Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

РОЛЬ ЭТИЛЕНА И АБСЦИЗОВОЙ КИСЛОТЫ В РЕАЛИЗАЦИИ ГЕРБИЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ 2,4-Д И ПИКЛОРАМА

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "РОЛЬ ЭТИЛЕНА И АБСЦИЗОВОЙ КИСЛОТЫ В РЕАЛИЗАЦИИ ГЕРБИЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ 2,4-Д И ПИКЛОРАМА"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

На правах рукописи ПЕТЕЛИНА Галина Георгиевна

РОЛЬ ЭТИЛЕНА И АБСЦИЗОВОЙ КИСЛОТЫ В РЕАЛИЗАЦИИ ГЕРБИЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ 2,4-Д И ПИКЛОРАМА

(03,00,12 — физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА—1дв1

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте фитопатологии МСХ СССР.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Д. И. Чкаников.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Н, П. Кораблева, кандидат биологических наук В. Г. Ко-чанков.

Ведущее предприятие — Институт физиологии растений АНУССР. ,

Защита состоится € т . » . 198 & . г.

в ч на заседании Специализированного совета

Д-120,35.07 при Московской сельскохозяйственной академии им. К, А. Тимирязева.

127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Автореферат разослан « . .1981 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических наук

" М. Н. КОНДРА

РАТЬЕВ

Актуальность темы исследования. Гормональные гербициды (прежде всего производные арнлоксиалканкарбоновых кислот) являются эффективными средствами борьбы с сорняками в посевах ряда культур, а также средствами сплошного уничтожения растительности на невозделываемых территориях (Крафте, Роббинс, 1964; Воеводин, 1964; Maier-Bode, 1971). Механизмы действия таких соединений всесторонне изучаются в связи с необходимостью изыскания путей направленного синтеза новых физиологически активных веществ. Кроме того, результаты этих исследований способствуют разработке рациональных методов защиты растений н развитию представлений о функциях эндогенных фитогормонов.

Исследованиями Ки, Хэнсона и Слайфа {Key, Hanson, 1961; Hanson, Slife, 1961, 1969) к многих других авторов установлено, что физиологическая активность 2,4-дпхлорфенок-сиуксусной кислоты (2,4-Д) и 4-амино-З, 5, 6-трихлорпнколн-новой кислоты (пиклорам) реализуется главным образом в клетках латеральных и апикальных меристем (Fang et al., 1951; Ладоннн, 1971; Davis ei at., 1972; Калинин, Мусияка, 1974). Установлено, что в латеральных меристемах гормональные гербициды дерепрессируют часть генома и индуцируют деление и накопление массы слабо дифференцированных клеток {Holm et al., 1970; Günter et al., 1970), и это влечет за собой создание новых «центров аттрагировання» питательных веществ, сдавливание сосудов флоэмы и нарушение целостности покровных тканей (Земская, 1958; Чканнков, Соколов, 1973). Наряду с этим деление и растяжение клеток апикальных меристем прекращается по недостаточно выясненным причинам.

Полагая, что в формировании гербицндного эффекта подавление апикального роста имеет не меньшее значение, чем образование «опухолей» на базальных частях осевых органов растений, мы исследовали механизмы реализации ингибитор-ной активности гормональных гербицидов в клетках апикальных меристем. При этом основное внимание было уделено изучению возможности торможения деления и растяжения

«птр. B»»rai С:..Л 0Теи

>ч I . .

клеток апикальных меристем за счет изменения баланса эндогенных регуляторов роста растеши"! -под влиянием 2,4-Д и пнклорама, способных играть роль физиологических аналогов ауксина.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы было изучение возможности участия эндогенных регуляторов роста в реализации гербицидного эффекта 2,4-Д и пнклорама. В связи с этим следовало:

1) выяснить возможность непосредственного участия гормональных гербицидов в торможении н прекращении протекающих в апексах процессов деления н растяжения клеток;

2) выяснить отношение индуцированного гормональными гербицидами этилена к подавлению апикального роста;

3) изучить роль абецнзовой кислоты в реализации гербицидного действия 2,4-Д н пнклорама.

