Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Рентгенографический и цитофотометрический анализ жизнеспособности семян сельскохозяйственных культур

ВАК РФ 06.01.14, Агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Рентгенографический и цитофотометрический анализ жизнеспособности семян сельскохозяйственных культур"

На правах рукописи

ГУСАКОВА Людмила Петровна

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЙ И ЦИТОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ СЕШН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

06.01.14- агрофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург -1997

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Агрофизике ском научно-исследовательском институте

Научные руководители:

- доктор бнологаческих наук Архипов М.В.,

- кандидат биологических наук Савин В.Н.

Официальные оппоненты:

- доктор биологических наук, профессор Батыгнн Н.Ф.,

- кандидат сельскохозяйственных наук Лнтовченко М.И.

Ведущая организация - Всесоюзный научно-исследовательский инстигу] растениеводства имени Н.И.Вавилова

Защита диссертации состоится " " СЛ'/^йУг^ 1997 г. в ^^ часот на заседании диссертацшдшого совета Д 020.21.01 в Агрофизическом научно-исследовательском институте по адресу:

195220, г. Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического на учно-исследовательского института

Автореферат разослан " '//" СЖ^с^С^ 1997 г

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения просим направить по адресу:

195220, г. Санкт-Петербург, Гражданский пр.,14, АФИ.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук

Архипов М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшей характеристикой качества семян является х жизнеспособность, которая определяется возможностью семян прорас-ать. Однако семя может быть живым, но не прорастать в силу ряда причин «дозрелость, состояние покоя и т.д.), а проросшие семена могут отличаться о ростовым показателям растений. Поэтому существенно оценивать не олько жизнеспособность семян, но н ее степень.

В настоящее время существует несколько критериев оценки жизнеспособ-ости семян, которые в целом можно разделить на морфофизиологические, иохимические и биофизические. Эти методы имеют свои положительные гороны, но не лишены недостатков. Поэтому всегда будет существовать еобходимость усовершенствования имеющихся и разработки новых мето-ов оценки жизнеспособности.

В данной работе предлагается метод рентгенографии, который позволяет изуализировать ингроструктуру семян. Использование метода цитофото-[етрии дает возможность подойти к раскрытию внутренних механизмов отери жизнеспособности семян, сконцентрированных в зародыше, а именно хроматине, основу которого составляет ДНК.

Цель и задачи исследования. Настоящая работа предпринята с целью раз-ития биофизических, инструментальных и количественных методов для нализа и оценки жизнеспособности семян, ее степени, длительности сохра-¡ения.

Задачи исследования следующие: 1) используя возможности метода рент-енографии, исследовать ингроструктуру мелких и пленчатых семян, диффе-'енцировать их по степени развития и повреждения; 2) усовершенствовать ктод рентгенографии с применением денситометрического анализа рентге-юграмм для более быстрой и количественной оценки жизнеспособности емян и ее степени; 3) исследовать устойчивость семян к ускоренному старе-ию для прогноза длительности сохранения жизнеспособности; 4) провести равннтельный анализ состояния хроматина в ядрах клеток меристемы корня ародышей жизнеспособных и нежизнеспособных семян, выявить возможные гехангомы потери жизнеспособности.

Научная новизна. Категория "жизнеспособность" семян дополнена поня-ием "степень жизнеспособности", что позволяет констатировать не только сивые или мертвые семена, но среди живых - выявлять способные давать юлее или менее продуктивные растения, устойчивые к неблагоприятным эакторам и длительному хранению. Предлагается использование биофизиче-ких, инструментальных методов - рентгенографии (по степени развития и ювреждения интроструктуры) и цигофотометрии (по состоянию ядра) для нализа и оценки жизнеспособности и ее степени. Возможности метода рент-

генографии расширены с применением денснгометрического анализа рентге нограмм. Предлагается оригинальная методика расчета всхожести по полу ченным рентгенограммам для семян некоторых овощных культур без пред верительного проращивания их.

