенсивность дыхания против исходных растений (табл.4).

Обогащение цинком уровняло интенсивность дыхания трансгелных с исходными растениями контрольного варианта, а в варианте с ЙУК превысило эту величину (на 30%) Это отмечалось при значительном увеличении соотношения З+ЗР/АБК, которое было выше контроля исходных растений

Таблица 4. Влияние микроэлементов и ИУК на интенсивность дыхания ыазков клубней трансформированных В1 геном растений картофеля, мг СО;/(г ч) _

| Вариант « Исходные растения___Трансгенные растения_

_«ынуэ!сденныи покои_

Контроль

I

Контроль

О 55±0 02

О 41*0 02

0 6Л+0 04

через 72 от начала прорастания

0 55=10 02

0 771« 04

0 55±0 02

гп

ИУК

0 7Ч±0 03

о 04

0 6&±А03 О 82±0 04

и. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на адсорбирующую поверхность и поглотитечьную способность придаточных корней 30-дневных побегов картофеля {лабораторные опыты) Важнейшей характеристикой функциональной способности корневой системы является адсорбирующая поверхность (Сабинин, 1949) Микроэлементы и регутяторы роста увечичили общую адсорбирующую поверхность корней в среднем на 26% (табл 5) Деятельная часть корневой системы в большей степени возросла при обогащении клубней ИУК (на 43%) и борной кислотой (на 38° о) Выявлен синергизм бора с ИУК и с 6-БАП, а также антагонизм шшка с данными гормонами в действии, как па общую, так и рабочую адсорбирующую поверхность Увеличение троцента рабочей

Таблица 5, Влияние микроэлеченшв и регуляторов роста на адсорбирующую поверхность н поглощение N03' придаточными корнями 30-дневных побегов картофеля_____

Вариант Адсорбирующая поверхность, м' 1 Поглощение N0." 1

общая { рабочая "о рабочей | придаточными корнями*, I

1 поверхности 1 мг N0, |

Контроль I 94±0 0б | 1 20±0 04 61 912 0 \ 5 81±0 23 |

В 2 46г0 09 | 1 66±0 05 67 5±2 3 , 5 13-1-0 20 1

Тп 2 42+0 Г/Ч 1 1 54*0 05 63 6±2 2 5 85>±0 24

ИУТС 2 4^-ЬО 08 | 1 72±0 Об 70.2±2 5 1 10 83±0 4* 1

БАП 2 29*0 08 1 1 56*0 05 68 1*2 3 7 71x0 31 1

В+ИУК 2 49±0 00 1 1 05*0 07 78 3>3 0 8 16ч=0 32

В+КАИ 2 37±0 08 1 1 7!Ш) 06 75 5±2 5 1 7 07±0 30 1

гп-иук 2 26зЛ) 08 | 1 61±0 05 71 2-Ь2 4 1 5 40±0 23 1

/п^БЛП 2 05±0 07 ( 1 34±0 04 65 4-Ь2 3 4 69*0 14

*иэ 1 10 Л1 растзора 1СМО,

адсорбирующей поверхности корней в вариантах с ИУК и 6-БАП сопровождалось повышением поглотительной способности. Вместе с тем, не установлено кратное увеличение рассматриваемых показателей. Возможно, это связано со специфическим влиянием изучаемых факторов на скорость ■ и направленность метаболизма в клетках, что определяет скорость поступления ионов.

II. ВЛИЯНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАСТЕНИЙ КАРТОФЕЛЯ НА БОЛЕЕ ПОЗДНИХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА

2.1. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на содержание и соотношение фитогормонов в органах картофеля

В ходе дальнейшего морфогенеза картофеля анализ фитогормонов проводился в листьях в фазу бутонизации — период онтогенеза, когда произошла инициация клубнеобразования, и наиболее интенсивно в растении происходят многие физиологические процессы. В данную фазу максимальное количество гормонов приходится на ауксины, а наименьшее — на АБК, в результате в листьях преобладает соотношение ИУК/АБК (табл.6). Под

Таблица б. Содержание фитогормонов в листьях картофеля* в зависимости от обработки клубней микроэлементами и регуляторами роста, мкг/г сухой массы