Научная новизна. Проведено исследование роли эндогенных регуляторов роста п реализации гербицидного действия 2,4-Д и пнклорама. Впервые получены данные, позволяющие заключить, что подавление апикального роста у растений, обработанных 2,4-Д и пиклорамом, не может быть отнесено за счет непосредственного пи гиб ирующего воздействия этих гербицидов. Установлено, что количество этилена, выделяющегося растениями под действием гормональных гербицидов, и продолжительность периода повышенной интенсивности процессов его биосинтеза прямо связаны с концентрацией гербицида |[ степенью его псрспсгентности. Впервые показано, что под действием 2,4-Д и пнклорама в растениях значительно возрастает содержание абсцизовон кислоты, которая идентифицирована с использованием современных физико-химических методов. Высказано предположение об участии этилена и абецнзо-вой кислоты в характерном для гербицидного эффекта 2,4-Д и пнклорама подавлении апикального роста растений.

Практическая ценность работы. Результаты изучения механизма действия 2,4-Д и пнклорама могут быть использованы в качестве научной основы при создании новых физиологически активных веществ, необходимых для различных отраслей растениеводства.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всесоюзной конференции «Метаболизм н механизм действия фнтогормонов» (Иркутск, 1978) и на конференции молодых ученых ВНИИФ (Голшшпо, Московской обл., 1979).

Публикации. По т1>ме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, где рассмотрены современные представления о механизмах реализации активности гормональных гербицидов в растениях и вопрос о возможности участия эндогенных ингибиторов в реализации гер-

о

бицндного действия 2,4-Д и пиклорама; описания объектов ir методов исследования, изложения полученных результатов, их обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 84 работы отечественных к 216 — зарубежных автором.

Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 25 рисунков л 20 таблиц.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Растения и реактивы, Осноинымн объектами исследований были этиолированные проростки сон (Glycine шах) и зеленые растения фасоли (Phaseolus vulgaris), так как особенности их реакции на гормональные гербициды достаточно хорошо изучены.

Для обработки этиолированных растений использовали растворы калиевых солей ПУК 2,5- 10-аМ, 2,4-Д 5 00-4М или 5* 10~3М и пиклорама 5 • 10"5М, 5 ■ 10" "М или 5 • 10-3М. При введении 2,4-Д в этилированные проростки сои через корни гнпокотили переносили на питательный раствор (1/8 от нормы), содержащий 5-10~4 или 5'10~аМ гербицида. Растения зеленой фасоли обрабатывали растворами гербицидов в 20%-ном этаноле с 0,25% твнн-20 из расчета 1 мкг пиклорама пли 10 мкг 2,4-Д на растение.

Определение гербицидов в растениях проводили в разных органах зеленых растений фасоли, обработанных гербицидами (2,4-Д-1-Си 10 мкг на лист, пиклорама-1-См 1 мкг на лист). Содержание 2,4-Д определяли также в этиолированных проростках сои, в которые меченный по углероду карбоксильной группы гербицид поступал через корин (при концентрации растпора 5-10_лМ или 5-10-3М). После окончания экспозиции растения расчленяли на части, навески растительного материала высушивали и сжигали на приборе «Трк-Карб». Выделяющийся Си02 поглощался раствором м о но э г а н о л а м нн а в метаноле. Аликвоту вносил» в ецннтилляционкыи раствор (смесь толуола, диоксана, этанола 50:40:10, содержащая 2,4% нафталина, 0,75% РРО, 0,015% РОРОР) и измеряли радиоактивность на сцинтнлляцнониом спектрометре SL-40 (Интср-техннк).

Интенсивность выделения этилена определяли газохрома-тографическнм методом. Растительную ткань помещали в герметичные флаконы с известным объемом, после определенного срока инкубации с помощью шприца отбирали пробы газа и анализировали на газовом хроматографе «Аэрограф 2100-40» с пламенно-ионизационным детектором. Хроматографнрованне проводили на стеклянной колонке, заполненной окпсыо алюминия, при температуре детектора и инжектора -j-100', колонки +30° и скорости тока гелия 20 мл/мин. Количественное

определение этилена, элюнровавшегося с колонки через 90 с. при указанных условиях, проводили с помощью калибровочного графика по плошали пика.