На защиту выносятся следующие положения:

Важнейшей компонентой жизнеспособности семян является ее степень Степень жизнеспособности более полно характеризует жизнеспособносл семян и охватывает такие понятия, как потенциальная продуктивность семян устойчивость к неблагоприятным факторам, способность к длительному хра нению.

Степень жизнеспособности собственно семян можно характеризовать < применением метода рентгенографии по уровню развития и повреждения и: ингрострукгуры.

Механизм потери жизнеспособности семян связан с внутренними процес сами, происходящими непосредственно в ядрах клеток меристемы зароды шевого корня - начинается на уровне лабильной ДНК, но может затрагивать : ДНК, более прочно связанную с белком.

Практическая ценность. Предложены инструментальные, биофизически методы, которые позволяют проводить не только качественный анализ жи: неспособности, но и количественную оценку ее. Результаты, полученные помощью усовершенствованного денскгометрического анализа рентгене грамм могут быть положены в основу разработки практических методе оценки семенных партий по содержанию в них групп семян с разной стего нью развития и повреждения интроструктуры. Указанные методы могут быт использованы в генетических банках, при анализе и закладке на хранени семян коллекционных фондов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на I International Herbade Seed Conference, Germany, 1995, расширенном семинар лаборатории биофизики и радиобиологии растений ЛФНИИ (Саше Петербург, 1997), опубликованы в материалах III Всесоюзной конференци по сельскохозяйственной радиобиологии (Обнинск. 1990), научн< технической конференции "Перспективы развития рентгеновских трубок аппаратуры" (Ленинград, 1990), II Taller "Las Físicas en la Agricultura", Cub 1995, а также приняты к печати XVIII International Grassland Congress, Cañad • 1997.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, 3 работ находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четыр< глав, выводов и списка литературы, изложена на 125 страницах машинопи

ioro текста, содержит 14 таблиц и 18 рисунков. Слисок литературы включает 186 наименований, го них 44 - зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

С целью установления общих закономерностей были использованы сечена различных культур, а именно,

• зерновых (ячмень Hordeum sativum L, овес Avena sativa L.),),

■ злаковых кормовых трав (овсяница Festuca pratensis L., райграс Lolium multiflorum L.),

■ овощных культур (дыня Cucumis mello L., капуста Brassica oleracea L., турнепс Brassica rapa L., лук-батун Allium fistulosum L.).

Исследования проводили на семенах, взятых из партий разной жизнеспособности.

В работе использовались следующие биофизические методы: рентгенография семян, метод ускоренного старения, цитофотометрия ДНК в клетках корня зародышей семян.

Всхожесть в лабораторных условиях определяли по ГОСТу 13038-84, жизнеспособность по тетразолыюму методу - ГОСТ 12039-82. Замачивание и проращивание семян проводили в чашках Петри или специальных растильнях при температуре 22 ± 0,5°С в термостате.

Рентгенографию семян проводили на лабораторной установке 'Электроника 25", сконструированной на НПО "Светлана" с использованием медицинского портативного рентгеновского аппарата "РЕЙС" в следующем режиме: напряжение на трубке - 16...25 мэв, сила тока - 60...85 мка, экспозиция - 4...6 мин., увеличение - 2...3 раза.

Денситометрический анализ рентгенограмм проводили, измеряя с помощью денситометра ДП-IM оптическую плотность фона и изображения зерновки на рентгенограмме. По разнице значений судили о степени развития гемян.

Ускоренное старение проводили по следующей схеме: семена предварительно замачивали при температуре +2°С для достижения ими повышенных значений влажности, затем выдерживали в термостате при температуре 40°С и 44°С в течение 24. 48 и 72 часов в плотно закрытых сосудах, после чего ставили на проращивание.