Вариант ГА, ИУК З+ЗР АБК

Контроль 30.0 ±1.9 62.1±4.3 35.3± 3.9 4.49±0.44

В 99.5± 6.8 177.0±12.4 88.7± 7.1 2.50±0.24

Ъа. И4.0±7.8 87.3±5.2 196.2±15.5 2.89±0.27

ИУК 69.1 ±4.1 19б.3±13.7 79.6 ±6.4 1.58±0.17

БАП 51.2±3.1 250.<Н17.0 56.0± 2.8 1.63±0.16

В+ИУК 83.0±5.2 222.8±20.0 169.3±15.3 1.47±0.14

В+БАП 118.3±8.4 347.3±22.б 133.1±8.0 1.27±0.13

гп+иук 51.9±3.4 98.3±6.6 198.6±16.5 1.94±0.20

7.П+БАП 43.5±2.9 1И.8±7.1 43.5±3.3 0.91±0.08

•фаза бутонизации

воздействием борной кислоты в листьях преимущественно повысилось содержание ИУК. Исследования последних лет свидетельствуют о возможном участии борт в регуляции синтеза ауксина (1л й а1., 2001). Одновременно увеличилось соотношение ИУК/АБК и ИУК/цитокинины. Обработка сернокислым цинком изменила гормональный баланс в сторону существенного повышения содержания цитокининов, преобладания соотношения цитокинины/АБК и снижения соотношения ИУК/цитокинины. Экзогенные гормоны ИУК и б-БАП значительно снизили уровень АБК в листьях и повысили количество ауксина и, как следствие, резко возросло отношение ИУК/АБК. При совместном применении микроэлементов и гормонов

синергизм проявился между бором и ИУК, бором и 6-БАП в действии на уровень ИУК, цитокининов и АБК; антагонизм между цинком и 6-БАП - на содержание ИУК, ГАз, а также снижение цинком эффекта ИУК в действии па содержание ауксина, ГАз и АБК

Листья трансформированных В1-геном растений сорта Супериор, по сравнению с исходными, характеризуются значительным уменьшением шггокининов и некоторым понижением (на 20%) ИУК (табл 7) В отличие от апикальных почек прорастающих клубней листья трансформантов содержали меньше АБК Поэтому соотношение ИУК/АБК превалировало в листьях трансгенных растений против исходных Сернокистый цинк в значитетьной степени увеличил в листьях трансгенных растений содержание ИУК, но снизил количество АБК.

Таблица 7. Влияние микроэлементов и ауксина на содержание фитогормонов в листьях трансформированных Л-геном растений картофеля сорта Супериор, мкг/г сухой массы_____ ___

Вариант Исходные растения Трансгенные растения

ИУК | З+ЗР , АЕК ИУК | З+ЗР | АБК

Контроль 1 100 2+5 7 1 50,2+3 2 2 04±0 18 79 6+4 5 I 17 8±1 0 1 1 2(Ж) 11

В 126 2±7 4 ' 125 4+8 5 1 50+0 14 112 5±6 3 1 «¡0 013 1 10 7&£1) 07

7м 112 5±6 7 | 141 6+9 1 | 0 54±0 05 141 6+8 2 1 "<5 6+2.2 '0 2Ь±0 02

ИУК 119 Ц.6 9 | 612±3 9 | 036±003 100 2±5 5 1 25 2+1 5 0 45*0 04

Гормональный статус молодых клубней во многом определяет донорно-акцепторные отношения в растении картофеля во второй половине вегетации (Мокроносов, Борзенкова, 1473, Мокроносов, 1983; Лузина, 1999) В конце вегетации растений гормональный баланс клубней характеризуется меньшим содержанием фитогормонов по сравнению с листьями (табл 8) Преобладание

Таблица 8. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на содержание и соотношение фитогормонов в клубнях картофеля в конце вегетации растений, нг/г сухой массы ___

Вариант ИУК З+ЗР ГА, АЬК | ИУК/АБК 1 З+ЗР/АБК ГЛ/АБК

Контроль 72±4 1 50+3 43-3 40+4 1 8 1 3 1 1

В 223±12 1 121+8 98±6 213^2 10 6 5 8 47

172+10 282+19 74+5 20+2 | 8 6 14 1 3 7

ИУК 252±14 I 102+7 - 13-1:1 | 19 4 78 1 -

БАЛ 288±17 ' 159+11 - 17*2 1й9 94

гормонов с положительным шаком действия над АБК свидетельствует о том, что молодые клубни ещё не вошли в состояние глубокого покоя и в них интенсивно происходят метаболические процессы Реакция гормональной системы клубней нэ микроэлементы, ИУК и 6-БАП была однотипна с листьями.