Определение абсцизовой кислош (ЛЕ»К) в растениях проводили в основном но Л\нлборроу, а также Киегту н Бруннс-ма (Milborrow, 1967, Klient. Bruinsma, 1973). Ткань фиксировали жидким азотом, растирали, затем экстрагировали метанолом, Экстракт упаривали под вакуумом до водной фазы. К водному экстракту добавляли KsHPO, до 0,5М концентрации, а затем его обрабатывали последовательно гексаном и диэгнлоиым эфиром. Водный раствор подкисляли до pH 2,0, ЛБК экстрагировали днэгиловим эфиром. Эфирный экстракт промывали водой и упаривали под вакуумом, остаток растворяли в метаноле н подвергали хроматографнческому разделе-лению в тонком слое енлнкагеля. Зону хроматограммы, соответствующую Rf абснизовой кислоты, элюнровали, элюат упарнналн досуха. Остаток растворили в смеси днэтнлового эфира Ii метанола (в:1) н обрабатывали дпазометаном. Анализ метилового эфира ЛБК проводили на хроматографе «Аэрограф 2100-40» с детектором по захвату электронов, используя стеклянную колонку, наполненную хромосорбом W-AW-DMCS с .10% силиконового масла ДС-200. Хроматографнрова-нне вели при температуре колонки и инжектора -4-200°, детектора + 210 , скорости тока гелия 10 мл/мин. Количество АБК определяли с помощью калибровочного графика по площади пнкл.

При определении биологической актнпностн абецнзовой кислоты, выделенной из растнтслЕ.ных тканей, использовали биотест на прорастание семян горчицы (Ксфели it др., 1975; Коф, 1977), Выделенная из растительных тканей абспизовая кислота идентифицирована с помощью тонкослойной н газожидкостной хроматографии, а также масс-снектрометрни.

Опытные данные обрабатывали методом математической статистики (Бен л и, 1962).

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Большая часть экспериментов проведена с использованием 64-часовых этиолированных проростков сон, для опрыскивания которых использовали 5-10-&—5* 10~3М растворы 2,4-Д и пик-лорама, а также ПУК в концентрации 2,5- 10~аМ. Под влиянием гербицидов деление клеток апекса замедлялось, а затем прекращалось совсем, растяжение клеток субаппкальной зоны также тормозилось; одновременно в баэальпих частях гипоко-тилен происходило латеральное растяжение, а затем начиналось энергичное деление клеток, что внешне проявлялось в заметном утолщении этнх частей проростков (Key et al., 1966).

Влияние ИУК на этиолированные гнпокотилн сон вначале было аналогичным, однако значительно более кратковременным по сравнению с действием 2,-1-Д и особенно ппклорама.

Под влиянием ИУК и гормональных гербицидов очень быстро и резко увеличивалось количество продуцируемого тканями гппокотилей этилена. При этом и апикальной части пшокотнлей биосинтез этилена интенсифицировался особенно значительно (табл. 1), Оказалось, что гормональные гербициды являются гораздо более эффективными индукторами процессов образования этилена, чем ПУК. (табл. 1). С повышением концентрации гербицидов эффект усиливался. При этом пнклорам, обладающий гораздо более шлсокой токсичностью для сом, соответственно оказывал и значительно более сильное влияние па биосинтез этилена (табл. 1).

Таблица I

Образование этилена а -этиолированных гипокотилях сои, обработанных ИУК и гормональными гербицидами

Вариант опта Образование этилена (пл в час на г ткани) п тканях различных частей пшокотнлей сон через разное премя после обработки

апикальная с\* баші кальная базальная

3 час. 12 час. 48 чзс. 3 час. 12 час. 48 час. 3 час. 12 час 48 час.

Контроль (вода) 40 40 ■І0 20 20 20 15 15 15

ИУК 2.5* 10-*М 450 250 34 380 400 50 200 150 15

„ , л Г,. Ю-'М ПО 200 220 (800 160 1040 310 460 СОО 1520 230 330 120 310 320 460 60 ПО

Пик-5 . 10-5М ло- 5 . Ш-'М рам 5 , 10-3Л1 90 200 290 260 2200 3700 170 22(0 2500 130 380 290 090 1030 1000 260 180 360 60 280 230 150 320 280 50 40 50

П"4 при р«"0,03 1р. р/^от х

Выяснилось, что ткани пшокотнлей сои отвечают на обработку ауксином или его физиологическими аналогами не только активизацией процессов биосинтеза этилена, но и накоплением эндогенных веществ, входящих в состав «р-ингнби-торного комплекса». Установлено, что повышение рост-нн-гнбнрующей актнвностн экстрактов из обработанных гипоко-гилей обусловлено преимущественно накоплением абецизовой кислоты. Последняя была выделена из ткани пшокотнлей в

количествах, достаточных для идентификации, осуществленной при помощи тонкослойной хроматографии в нескольких системах растворителей, газожндкостной хроматографии на жидких фазах с различной полярностью, биотестов и масс-спектромет-рни (рис. 1).