Цнтофотометрические исследования: фиксацию и окрашивание растительного материала (корни зародышей семян) проводили по методике, описанной Архиповым М.В. и др. (1984). О состоянии хроматина судили по со-, держанию фракции ДНК-фуксина, выраженной в относительных единицах.

Размер ядер клеток корневой меристемы зародышей семян оценивали применением микрофотосъемки цитологических препаратов с использован? ем микроскопа МБИ-15-2 и встроенного в него фотоаппарата ФКМ-1.

Полученные данные обработаны статистически.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ИНТРОСТРУКТУРЫ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

КУЛЬТУР РАЗНОЙ ЖИЗНЕСПОСОБНОСТИ

1. Исследование жизнеспособности семян различных партий зерновы культур с применением визуального и морфометрического анализа рентгене грамм. Представлены данные рентгенографического анализа семян ячменя овса одного года урожая (1993), взятых из разных хозяйств Ленинградско области.

Визуальный анализ рентгенограмм позволил выявить в исследуемых пар тиях следующие группы семян:

- биологически полноценные,

- щуплые,

- сильно разрушенные,

- с повреждениями эндосперма.

По полученным рентгенограммам семена идентифицировали следующие образом: к биологически полноценным относили семена выполненные, пол ностью сформированные, имеющие светлое изображение на рентгенограмм« без темных участков и пятен. К щуплым относили семена с эндоспермов отстающим от оболочки. К сильно разрушенным относили семена, у которы. внутренняя структура просматривалась, но была полностью разрушенной. 1 группе с повреждениями эндосперма относили семена, имеющие локальны повреждения, проявляющиеся в виде темных участков и пятен.

Кроме того, оказалось, что семена ячменя, в отличие от семян овса, ; значительной степени подвержены трешиноватости. Исходя из данных Сави на В.Н. и др. (1981), согласно которым было установлено наличие сильно! отрицательной связи между показателем всхожести и долей семян с числог микротрещин более четырех на одно семя, для семян ячменя были выделен! дополнительно две группы-с трещинами менее и более 4-х на одно семя.

Как видно из таблицы 1, наибольшим процентом биологически полноцен ных семян (более 50%) обладают образцы семян ячменя, полученные из Гат чинского района. Эти же образцы содержат наибольший процент семян бе трещин (100,96 и 74%). В то же время образцы, полученные из Лужского (N2

3) и Кингисеппского (N5) районов не содержат или содержат единичные образцы биологически полноценных семян.

Табл. 1.

Рентгенографический анализ семян ячменя сорта Белогорский

N N парши. Без С трещинами С повре- Щуп- Раз- Биоло-

район тре- жден- лые, РУ- гически

щин. >4 <4 ным эн- % шен- полно-

% досперм ом.% ные, % ценные, %

1 37, Гатчинский 100 - - 15 28 - 57

л 71, Лужский 12 43 45 4 4 1 3

3 72, Лужский 15 52 32 4 22 - -

4 82. Всеволожский 60 3 37 5 28 2 25

5 117, Кингисеппский 12 34 44 5 17 2 -

- о суперэлига, Гатчинский 96 1 3 2 13 - 81

7 65, Гатчинский 74 5 21 2 16 1 55

Аналогичная картина наблюдалась и для семян овса - с более высоким (более 70%) содержанием биологически полноценных семян - из Гатчинского района и с меньшим то Лужского района.

Увеличивая изображение семян, метод рентгенографии позволяет проводить измерения линейных размеров семян. По отношению ширины к длине изображения зерновки на рентгенограмме оценивали количественную степень выполненности семян. Как показали наши исследования, наибольшим показателем выполненности обладали также семена из Гатчинского района и наименьшим - га Лужского района.

Полученные данные свидетельствуют, что как между партиями, так и внутри партий существует большое разнообразие семян, различающихся по степени жизнеспособности. В данном случае на вариабельность семян в большей степени сказалась культура земледелия, чем экологические условия в пределах Ленинградской области.