2.2. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на водный обмен лнспъев

Обработка борной кислотой повысила водоудерживающую способность листьев и их ксероморфность, а также жаростойкость, особенно в условиях засухи (табл 9) В отличие от бора, обработка сернокислым цинком практически не изменила водоудерживающую способность и снизила жаростойкость Эффект бора сопровождался повышением соотношения ИУ К/цитокинины, а цинка — резким его падением При совместном применении микроэлементов и гормонов обработка ИУК и 6-БАП несколько уменьшала отрицательное действие цинка на жаростойкость Синергизм бора и ИУК отмечен в действии на жаростойкость в условиях засухи

Таблица 9. Влияние микроэлементов и фитогормонов на показатели водного обмена и жаростойкость листьев картофеля__

Вариант Водоотдача, уменьшение сырой массы, % СП исходной Интенсивность транспирацин, М1/(Ч |) Количество устьиц чм: Жаростойкость, мин

влажность __ полной вл? ЫГ<> ЮЧЯЫ " 0 сн" 1гоёмкости

Контроль 10 3±0 3 689 0+27 4 1У9+11 13 5*0 7 И 0±05

В 6 6±0 1 1 744 1±31 0 318±15 1 14.5+0 7 13 3±0 7

Жа 9 1+0 2 1 691 0*26 4 238±13 1 10 1±0 5 10 (>+0 5

ИУК 13 7*0 4 948 7±4б 5 271±14 1 14 8*0 7 17 5±0 8

НАЛ 5 2±0 1 1 519 1*21 3 210з:12 20 5±0 8 16 0±0 7

В+ИУК 8 2±0 2 786 9+32 4 334±16 | 15 2±0 7 19 0±0 Ч

В+БАП 12 2±0 3 608 4±23 6 318±14 I 17 5*0 7 _15 0±06

гп+иук 8 4±0.2 746 7±32 0 3261=15 12 0±0 6 ' 9 3*0,3

гп+ьлп 6 9±0 1 | 545 5±23 4 320±15 12 ОАО 6 I 95±04

*фаза бутонизации

2.3. Изменение фотосиитстической деятельности в зависимости от обработки микроэлементами и регуляторами роста

Под воздействием борной кислоты преимущественно возросло фотофосфоршшрование (табл 10). Это происходило на фоне сущсшы.иного увеличения в листьях содержания ИУК и соотношения ИУК/АБК (табл 6), что согласуется с ранее полученными данными (Гашав е1 а1, 1973; Акулова и др., 1975). Одновременно наблюдалось снижение в центральной жилке и черешке листа содержания сахарозы - основной транспортной формы ассимилятов у растений с углеводным типом обмена веществ (Лийу, НиЬег, 1983, Курсанов, 1984) Это может служить указанием на усиление огтока ассимигятов Возможно, это явилось следствием повышения уровня ИУК в листьях Роль ИУК в оттоке ассимилятов показана в ряде исследований (Якушкина, 1962,

Курсанов, 1984). В варианте с сернокислым цинком при значительном увеличении содержания цитокининов (табл.б) в большей степени по сравнению с бором возросло количество хлорофилла и интенсивность фотосинтеза. Известно положительное влияние цитокининов на содержание пигментов и активность Рубисхо — ключевого фермента цикла Кальвина (Кулаева, 1982; Павар и др4 1983; Назарова и др., 1992). Не исключено и прямое влияние цинка на процесс фотосинтеза через работу цинксодержшцего фермента -харбоангидразы (Лузина, 2000). Можно заключить, что специфические изменения фотосшгтетических показателей под воздействием бора и цинка, по-видимому, опосредованы изменениями гормонального баланса в листьях. Это подтвердилось в опытах с экзогенными фитогормонами (табл. 10). Результаты по совместному применению цинка с ПУК и б-БАП показали антагонизм в их взаимодействии, что подтверждает наличие общих механизмов в их влиянии на интенсивность фотосинтеза.

Таблица 10. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на

Вариант Содержание хлорофилла, мг/г сырой массы Фотофоефо-рилирование, мкШУ (мг Хл.ч) Интенсивность фотосинтеза, мг сухой массы/ (ям® ч) Содержание сахарозы, % по сырой массе

мякоть листа центральная . жилка + черешок

Контроль 0.30±0.20 34.5±2.4 11.7 ±0.8 0.73±0.04 1.27*0.07

В 0.39±0.03 59.9x4.8 15.1 ±0.9 0-84±0.0б 1.18±0.0б

гп 0.4б±0.06 43.3±3.0 18.4±1.3 0.8<Ж>.04 1.24*0.07

ИУК 0.41±0.03 42.4±2.8 20.4 ±1.3 0.86*0.05 1.1110.06

БАЛ 0.40X0.03 44.0X3.0 21.6 ±1.5 0.8(Ы).04 1.31*0.07

В+ИУК 0.45±0.06 56.1±3.7 19.1±1.3 1.00*0.06 1.59*0.08

В+БАП 0.55±0.06 4б.6±3.0 193±1.3 1.07±0.0б 1.31*0.06

гп+иук 0.51 ±0.06 49.6±3.1 15.3±1.0 0.80*0.04 1.38*0.07

гп+БАП 0.б2±0.07 51.3±3.6 14.5±0.9 1.00X0.05 1.42*0.08

Растения, трансформированные В1-геном, отличались от исходных большей интенсивностью фотосинтеза: 11.8 против б.б мг сухой массы/(дм2 ч). Вместе с тем, микроэлементы и ИУК оказали больший эффект на процесс фотосинтеза у исходных растений. По-видимому, это обусловлено тем, что изучаемые факторы существенно увеличили соотношение цитокинины/АБК в листьях исходных растений против трансформированных (табл. 7).