Под влиянием ауксина н его синтетических физиологических аналогов содержание АБК заметно (в несколько раз по сравнению с контролем)-возрастало уже через несколько часов после обработки (табл. 2). При этом изменения содержания эндогенного ингибитора под влиянием ИУК были относительно небольшими и непродолжительными. Более персистент-ные физиологические аналоги ауксина индуцировали накопление значительно больших количеств абсцизовой кислоты, причем под действием ииклорама в концентрации о- Ю-'М содержание эндогенного ингибитора в тканях гнпокотилей возрастало до величин в несколько десятков раз превосходящих уровень контроля. В то же время 2,4-Д в относительно невысокой концентрации (5-10-4М) оказывала примерно такое же влияние на содержание абсцизовой кислоты, что и ИУК (табл. 2).

Совершенно очевидно, что те части гипокотнля, в которых преобладают делящиеся клетки или клетки, растущие растяжением, реагировали на обработку гормональными гербицида-

Таблица 2

Изменение содержания абсцизовой кислоты в этиолированных гипокогнлях сои под действием ИУК, 2,4-Д и пиклорама

Содержание ЛБК (нг/г ткаип) в тканях различных частой п ток о гилей сон через разнос премя после обработки

опита апикальная субаппкалыган базальная

3 I 12 час 1 ч.іс •18 час 3 час 12 48 час I час 3 час 12 час 48 час

Контроль (пода) і 22 22 22 10 10 10 8 8 8

ИУК 2,5- Ю-ЗМ 78 111 43 19 75 28 23 210 61

о, п 5• ю-;м -4'Д 5 . I О—3М 34 82 104 16Э 63 532 35 60 143 348 86 1440 60 134 158 304 108 572

Пик- Г». 10—5М л о- 5 . Ю-'М рам 5 , 10—'М 125 54 143 172 221 485 165 123 1275 35 21 130 190 522 825 210 113 1600 72 40 135 240 257 770 208 128 1400

н=3 при р=0,05 (р от х

6

eN

■ft Е

<5

■ч з

а;

S *

а;

100 во 60 АО го

m

m во

so «

20

91

m

77

т

wo

125

f12

-L-U

M

162

17 & 112

«7

J :

200

m

12S nk m

m

200

a

2І6 J_

300

M*

246 260 278 í I I

300

m/c

Ржс.1 Масс-спектры метиловых эфкров Ш, выделенной КЗ ЭТЕОЛИрО-вавшх гжпокотілей coz (а) в синтетической абсцазовой кислоты (0)

Рис. 2. Изменение содержания 2,4-Д {—'—), абсцвзавой кяалоты (-«-}, интенсивности шдеиения этшвиа (г*-) и подавление роста

различных зон пшокотжля этиолированных проростков сси, обработанных 5*10"% раствэром 2,4-Д через корни, (Зоны га-поноткля: А-апикальная, В-субаликальная, Счйэальная) ^Изменение дпшы Назальной зоны 2 контроле и варианте с • 2,4-Д было незначительный

Рис, 3. Изменение содержания гербицида ( ■ ), абснизовой кислота (—), интенсивности шде-ленкя этилена и подавление роста (--л*--) первого тройчатого листа зежнш; расте-

ний фасоли после обработки настоящего диета; а) 10 мкг 2,4-Д, б) I мкг шшлорала

ми гораздо более энергичным накоплением абсцизовой кислоты, чем клетки, закончившие дифференциацию (табл. 2);

Складывалось впечатление, что интенсификация биосинтеза этилена и абсцизовой кислоты представляет собой специфическую ответную реакцию делящихся и активно растущих растительных клеток на присутствие чрезмерно больших количеств ауксина и особенно его иерснстентных физиологических аналогов. Можно было думать, что иыраженность этой ответной реакции прямо зависит от количества неизмененного соединения и от уровня его физиологической активности.

Обоснованность указанного предположения не удалось проверить опытами, в которых этиолированные гипокотилн опрыскивали растворами соответствующих веществ, так как при этом большая их доля подвергалась иммобилизации, из-за чего нельзя было составить правильное представление о содержании ауксинов в интересующих нас тканях. В связи с этим условия проведения экспериментов были изменены таким образом, чтобы гормональные гербициды распределялись в гн-покотилях за счет нормально функционирующих механизмов транспорта органических веществ. Для этого корн» проростков погружали в раствор 2,4-Д, а затем изучалась динамика накопления гербицида и интенсивности образования этилена и абеннзовой кислоты разными частями этиолированных гнпоко-тилей сои.