2. Неоднородность семян внутри партий с высокой и низкой всхожестью. Исследование набухания семян и размеров зародышей в течение первых суток замачивания. Из коллекционного фонда Всесоюзного института растениеводства были взяты образцы семян ячменя, обладающие высокой (более 90%), низкой (45%) и нулевой всхожестью. Было показано, что партия семян с низкой всхожестью отличается не только более низким процентом прорастания семян, но и меньшими ростовыми показателями, т.е. низкой степенью жизнеспособности. В связи с этим полагаем, что пониженную всхожесть

нельзя компенсировать соответствующим увеличением нормы высева семян, т.к. можно добиться лишь нужного числа растений на единицу площади, но не полной мощности их развития.

Было еще раз подтверждено, что проростки га травмированных семян растут хуже, чем из нетравмированных. У последних была установлена корреляция между начальными темпами насасывания воды (о которых судили по объемам семян, рассчитанным по линейным размерам их изображения на рентгенограмме) н интенсивностью начального роста.

На рис.1 представлены данные сравнительного морфометрического анализа зародышей жизнеспособных и нежизнеспособных семян ячменя.

1 1 -Т-

Ч-1-1-1-1-1-1-1-1-1

6 8 10 12 14 1 6 1 8 20 22 24

Длительность замачивания, час

Н-Н—I-1-1-1-1-1-1-1

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Длительность замачивания, час

Рис. 1. Изменение линейных размеров зародышей семян ячменя из партии с высокой (I) и нулевой (2) жизнеспособностью при замачивании в течение 24 часов

Как видно, различия между обоими вариантами проявляются, в основном, в изменении длины зародышей, начиная с 14-го часа замачивания. Так, в партии жизнеспособных семян с этого момента кривая, отражающая гоменение длины зародышей, идет по нарастающей, а в партии нежизнеспособных семян проходит через определенное плато. Увеличение длины зародышей у жизнеспособных семян может свидетельствовать о том, что начинается растяжение клеток, которое позволит семенам наклюнуться.

3. Многообразие семян злаковых кормовых трав по оптической плотности изображения на рентгенограмме: связь со всхожестью семян. Влияние ускоренного старения. Известно, что большим разнообразием характеризуются семена злаковых кормовых трав, у которых созревание на большом соцветии предопределяет их изначально большую разнокачественность, чем у зерновых культур. В связи с этим в данной серии экспериментов исследовали образцы из производственных семенных партий овсяницы и райграса. Особенность их состоит в том, что это семена мелкие, пленчатые и наружная цветковая чешуя плотно прилегает к зерновке, что представляет определенную трудность для исследования их внутренней структуры обычными методами.

В таблице 2 представлены данные визуального анализа рентгенограмм. В этом случае семена были более четко дифференцированы на группы по степени развития зерновки и по степени ее повреждения.

Табл. 2.

Рентгенографический анализ семян овсяницы и райграса

Культура, Всхо- Содержание семян в партии, %

N N партии жесть Развитие зерновки Повреждение зерновки

% Пустые Недоразвитые Бяоло-гаческн выполненные С трещн-явыя Слабо поврежденные Сильно разрушенные

1 Овсяница, 33 60 14 18 68 34 3 2

2 Овсяница, 59 20 2 36 62 48 12 1

3 Овсяница, 68 80 1 25 74 42 16 0

4 Райграс, 64 45 6 34 60 81 18 2

5 Райграс, 65 80 2 14 86 86 12 3

0 Райграс, об 80 0 2 98 90 12 2

По степени развития были выявлены три группы - пустые, недоразвитые и биологически полноценные. По степени повреждення-с трещинами, слабо поврежденные и сильно разрушенные. Как видно, производственные партии значительно различаются по содержанию в них разных групп семян. Морфо-

метрический анализ рентгенограмм показал, что степень развития зерновки отражается и на размерах семян, причем вариабельность внутренних размеров зерновок (по ширине-до 5 и по длине-до 12 раз) превышает изменчивость внешних размеров - длины и ширины контуров цветковых чешуй (до 2-х раз).