2.4. Влияние микроэлементов и регуляторов . роста на интенсивность и качество дыхания листьев

Как и на ранних этапах прорастания клубней (табл. 3), сернокислый цинк в большей степени повысил интенсивность дыхания по сравнению с борной кислотой (табл. 11). Это происходило на фоне существенного увеличения

содержания Г Аз и соотношения цитокинины/АБК Максимальная величина дыхания отмечена под влиянием ИУК. Положительная роль ауксина в процессе дыхания неоднократно отмечалась исследователями (Якушкина, 1950, Полевой, 1986) Интересно, ч.о при совместном применении бора и 6-БАП виявлен синергизм в действии на процесс дыхания Возможно, это произошло за счет резкого возрастания соотношения ИУКУАБК

Таблица 11. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на интенсивность и

Вариант Интенсивность дыхания, мгСОг/(гч) Ингибирование дыхания ГчзЬ. % Доля дыхания поддержания (ftm) а общем дыхании тистьев,0 •

1 Контроль 1 04 ±0 05 52±5 54±5

1 52 ±0 07 72±6 50±5

Zn 1 79 itt 08 50±5 73±6

ИУК 1 96 =0 09 76+6 29±2

БАП 1 23 ±0 05 30±3 45±4

В+ИУК 1 41=t0 07 58±5 42±4

В+БАП 1 63±0 09 5515 70±6

Za-ИУК 1 69±0 09 38±4 4(Н-4

/if КАП 1 12±0 05 45+4 63±5

* фаза бутонизации

Для изучения качественных характеристик процесса дыхания традиционно применяют методы ингибиторного анализа (Семихатова, 1969, 1990, Day et al., 1995, Жолхевич и др, 2001) В наших опытах для изучения действия микроэлементов и фитогормонов на соотношение начальных путей дыхания применяли MaF, который в концентрации 3 10 2М подавляет дыхание приблизительно на 50% и рассматривается как специфический ингибитор глиьолиза. Бор и ИУК сместили дыхание в сторону гликолиза, а 6-БАП апотомического пути На вероятность регуляции цитокшгинами апотомическош пути дыхания указывает то, что реакции окисления глюкозы по этому пути сосредоточены не только в растворимой части цитоплазмы, но и в пропластидах, и в хлоропластах (Полевой, 1989) В настоящее время показана роль цитокининов в регуляции генома (Люкевич и др, 2002) Возможно, что цитокинилы в хлоропластах регулируют не только синтез, но и окисление органических веществ Сернокислый цинк праетически не повлиял на соотношение начальных путей окисления дыхательного субстрата Темновое дыхание состоит из двух функционально составляющих, дыхание роста (К#) и дыхания поддержания (Rm) (Семихатова,1995, Гуляев, 1996, Головко, 1999) За дыхание поддержания принимали скорость выделения СО; листьями пос ie 48ч темноты Обработка сернокислым цинком увешчшга долю дыхания поддержания, а ИУК дыхания роста

2.5. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на содержание бора, цивка, калня и нитрат-иона

В листьях растений, посадочные клубни которых были обработаны борной кислотой, содержание бора было почти на 20% выше растений контрольного варианта (табл. 12). По-видимому, это связано не с передвижением данного микроэлемента из материнского клубня в листья, так как бор не способен к реутилизации, а с увеличением эндогенных ауксинов и цитохининов (табл. 6). Известно, что эти группы фитогормонов усиливают поступление элементов минерального питания в растение (Thimann, 1977; Полевой, 1982; Nowak et all., 1997; Ростунов, 1999). Доказательством этого является возрастание содержания бора в вариантах с экзогенной обработкой ИУК и, особенно, - б-БАП. Сернокислый цинк не повлиял на содержание бора в листьях, однако, при совместном действии с б-БАП количество бора в листьях возросло (на 48%). Содержание цинка в варианте с сернокислым цинком

Таблица 12. Содержание бора, цинка, калия, N0} в растении картофеля в зависимости от обработки микроэлементами и регуляторами роста_

Вариант Содержание бора в листьях", мгЛООг сухом массы Содержание цинка в листьях*, мг/IOOr сухой массы Содержат« калид в побегах *, % от сухой массы Содержание NOj" в листьях"*, мг/100г сырой массы