В первые 12 часов после экспонирования проростков на растворах 2,4-Д-С14 (5- 10~3М) происходило прогрессивное увеличение концентрации гербицида во всех частях гнпокогн-лей. Накопление гербицидов раньше всего начиналось, естественно, в базалышх зонах; в расположенной выше зоне растяжения оно было отмечено несколько позже; в апикальных донах гербицид можно было зарегистрировать лишь через 12 часов после начала обработки. После достижения максимума количество гербицида в быстро растущих зонах гипокотн-лей уменьшалось, по-видимому, за счет его постепенного разрушения (рис.2).

Интересно отметить, что динамика интенсификации образования этилена различными зонами гппокотилей совпадала с динамикой содержания гербицида. Существование связи между накоплением физиологического аналога ауксина и размерами индукции процессов образования этилена подтвердилось также разультатамн опыта, в котором для обработки проростков иснользопался раствор 2,-1-Д значительно более низкой концентрации - 5- 10-<М. В этом случае гербицид практически не достигал апекса; соответственно этому и интенсивность образования этилена в тканях оставалась на уровне необработанного контроля (табл. 3). Клетки зоны растяжения и апекса в отличие от базальпых частей гнпокогиля реагировали на

2,4-Д особенно значительным повышением уровня продукции этилена (рис. 2).

По мере ннтенелфнкацнн процессов образования этилена происходило увеличение содержания абсцизовой кислоты во всех частях гилокотнлей. При этом в апексе создавалась значительно более высокая концентрация АБК по сравнению с тканями субапикалыюй и базальиой зон гипокотиля. Более того, ЛБК накапливалась в апексе даже в том случае, когда гербицид по достигал этих тканей и объем выделяющегося этилена ие превышал норму (при экспозиции на 5- 10~4М раст-поре 2,-1-Д (табл. 3).

Таблица 3

Изменение содержания 2,4-Д, ЛБК, интенсивности образования этилена и подавление роста различных зон гипокотилей этиолированных проростков сои при обработке корней 5 . 10—*М 2,4-Д

Зона Продолжительность обработки, час Подавление прироста, % от контроля Содержание АБК, иг/г Содержание 2,4-Д, нг/г Интенсивность выделения этилена, нл в час/г

Апикальная 0 12 21 0 88 91 36 73 81 0 0 0 46 61 22

Субани* к а льна« 0 12 21 0 71 74 20 88 95 0 360 130 17 455 344

Начальная 0 12 21 * * 15 73 130 0 2660 1370 12 382 155

* Изменение длины паилыюц зоны в контроле и парианте с 2.-1-Д било незначительным.

Полученные данные могли свидетельствовать прежде всего о том, что реакции различных тканей на присутствие гербицида свойственна определенная степень специфичности, поскольку в клетках апекса создается наиболее высокая концентрация эндогенного ингибитора (не исключена, правда, возможность передвижения какого-то количества АБК. из нижележащих зон гипокотиля). Кроме того, данные проведенных экспериментов свидетельствовали о причастности АБК к происходящему при действии гормональных гербицидов подавлению апикального роста, поскольку выявлена высокая корреляция между уровнем содержания эндогенного ингибитора и сте-

пенью подавления роста апикальной и субапикальной зон ги-покотнля (рис. 2, табл. 3).

Представлялось важным получение доказательств того, что наблюдавшиеся в опытах с этиолированными проростками явления могут иметь место и в нормально функционирующих зеленых растениях. В связи с этим была проведена серия экспериментов с зеленым» растениями фасоли, на настоящий лист которых наносили меченные по углероду карбоксильной группы пиклорам или 2,4-Д, после чего регистрировали содержание гербицидов и абсцизовой кислоты в различных органах и, кроме того, определяли интенсивность образования здесь этилена. Установлено, что 2,4-Д и особенно пиклорам довольно быстро перемещаются из обработанных листьев в направлении верхушечных листовых почек растений. Параллельно повышению или снижению концентрации гербицида в тех или иных органах растений происходило увеличение или уменьшение количества образующегося здесь этилена. Однако заметное накопление абсцизовой кислоты имело место исключительно в верхушечной листовой почке, развитие которой прекращалось под действием как 2,4-Д, так и пиклорама (рис. 3, табл. 4).