Однако визуальный анализ рентгенограмм включает определенную долю субъективности, а морфометрия довольно трудоемка; более экспрессным и объективным является денсигометрический метод анализа рентгенограмм. Гистограммы распределения семян по оптической плотности изображения на рентгенограмме выявили четыре группы, а сравнение семян каждой группы с результатами визуального и морфометрического анализа позволило установить, что они отражают степень развития зерновки. Как видно из рисунка 2, наиболее четко эта связь проявляется в анализе корреляций между шириной зерновки, ее развитием и оптической плотностью изображения в области значений 0,00...0,10 - 0,10...0,20 (г=+0,81). Это диапазон оптических плотностей охватывает две группы семян - пустые и недоразвитые. При дальнейшем увеличении оптической плотности связь между шириной зерновки и значениями оптической плотности отсутствует. Семена с оптической плотностью в диапазоне 0.21...0,30 и выше могут быть отнесены к одной группе - биологически полноценно развитые семена. Проращивание отснятых семян показало, что всхожесть семян с недоразвитыми зерновками была в 3 раза, а длина проростков в 2 раза меньше, чем у семян с биологически полноценно развитыми зерновками.

0,3

О

о

^ 0,2

о и

0.1

О

0,00 0,87 1,00 1,13 1,27 1,40 1,63

Ширина зерновки, мм

Рис. 2. Зависимость изменения оптической плотности изображения зерновок на рентгенограмме от их ширины (степени развития)

Таким образом, усовершенствован! гый метод рентгенографии семян с денситометрическим анализом рентгенограмм позволяет оценивать степень жизнеспособности семян по содержанию групп семян с разным уровнем развития и повреждения зерновки.

Важным показателем жизнеспособности семян является способность к длительному ее сохранению. В связи с этим проводились исследования влияния ускоренного старения на семена овсяницы, взятые из разных партий. Как видно из таблицы 3, семенная партия с изначально низкой всхожестью оказалась наиболее чувствительной к ускоренному старению. Установлено также, что ускоренное старение в большей степени проявляется на энергии прорастания, чем на всхожести.

Табл. 3.

Влияние ускоренного старения семян овсяницы на их жизнеспособность

Энергия прорастания/всхожесть, °/о

N Исходная Влажность семян, %

партии до ускоренного- 11 30 37

се- старе- Л лительность прогревания семян п ри 40°С, час

мян ния 24 48 Г 72 24 48 72 24 48 72

33 40 17 5 11 17 15 13 22 6 14

60 47 59 57 37 53 58 53 60 60

59 12 4 0 0 2 0 1 0 0 0

20 9 23 21 4 0 2 0 0 1

68 64 36 31 17 22 18 14 14 6 10

80 83 82 77 68 75 69 73 66

Таким образом, используя наряду с рентгенографическим анализом исследования с применением ускоренного старения, можно прогнозировать и временной показатель жизнеспособности, т.е. длительность ее сохранения.

4. Рентгенография семян овощных культур. Расчет всхожести по содержанию семян с внутренней поврежденностью, выявляемой по рентгенограммам. Были отобраны парные образцы семян овощных культур, различающихся по всхожести. Как видно из таблицы 4, семена дыни, луха-батуна и турнепса различались в 1,4...1,7 раз и семена капусты в 2,7 раза. Даже простое вычленение с помощью визуального анализа рентгенограмм группы поврежденных семян, куда относили семена недоразвитые, с дефектами и внутренними повреждениями, позволило провести расчет всхожести семян без их

предварительного проращивания. Коэффициент корреляции мевду всхожестью, определяемой стандартным методом, и всхожестью, рассчитанной по рентгенограммам, составил г=+0,89. В данном случае определяющим фактором при расчете всхожести явилось количество семян с внутренними повреждениями.

Табл. 4.