Контроль 0,90±0.03 2.89±0.12 3.14±О.Ю 106.1±5.3

В 1.07±0.04 3.9б±0.17 3.83±0.12 124.7±6.1

Zn 0.97±0.03 5.88±0,25 3.40±0.11 120.5±6.0

ИУК 1.01±0.04 4.43±0.20 3.72±0.12 123.3±6.2

БАЛ 1.26±0.05 5.50±0.23 3.64±0.12 106.9±5.4

В+ИУК 1.14±0.05 3.77±0.15 3.60MU2 135.9±6.1

В+БАП 1.12А0.04 3.65±0.15 3.30±0.10 136.9±6.2

Zn+ИУК 0.94±0.03 2.46±0.10 3.12±0.11 105.1±5.1

Zn+БАП 1.33±0.06 2.47±0.10 3.5(Ш).12 103.7±4.8

•фаза бутонизации

** конец цветения

возросло в два раза на фоне значительного увеличения цитокининов и ауксина (табл.6). Обработка борной кислотой, ИУК и б-БАП также повысила содержание цинка. При совместном применении сернокислого цинка с ИУК и с 6-БАП отмечен антагонизм в их действии на количество цинка в листьях картофеля. Эти результаты дают основание предполагать, что фитогормоны во многом определяют уровень цинка в растении.

Для картофеля — растения с углеводным типом обмена веществ, большое значение для хода физиологических процессов имеет содержание калия в его органах (Власенко, 1987). Обогащение борной кислотой повысило содержание калия в побегах картофеля. Это происходило параллельно значительному

увеличению соотношения ИУК/АБК в листьях Обработка регуляторами роста также способствовала повышению содержания калия По-видимому, положительный эффект гормонов связан с усилением поглощения калия (Полевой, 1982, Блохнн, Мельничук, 1994, Саляеп и др, 1999) Отмечен антагонизм бора н 6-БАП. Они существенно ослабили своё стимулирующее влияние на содержание калия.

Накопление нитрат-иона в варианте с бором на фоне преобладания соотношения ИУК/АБК происходило, по-видимому, не за счет усиления его поглощения (табл 5) Возможно, действие бора на содержание МОз" связано с работой цитокинининдуцируемой нитратредуктазы (Кретович, 1983), которая восстанавливает нитраты. По-видимому, поэтому в варианте с 6-БАП не наблюдалось накопление нитрат-иона (табл 12) В опытах по совместному применению бора с ИУК и с 6-БАП наблюдался синергизм в действии на содержание ИОз .

2.6. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на ростовые показатели и продуктивность растений

Максимальные приросты биомассы растений наблюдали в варианте, обработанном сернокислым цинком (табл.13), на фоне высокой интенсивности фотосинтеза (табл.10) и преобладания содержания цитокинннов, снижения соотношения ИУК/цитокиншш (табл 6) Значение повышения цитокннинов, возможно, проявилось в снятии апикального доминирования. В результате в варианте с цинком возросло число побегов с трёх до семи. Одновременно эти

Таблица 13. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на ростовые

Вариант Сухая масса Сырая масса. г на растение

растения, г листья стебли корни клубни

Контроль 9 S±0 7 62 3±4 0 52 3±3 6 2 8+0 3 2 3*0 2

В 13 5*1 0 78 6+5 3 73 3±6 5 8 1±0 9 4 4+0 4

7п 16 4±1 2 83 4±5 7 106 7±S 5 11 3±0 9 S3+0S

1 ИУК 15 7+1 7 93 3+6 2 89 2+7.5 7 9±0 8 4 1±0 2

1 БАП 14 7+1 1 79 1+5 4 94 0+7 9 7 1+0 6 4.2+0 3

В+ИУК 180+1 3 98 3+6 7 73 1±6 1 10 4±0 9 3 6±0 1

В+БАП 143*10 70 0±4 8 70 0±5 7 5 9±0 4 3 5+0 1

I 7п+ИУК 17СЬ1 2 81 7+5 5 68 4+5 5 9 3+0 7 3 2+0 1

| гп+БАП 18 2±14 90 1-6 0 105 0+8 8 9 6*0 8 3 9+0.2

растения характеризуются наибольшим развитием корневой системы, формирующейся за счет придаточных корней, образующихся на побегах Масса клубней (после окончания инициации) существенно превосходила контрольный вариант В варианте, обогащенном бором, масса надземных органов, клубней и

корневой системы возросла при неизменном числе побегов на фоне значительного повышения содержания ПУК и соотношения ИУК/АБК. Опыты с обработкой 6-БАП и ИУК подтвердили зависимость действия цинка и бора на рост от гормонального статуса растений. При совместном применении микроэлементов и регуляторов роста выявлено усиление эффекта борной . кислоты на массу растения под влиянием ИУК и 6-БАП.