Таблица 4

Изменение содержания гербиинда, абсцизовой кислоты и интенсивности образования этилена различными органами зеленых растений фасоли при обработке настоящего листа I мкг пиклорама

Органы растений Продолжительность обработки, час Содержание пиклорама, нг/г сырой ткани Содержание ЛБК, нг/г сырой ткан» Интенсивность выделения этилена, НЛ/'кГ сырой ткани

Верхушечная листовая

почка 0 0 48 600

6 936 78 7600

24 4730 134 76000

48 5230 154 86000

72 6010 [60 57000

Обработанный лист 0 0 20 1900

6 507 27 48200

24 394 30 16700

48 269 21 5600

72 211 25 3200

Часть стебля под

семядолями 0 0 25 60

6 238 25 360

24 578 28 330

48 516 18 340

72 502 12 310

Методами математической статистики доказана положительная коррелятивная связь между содержанием 2,4-Д или пиклорама, образованием этилена и накоплением ЛБК в верхушках зеленых растений фасоли. Так, высокий коэффициент корреляции (г = 0,92) характеризует связь между процессами накопления пиклорама « образования этилена в верхушечной почке; еще более тесная связь обнаружена между накоплением пиклорама и содержанием ЛБК (г = 0,99). Такая же, хотя и несколько менее ярко выраженная, зависимость обнаружена между накоплением 2,4-Д и содержанием ЛБК (г =0,84), а также образованием этилена (г=0,89).

Таким образом, опыты с зелеными растениями фасоли показали, что повышение концентрации физиологического аналога ауксина в любой ткани растения обязательно сопровождается увеличением количества образующегося этилена; способность же к одновременному накоплению абсцизовой кислоты присуща главным образом верхушечным почкам. Этот факт послужил еще одним основанием для предположения о том, что подавление апикальногороста у обработанных гормональными гербицидами растении опосредовано не только этиленом, но и абсцизовой кислотой.

О роли этилена в реализации гербииидного действия 2,4-Д и пиклорама можно было судить ио результатам опыта, в котором изучали влияние экзогенного этилена на рост этиолированных гипокогилей сои. Уобработанных этиленом (1 мл/л) проростков рост апикальной зоны прекращался, тогда как примыкающие к апексу участки гипокотиля претерпевали разрастание в,радиальном направлении, т. е. симптомы повреждения гипокотнлен этиленом были примерно такими же, какие наблюдаются при обработке их гормональными гербицидами.

Вместе с тем помещение обработанных 2,4-Д проростков сои в гипобарнческие условия, при которых образующийся этилен непрерывно удалялся и из атмосферы, и из растительных тканей, не устраняло подавления апикального роста. Это послужило мотивом для изучения возможности участия абсцизовой кислоты в прекращении деления и растяжения клеток апекса. Следовало, в частности, убедиться в способности абсцизовой кислоты воздействовать на указанные процессы.

В одном нз опытов 64-часовые этиолированные проростки сон опрыскивали 5- Ю-3 н 5- 10~4М растворами 2,4*Д и пиклорама, а также раствором синтетической абсцизовой кислоты в концентрациях на два порядка более низких. Результаты проведенного через 24 часа после обработки взвешивания показали, что абсинзовая кислота является значительно более эффективным ингибитором роста, чем изучавшиеся гормональные гербициды (табл..5). I

Таблица 5

Влияние гормональных гербицидов и экзогенной абсыоовой кислоты на рост этиолированных пш окоти лей сон

Варианты опыта Масса 10 гнпокотнлей (г) через 21 часа после опрыскивания

Контроль 2,50=0,19

2,4-Д 55. 10-"М 10-эМ 2,50 ±0 13 1,20 ±0,08

Пиклорам 55- 10 -<м 2.01 ±0.14 1,50=0,09

Дбсцнзопая кислота 55 • 10 -чч 2,11 ±0.09 1,63±0,13

Полученные данные в совокупности с данными тех исследователей, которые показали способность абсцизопой кислоты тормозить деление и растяжение клеток (\Vareing, 1978), дали возможность предполагать, что эндогенная абсцнзовая кислота, быстро накапливающаяся под действием 2,4-Д и пнклора-ма, играет роль решающего фактора торможения и прекращения апикального роста, имеющего место при действии гормональных гербицидов. Вместе с тем представлялось вероятным, что этилен, биосинтез которого в обработанных растениях также резко интенсифицируется, имеет какое-то функциональное

Таблица 6

Содержание абсииэовой кислоты в этиолированных гнпокотилях сои через 24 часа после обработки экзогенным этиленом и интенсивность биосинтеза этилена через 24 часа после обработки экзогенной аОсцизовон