Сравнение результатов определения всхожести семян обычным и рентгенографическим методами

N Культура, сорт Всхожесть, % Количество проросших семян из 100 на рентгенограмме. % Количество поврежденных семян на рентгенограмме, % Поправочный коэффициент Расчетная всхожесть, | %

1 Дыня "Казачка" 62 60 10 4 60

т Дыня "Золотистая" 91 95 2 3 94

3 Лук-батун "Уральский" 70 63 10 4 60

4 Лук-батун "Уральский" 33 38 13 4 48

5 Турнепс "Остерзундомский" 61 76 10 4 60

6 Турнепс "Остерзундомский" 96 99 2 3 94

7 Капуста "Слава" 29 35 15 4 40

8 Капуста "Слава" 94 93 4 3 88

Далее было исследовано влияние ускоренного старения на примере двух пар образцов семян турнепса и капусты, различающихся по всхожести, соответственно, в 1,6 и 2,7 раза. Более чувствительными к ускоренному старению оказались семена турнепса из партии с большим количеством семян с внутренней поврежденностью и старовозрастные семена капусты. Также, как и в эксперименте с семенами овсяницы, ускоренное старение в большей степени проявляется на энерши прорастания, чем на всхожести. Это может служить еще одним подтверждением того, что семена по-разному реагируют на воздействие неблагоприятных факторов, т.е. степень жизнеспособности разная.

ЦИТОФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В КЛЕТКАХ

МЕРИСТЕМЫ КОРНЯ ЗАРОДЫШЕЙ ЖИЗНЕСПОСОБНЫХ И

НЕЖИЗНЕСПОСОБНЫХ СЕМЯН

1. Исследование состояния хроматина в ядрах клеток меристемы зародышевого корня жизнеспособных и нежизнеспособных семян. Цитофотометри-ческие исследования проводили на примере семян ячменя. Рассматривались следующие варианты: жизнеспособные семена с всхожестью более 90%-Одесский 100 (1988), Одесский 115 (1986) и Одесский 9 (1985); нежизнеспособные семена в результате естественного старения - Одесский 9 (1974) и местный Армянской ССР (1971); нежизнеспособные семена в результате воздействия физических факторов в летальных дозах (выдерживание в горячей воде при температуре 70°С 1 час и воздействие гамма-радиации в дозе 6 Мрад).

Оказалось, что изменения, происходящие в клетках тканей зародышей семян при потере жизнеспособности во многом связаны с лабильной фраюш-ей - она выявляется раньше и. следовательно, более ответственна с точки зрения внутренних процессов. На рисунке 3 представлены значения этой фракции для воздушно-сухих семян и на 8-й час замачивания, т.е. в период до синтеза ДНК, который согласно литературным дашгым (Sugita, Sasaki. 1981) начинается на 12 ...14 час замачивания семян. Как видно, в варианте жизнеспособных семян при их замачивании происходит увеличение этой фракции на 16...27%, в этом случае лабилизация хроматина происходит естественным образом и отражает усиление метаболической активности ДНК в процессе выхода клеток из состояния покоя. Для нежизнеспособных семян (как после естественного старения, так и после воздействия физических факторов) этот показатель оставался прежним, либо имел тенденцию к снижению (на 16 и 10%). Как видно из рисунка, содержание 3-х минутной фракции ДНК-фуксина в клетках зародышей сухих нежизнеспособных семян выше, чем у жизнеспособных. Известно, что в клетках тканей сухих семян процессы синтеза практически отсутствуют, следовательно, это может свидетельствовать о лабили-зации ДНК, отражающей деструктивные изменения, связанные с нарушением структуры ДНК и ослабления прочности связи ДНК-белок в хроматине.

Таким образом, потеря жизнеспособности отражается уже на уровне лабильной фракции ДНК, но, как показали наши исследования, может затрагивать и фракцию ДНК, более прочно связашгую с белком.