Изучаемые фахторы оказали воздействие на размеры клеток и тканей клубня (табл.14). Для сохранности клубней в период уборки и хранения важна толщина феллемы (пробки) во вторичной покровной ткани - перидерме. В варианте с сернокислым цинком существенно возросло число слоёв клеток феллемы в естественной перидерме и, как следствие, её толщина. Это наблюдалось на фоне повышения в клубнях содержания цитокининов, ИУК и соотношения З+ЗР/АБК (табл. 8). Известно, что цитокннины и ауксины регулируют деление клеток (Полевой, 1986). Экзогенные ИУК и 6-БАП также увеличили количество слоёв клеток феллемы и её толщину. Обработка борной

Таблица 14. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на ростовые показатели клубня картофеля___

Вариант Феллема естественной перидермы Толщина феллемы раневой перидермы, мм Диаметр клеток перимедуллярной зоны, мм

количество слоёв клеток толщина, мм

Контроль 3.8±0.3 0.21±0.01 <Ш±0.03 0.088±0.004

В 4.2±0.5 0.34±0.03 0.52±0.04 0.128±0.006

гп 6.7±0.6 0.59±0.04 0.68±0.05 0.109±0.004

ИУК 5.0±0.5 0.42±0.03 0.б7±0.05 0.134±0.006

БАП 5.5±03 0.29±0.02 0.58±0.04 <Ш4±0.004

* конец вегетации

кислотой увеличила диаметр изодиаметричных клеток перимедуллярной зоны клубня. По-видимому, высокое содержание ИУК и увеличение соотношения ИУК/цитокинины в варианте, обогащенном бором (табл. 8) способствовало росту клеток клубня путём растяжения. Действительно, в варианте с экзогенной ИУК диаметр клеток увеличился более чем в 1.5 раза.

Продуктивность картофеля определяли как в вегетационном, так и полевом опыте. Обработка посадочных клубней сернокислым цинком увеличила массу клубней в кусте в основном за счёт повышения их числа (табл. 15). Таким образом, можно полагать, что микроэлемент цинк, повысив преимущественно содержание цитокининов в растении (табл.6), способствовал инициации клубнеобразования. Участие цитокининов в данном процессе является известным фактом (Чайлахян, 1984; Бйяик, 1992). В варианте с

6-БАП также отмечалось увеличение количества клубней в кусте. Обработка

борной кислотой способствовала увеличению массы клубней в кусте за счет их роста, а не количества. Это наблюдалось на фоне преобладания ИУК. Первостепенная роль ауксина в процессе роста клубня после инициации клубнеобразования показана в опытах m vivo (Пузина и др, 2000) и m viro (Аксёнова и др, 2000) Опыты с обработкой 6-ЬАП и ИУК подтвердили роль цинка в инициации клубнеобразования, а бора - роста клубня. Синергизм отмечен в действии бора с ИУК и с 6-ЬАП на продуктивность картофеля, а антагонизм - микроэлемента цинка с данными регуляторами роста Опрыскивание растений (почвенная культура) растворами микроэлементов и регуляторов роста дало несколько меньший эффект (на 5-9%) По-видимому, это связано с тем, что уже на начальных этапах прорастания клубней, изучаемые факторы изменяют гормональный баланс глалсов и интенсивность физиологических процессов В полевых опытах действие микроэлементов, ИУК и 6-БАП на продуктивность растений было аналогично вегетационным опытам Следует отметить лишь незначительное снижение эффекта, что обусловлено условиями выращивания растений

Таблица 15. Влияние микроэлементов и регуляторов роста на продуктивность растений картофеля (почвенная культура)_____

Вариант Масса клубней. Количество клубней в Доля крупных клубней* в

г на растение кусте Kvcre, % по массе

Контроль •»80*27 7 7+0 4 46+4

В 458*38 6 9±0 3 86*7

Zn S08*46 13 5*0 7 51±5

ИУК 492*44 9 5+0 5 83±6

БАП 483*40 10 9*0 5 7U6

В-ИУК 527*43 H 1+0 5 82+6

В+БАП 514*42 11 Х*0 6 77*6

¿п+ИУК 432±30 12 3±0 6 68*5

Zn+ЬАП 447±37 13 0±0 7 67*5

•фракция клубней 60-75г

Продуктивность трансгенных растений сорта Супериор была ниже исходных (табл 16) Это происходило на фоне меньшего содержания в листьях

Таблица 16. Влияние микроэлементов и ре1-у.иторов роста на рост и продуктивность трансформированных ,5?-геном растений картофеля (почвенная культура)_____ ____

Вариант Масса клубней г на растение 1

исходные растения трансгенные растения 1

Контроль 385+26 314+24 i

В 462+33 392±27

/л 497*36 395±26

ИУК 47S±35 356*25

ИУК и цитокининов (табл. 7). По-видимому, их меньшая продуктивность против исходных растений связана с уменьшением транспорта ассимилхгов в формирующиеся клубни. Косвенным свидетельством этого может служить меньшее содержание крахмала. Обработка посадочных клубней борной кислотой и сернокислым цинком увеличила продуктивность трансформантов

до уровня контрольного варианта исходных растений.