кислотой

Варианты опыта Части гнпо- КОТИЛСІ1 * Длина отрезка через 24 часа, мм Образование этилена, нл в час/ г тканн Содержание абсцизоной кислоты, и г/г тканн

Контроль Л 9,5=1,7 40=5 20—2

В 30,9=3,0 19=2 10± 1

Лбсинзовая кислота

5- Ю-ЛЧ Л 5.1 ±0,7 36±3 _

В 17,6± 1,8 20=1 —

Этилен 1 мл/л Л о,9± 1,0 _ 44 ±3

в 15.6=1,6 — 114=9

* А, В —апикальная н субапикальная части гипокотнля соответственно.

отношение к повышению концентрации эндогенного ингибитора. Нельзя было, например, исключить возможность того, что этилен способен выполнять функции триггера процессов, приводящих к накоплению абсцизовой кислоты в апексах.

Для проверки этого предположения этиолированные проростки сон обрабатывали 5* 10-5М раствором абсцизовой кислоты или этиленом (прн содержании последнего в атмосфере, равном 1 мл/л). Рост гнпокотнлей тормозился в обоих случаях, но обработка растений абсцизовой кислотой не сказывалась на уровне продукции этилена, тогда как экзогенный этилен явно индуцировал накопление абсцизовой кислоты (табл. 6). Результаты этого эксперимента позволили допустить, что этилен, образование которого резко интенсифицируется при обработке растений гормональными гербицидами, является триггером процессов биосинтеза абсцизовой кислоты, ответственной за торможение деления и растяжения клеток апекса.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Имевшиеся к началу нашей работы данные позволили предполагать, что подавление апикального роста под действием 2,4-Д и ииклорама осуществляется не самими гормональными гербицидами, но эндогенными ингибиторами, накопление которых в обработанных растениях представлялось вполне вероятным. Однако экспериментальные подтверждения такой возможности по существу отсутствовали, несмотря на то, что многие исследователи неоднократно обращались к этой проблеме (Fults, Johnson, 1950; Dieterman et al., 1964a, б; Волы-нец и др., 1969, 1980; Чкаников и др., 1969; Winkler et al., 1970).

Нужно, правда, заметить, что интенсификация процессов образования этилена обработанными 2,4-Д растениями была отмечена Морганом и Холлом еще в 1962 году, после чего это явление тщательно и всесторонне изучалось разными авторами, использовавшими самые разнообразные чувствительные к гербициду растения (Abeles, 1966; Holm, Abeles, 1968; Morgan, 1976).

Проведенные нами опыты подтвердили, что накопление в растительных тканях гормональных гербицидов быстро влечет за собой резкую интенсификацию процессов биосинтеза этилена (табл. 1, 3, рис. 2, 3). Удалось выяснить, что количество выделяющегося растениями этилена и продолжительность периода интенсификации процессов его биосинтеза имеют связь с концентрацией физиологического аналога ауксина (или самого аукенна) it степенью его персистентностн (табл. 1). Это делало целесообразным дальнейшее изучение функционального значения такого индуцированного этилена. Особое внима-

нне уделено было тому обстоятельству, что наибольшее количество этилена продуцировалось апексами обработанных растений, где в первую очередь и проявляется ингнбирующая активность гормональных гербицидов (табл. 1).

Удалось выяснить, что экзогенный этилен в определенных концентрациях способен вызывать подавление апикального роста, внешне ничем не отличающееся от проявлений действия гормональных гербицидов. Однако помещение обработанных гормональными гербицидами растешь в гипобарическне условия, при которых образующийся этилен непрерывно удалялся, не сопровождалось восстановлением апикального роста. На этом основании было сделано предположение, что прекращение апикального роста обусловлено не самим этиленом или не только этиленом. Предположение стало более обоснованным, когда обнаружилось, что иод влиянием гормональных гербицидов возрастало суммарное содержание эндогенных ин-' гибиторов роста.

По существующим представлениям, наиболее эффективным эндогенным ингибитором является цне, транс-абсинзовая кислота (Milborrow, 1974а, б; Петрова, 197G; Wareing, 1978), поэтому возникла мысль, что увеличение содержания именно этого соединения может служить причиной повышения суммарной рост-ингнбнрующей активности экстрактов из обработанных растений. Предпринятые нами выделение, индивидуализация и идентификация ЛБК дали возможность определить содержание ингибитора п контрольных и обработанных гербицидами растениях. Оказалось, что быстрое увеличение содержания абсцизовой кислоты является столь же характерной ответной реакцией этиолированных проростков сои на гербицид, как и интенсификация процессов биосинтеза этилена {табл. 2), Вместе с тем опытами с использованием зеленых растений фасоли выяснено, что накопление абсцизовой кислоты характерно главным образом для верхушечной листовой ночки, тогда как в других органах к тканях содержание ингибитора не возрастает (табл. 4, рис. 3). Это могло свидетельствовать о том, что подавление апикального роста находится в какой-то связи с увеличением концентрации ЛБК.