2. Изменение размеров ядер в клетках меристемы корня зародышей жизнеспособных и нежизнеспособных семян. Как свидетельствуют литературные источники, существует зависимость между степенью конденсации-

в

¡1

5 й ч

С К и

3 ^Г я

5 ь

* а о

о о

2 «

Е «и

п 2 О о

ж

0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00

0 час 8-Й час 0 час 8-й час 0 час 8-й час

Время замачивания семян, час

□ 2 ЕЭЗ И4 П5 Ш6 И 7

Рис. 3. Содержание 3-х минутной фракции ДНК-фуксина в клетках меристемы зародышевого корня семян ячменя.

А - жизнеспособные семена, Б - нежизнеспособные семена в результате естественного старения, В - нежизнеспособные семена в результате воздействия физическими факторами в летальных дозах.

Сорта ячменя: I- Одесский 100, 1988 г; 2 - Одесский 1 15, 1986 г; 3 - Одесский 9, 1985 г; 4 -Одесский 9, 1974 г; 5 - ячмень местный Армянской ССР, 1971 г; 6 - Одесский 100, 1988 г, после термального воздействия; 7- Одесский 100, 1988 г, после радиационного воздействия.

деконденсации хроматина и общей организацией ядра, его размерами (Gurdon, 1968; Alvares, 1969).

Учитывая, что на приготовленных цитологических препаратах для исследования состояния хроматина, ядра окрашиваются и хорошо видны, проводили сравнительную оценку размеров ядер в клетках меристемы корня зародышей жизнеспособных и нежизнеспособных семян ячменя Одесский 9 (соответственно, 1985 и 1974 гг.) в течение первых суток замачивания семян. Полученные результаты представлены в таблицах 5 и 6.

Табл. 5.

Значения объемов ядер в клетках меристемы зародышевого корня жизнеспособных семян

Вариант семян ¡ Время 1 замачивания, час Объем ядер, мкм3

Воздушно-сухие I 0 119,15 ± 1,36

Наклюнувшиеся i 24 143,65 ±2,24

Ненактонувшиеся 1 i 134,88+ 1,49

Табл. о Значения объемов ядер в клетках меристемы зародышевого корня нежизнеспособных семян

Вариант семян Время замачивания, час Объем ядер, мкм3

Воздушно-сухие 0 157,43 ±2,13

После замачивания 24 198,66 ±2,41

Как видно из таблиц, размер ядер в клетках тканей корня нежизнеспособных семян значительно больше, чем у жизнеспособных семян - в среднем на 30% больше у воздушно-сухих семян и на 40% больше на 24-й час замачивания. Интересно, что различия по этому показателю между жизнеспособными и нежизнеспособными семенами можно выявить уже на уровне воздушно-сухих семян. При замачивании семян различия наблюдаются и по величине дисперсии. Так, если в случае жизнеспособных наклюнувшихся семян значение дисперсии увеличилось в 1,6 раза, то у нежизнеспособных семян практически не изменилось. В варианте жизнеспособных семян это может свидетельствовать об увеличении гетерогенности исследуемой популяции клеток как результата идущих активных процессов, связанных с выходом клеток го

состояния покоя; в варианте нежизнеспособных семян - о большей неподвижности данной популяции. В варианте жизнеспособных семян главным фактором может служить то, что к этому времени ядра находятся в состоянии, близком к делению и их размер в большей степени определяется уровнем конденсации-деконденсации хроматина. Что касается нежизнеспособных семян, то увеличение размеров ядер в клетках происходит, вероятно, за счет разбухания вследствие нарушения проницаемости клеточных и ядерных мембран, вызванных процессами старения, а также отсутствием возможности дальнейшего деления ядер.

ОБСУЖДЕНИЕ

"Seed preserved live" (Shobexlain W., 1995)

В этом кратком эпиграфе сосредоточен биологический смысл жизнеспособности семян: семена сохраняют жизнь и обеспечивают ее продолжение.