«*«

Применённый в данной работе системный подход позволил изучить разные аспекты взаимодействия гормональной и трофической систем регуляции. Выявлена специфика действия микроэлементов (бора и цинка) на содержание и соотношение фитогормонов в органах картофеля на разных, фазах развития растений. Под влиянием борной кислоты преимущественно возрастает содержание ИУК и соотношение ИУК/цитокинины, а сернокислого цинка -существенно повышается количество цитокининов, преобладает соотношение цитокинины/АБК и снижается соотношение ИУК/цитокинины. Изменения гормонального баланса под влиянием борной кислоты и сернокислого цинка сопоставлены с интенсивностью физиологических процессов, В опытах с обработкой ИУК и 6-БАП установлено, что влияние бора и цинка на физиологические процессы, анатомические показатели, по крайней мере, частично опосредовано изменением гормонального статуса растения. Показана зависимость поступления N03", а также содержания калия, цинка, бора и нитрат-иона в растении от гормонального баланса. При совместном применении микроэлементов и фитогормонов выявлен характер их взаимодействия (синергизм, аддитивность, антагонизм), что позволяет наметить пути повышения эффективности использования микроэлементов и регуляторов роста в практике растениеводства. Под влиянием сернокислого цинка масса клубней в кусте возрастает за счёт увеличения их количества, а борной кислоты — доли крупных клубней, то есть их роста. Выявлено различие в гормональном статусе клубней и листьев, трансформированных Вьгеном растений картофеля сорта Супериор, по сравнению с исходными. Обработка сернокислым цинком и ИУК повышала продуктивность трансформантов.

ВЫВОДЫ

1. На разных этапах онтогенеза растений картофеля выявлена специфика действия бора и цинка на содержание и соотношение фитогормонов, интенсивность физиологических процессов и продуктивность. Изучен характер взаимодействия микроэлементов и фитогормонов.

2. На первых этапах прорастания клубней в варианте с борной кислотой выявлено существенное снижение АБК и увеличение гибберелловой кислоты.

Обработка сернокислым цинком способствовала значительному накоплению цитокининов В результате обогащения клубней бором и цинком интенсифицировался рост побегов

3. В чистьхх под воздействием борной кислоты преимущественно повышается содержание ИУК, увеличивается соотношение ИУК/АБК и ИУК/питокинины. Эти изменения в гормональном балансе сопровождаются увеличением пиколитнчсской составляющей в дыхательном обмене, повышением содержания калия и бора, усилением оттока ассимилятов из листа В условиях засухи повышается жаростойкость листьев Обработка сернокислым цинком изменяет гормональный баланс листьев в сторону существенного повышения содержания цитокининов, преобладания соотношения щгтокинины/АБК и снижения соотношения ИУК/цитокинины На этом фоне повысилась интенсивность фотосшггеза, возросла доля дыхания поддержания в общем дыхании листьев

4 Под влиянием борной кислоты масса клубней в кусте возросла за счёт увеличения доли крупных клубней. Воздействие сернокислого чинка увеличивало массу клубней в кусте за счёт их количества Можно заключить, что данные микроэлементы регулируют разные этапы клубнеобразования. цинк — инициацию, а бор — собственно рост клубня

5. В сформировавшихся клубнях в варианте, обогащенном бором, выявлено существенное повышение содержания ИУК, гибберелловой кислоты и высокое соотношение ИУК/АБК При этом отмечено значительное увеличение диаметра изодиаметрических клеток перимедучлярной зоны клубня, в которой откладывается основное количество крахмала. Обработка сернокислым цииком преимущественно увеличивает количество цитокининов и соотношение цитокинины/АБК На этом фоне активнее работает феллоген (вторичная образовательная ткань), что проявилось в увеличении толщины феллемы (пробки) в естественной и раневой перидерме клубней за счет возрастания количества слоев клеток

6. Опыты с обработкой ИУК и 6~БЛП позволили установить, что влияние микроэлементов (цинка и бора) на физиологические процессы, по крайней мере, частично опосредовано изменением содержания и соотношения фитогормонов, то есть гормонального статуса растения