В целом жизнеспособность семян определяется способностью прорастать, расти и давать полноценное растение, г.е. характеризует главное свойство семян - способность к жизни.

Классическими методами определения качества семян являются тетра-зольно-топографический и по определению всхожести. Однако эти методы дают усредненную характеристику партии. При одинаковой всхожести могут значительно варьировать ростовые показатели и урожайные качества. Эти изменения, неуловимые показателями всхожести по стандартной методике, по мнению Жуковой Н.В. (1978), по-видимому, являются одной из причин, обуславливающих различия и в долголетии хранимых семян. С возрастом семена старятся, но это не сопровождается резким переходом из живого состояния в мертвое, а проходит через состояние снижения жизнеспособности. По данным Веселовой Т.В. и др. (1995), независимо от способа хранения распределение семян по уровню свечения соответствовало 3-м фракциям - жизнеспособные, слабые и мертвые семена. Переход семян из жизнеспособного состояния в нежизнеспособное, согласно Кияшко Ю.Г. (1986), проходит в три стадии: активации, депрессии и деградации, каждой из которых соответствует определенный уровень жизнеспособности.

Обратимся к таблицам 1, 2 и 4. Согласно данным визуального анализа рентгенографического изображения семян, значительные различия обнаружены по интроструктуре семян, степени их сформированности и наличию механических повреждений, что тоже предопределяет их разную жизнеспособность. В связи с этим считаем, что понятие "жизнеспособность" целесообразно дополнить понятием "степень жизнеспособности", рассматривая его не

*

[тросто как способность семян прорастать или не прорастать, а давать росток ; большим или меньшим уровнем развития, что находит отражение в понятии "сила роста семян" (Лихачев, 1986).

Как показали наши исследования, проведенные на семенах овсяницы, гурнепса и капусты, потеря жизнеспособности в первую очередь сказывается ка изменении энергии прорастания. Особенно это важно для партий семян с изначально высокой всхожестью, когда даже 2-3-х суточное выдерживание гтри повышенных значениях температуры и влажности незначительно меняет этот показатель, тогда как по значениям энергии прорастания различия могут достигать 10 раз. Таким образом, наблюдается не только снижение процента всхожести, но и существенное отставание в развитии проростков, формирующихся то еще жизнеспособных семян.

Степень жизнеспособности может характеризоваться энергией прорастания, силой роста, а также по устойчивости семян к экстремальным воздействиям, создаваемым в условиях ускоренного старения. Однако, все эти показатели характеризуют степень жизнеспособности семян опосредованно, через ростовые показатели.

Между тем, степень жизнеспособности семян во многом определяется сформированностью семян и их поврежденностью. Как следует из наших исследований, эти показатели в достаточной мере позволяет выявлять метод рентгенографии и тем самым оценивать степень жизнеспособности собственно семян.

Как показали наши исследования на семенах овощных культур, даже простое разделение с помощью визуального анализа рентгенограмм на неповрежденные и поврежденные семена позволило провести предварительный расчет всхожести семян без их проращивания.

По полученным рентгенограммам был проведен сравнительный анализ размеров зародышей жизнеспособных и нежизнеспособных семян ячменя. Было установлено, что разгагчия между этими вариантами проявляются по изменению длины зародышей, начиная с 14-го часа замачивания семян. Известно, что именно в этот период в тканях зародышей живых семян начинается синтез ДНК. Хотя деления клеток еще не происходит, в клетках активизируются метаболические процессы и увеличение их размеров происходит за счет процессов растяжения. Таким образом, по изменению длины зародышей с помощью метода рентгенографии можно установить различия между жизнеспособными и нежизнеспособными семенами уже на 14-й час, тогда как, к примеру для семян зерновых культур, по тетразольному методу - на 18-й час, по энергии прорастания - на 72-й час, по всхожести - на 168-й час.

Морфометрия рентгенографического изображения семян представляет широкие возможности. для исследования жизнеспособности - измерение