7 При совместном применении микроэлементов и фитогормонов, выявлен характер их взаимодействия Отмечен синергизм бора и ИУК в действии на гормональный баланс листьев, при этом повысилось содержание бора, жаростойкость листьев, масса растений и их продуктивность Синергизм бора и 6 БАП также наблюдался в действии на гормональный баланс в листьях На этом фоне увеличилось содержание хлорофилла, дыхание поддержания, ростовые показатели растений, продуктивность Анта-ониъм цинка л ИУК

проявился в действии на содержание ИУК, ГАз в листьях. При этом уменьшилось количество цинка и калия в органах картофеля, снизилась интенсивность фотосинтеза, замедлились темпы роста, уменьшилась продуктивность растений. Антагонизм наблюдался и во взаимодействии цинка с 6-БАЛ. Это проявилось в снижении содержания цитокининов и ГАз в листьях. На этом фоне уменьшилось количество калия и цинка, снизилась интенсивность процессов фотосинтеза, дыхания и продуктивность растений.

8. Показано, что гормональный статус клубней и листьев трансформированных В1-геном растений картофеля сорта Супериор отличался от исходных: в апикальных глазках клубней содержалось больше АБК, но меньше цитокининов и ИУК, что сопровождалось снижением интенсивности дыхания и замедлением выхода из состояния покоя; в листьях — уровень АБК был значительно меньше, но выше соотношение И УК/АБК, при этом в них отмечено повышение водоудерживающей способности, интенсивности фотосинтеза. Под воздействием сернокислого цинка существенно возросло содержание ИУК в листьях трансгенных растений и их продуктивность.

9. Выявлены пути изменения гормонального баланса с помощью экзогенной обработки растворами микроэлементов, регуляторов роста и их сочетаниями. Установленные закономерности гормональной регуляции физиологических процессов на целом растении создают основу для использования микроэлементов и регуляторов роста в практике картофелеводства и селекционной работе.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Король В .В. Влияние регуляторов роста и микроэлементов на интенсивность дыхания прорастающих глазков картофеля // Растение, микроорганизмы и среда / Материалы межвузовской конференции молодых учёных. С.-Пб.: Гидрометеоиздат. 2000. С.39.

2. Король В.В. Влияние фитогормонов и микроэлементов на некоторые физиологические и анатомо-морфологические показатели прорастающих клубней картофеля // Материалы VII Молодёжной конференции ботаников. СПб.: БИНРАН. 2000. С. 123-124.

3. Лузина Т.И., Король В.В. Особенности физиологического действия фитогормонов и микроэлементов при раздельном и совместном применении // Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях / Материалы Шестой Международной конференции. М.: МСХА. 2001. С. 59-60.

4. Лузина Т.И., Хромова Л.М., Король В.В. Якушкина Н.И. Гормональные и физиологические особенности трансформированных ¿/-геном растений картофеля // Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях /

Материалы Шестой Международной конференции М : МСХА 2001 С 187188.

5 Пузина Т И, Король В В , Якушкина Н И Гормональная и трофическая регуляция прорастания клубней картофеля // Продукционный процесс сельскохозяйственных культур Орел: ОГАУ. 2001 4 1 С 105-111

6 Пузина Т И, Король В В Особенности физиологического действия бора и цитохинина при их раздельном и совместном применении на картофете.7 Агрохимия 2001. №9 С. 30-35.

7 Король В В. Влияние бора и ауксина на гормональный баланс и фотосинтетичсскую деятепьность картофеля при их раздельном и совместном применении И Фитофизиология перспективные исследования, связь с другими науками Тамбов ТГПУ 2001 С 64-68.

8 Король В В , Кириллова И Г, Пузина Т И Изменение гормонального баланса и физиологических процессов растения картофеля при обработке регуляторами роста и микроэлементами // Вестник Башкирского университета Уфа БГУ.

2001 №2(11) С 84-86

9 Пузина Т И, Хромова Л М , Король В Л , Якушкина Н И. Гормональный статус и рост трансформированных Bt-геном растений картофеля // Биотехнология — состояние и перспективы / Материалы 1-ого Международного Конгресса. М.. ЗАО ПИК "Максима", РХТУ 2002. С 108-109

10 Кого]' V V., Родпа 1.1, Kchromova LM, Yakushkma N1 The influence of microelements and auxin on the photosynthesis of initial and transformed plants I! Abstracts of International Conference "Photosynthesis and crop production" Kyiv

2002 С 62 63

Автор выражает искреннюю бтагодарность своему научному руководителю доктору биологических наук, профессору Т И Пузиной за постоянную помощь на всех этапах выполнения работы, благодарит за координацию исследований и ценные консультации д бн , профессора НИ. Якушкину, а также к б н ИГ Кирилтову и к б н. Л М Хромову за проведение совместных исследований

1,5 усл. п. л. Зак. 287 Тираж 100 экз.

AHO «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44