Вполне вероятно, что именно абецнзовая кислота ответственна за прекращение деления клеток в апексах растений, обработанных гормональными гербицидами. О такой возможности свидетельствуют не только полученные нами, но и имеющиеся в литературе данные (Wareing, 1978; Walton, 1980). Весьма показательно, что именно абсцизовой кислоте многие исследователи отводят роль корреляционного ингибитора (Процко, 1973; Härtung, 1977; Härtung, Stetgerwald, 1977; White, Mansfield, 1977; Tucker, 1977a, б; Чкапиков и др., 1978), а также фактора покоя почек, семян, клубней и т. п.

- (Николаева']! др., 1974, 1978; Николаева, Воробьева, 1979; ■Кораблева и др., 1974, 1980).

Параллельный анализ содержания гормональных гербицидов и абсцизовой кислоты в верхушечных почках зеленых растений фасоли, а также количества образующегося п этих тканях этилена продемонстрировал существование тесной связи между всея» этими показателями (табл. 4, рис. 3). Можно было допустить, что индуцированный гормональными гербшшда-■ ми этилен способен выполнять функции триггера процессов биосинтеза абсцизовой кислоты. Подобное предложение выдвигалось ранее н другими исследователями (Mayak et al., 1972; Coombe, Hale, 1973; Adato et al., 1976; Brisber et a!., 1976). Как показали наши опыты, экзогенный этилен, действительно, способен повышать содержание абсцизовой кислоты в тканях (табл. 6).

Таким образом, полученные нами данные позволяют считать, что происходящее под действием гормональных гербнци- 4 дов подавление апикального роста опосредовано накапливающейся в этих тканях абсцизовой кислотой. Весьма возможно, •что этилен, образование которого активизируется как компенсаторный ответ ткани на повышение концентрации ауксина, играет роль триггера процессов биосинтеза абсцизовой кислоты.

Выводы

1. Проведенные эксперименты показали, что характерное для действия галоидфеиокснкислот и пиклорама подавление апикального роста растений осуществляется эндогенными ингибиторами, образование которых резко интенсифицируется под влиянием гормональных гербицидов.

2. Подтверждено, что обработка этиолированных и зеленых растений 2,4-Д н пнклорамом приводит к резкой интенсификации процессов биосинтеза этилена. Количество выделяющегося растениями этилена и продолжительность периода повышенной интенсивности процессов его биосинтеза прямо связаны с концентрацией физиологического аналога ауксина и степенью его персистентностн. Наибольшее количество этилена продуцируется апексами обработанных гормональными гербицидами растений, что может свидетельствовать об определенном участии этилена в торможении апикального роста.

3. Установлено, что под действием 2,4-Д н пиклорама п растениях значительно возрастает содержание абсцизовой кислоты, которая идентифицирована при помощи газожндкост-ной хроматографии, хроматографии на бумаге н тонком слое силикагеля, масс-спектрометрии и бнотестов. Нанесение гормональных гербицидов на лист зеленых растений фасоли прн-

поднт к заметному увеличению количества абсцизовой кислоты лишь в тканях верхушечной листовой почки, что указывает на участие этого ингибитора в подавлении апикального роста. Отмечена идентичность реакции апексов этиолированных гппокотилеи сон на обработку синтетической абсцизовой кислотой и гормональными гербицидами.

4. Выяснено, что накоплению абсцизовой кислоты всегда сопутствует интенсификация биосинтеза этилена. Это послужило основанием для предположения, что этилен может индуцировать повышение содержания абсцизовой кислоты. Обоснованность предположения подтверждена данными опыта, в котором экзогенный этилен вызывал накопление абсцизовой кислоты в растительной ткани.

Публикации по теме диссертации:

1. Микнтюк О. Д„ Петелина Г. Г., Чкаников Д. И. Об ин-гнбнрованпн апексов при гербнцпдном действии 2,4-Д. Фпзи-ол. растений, 24, .Ys 6, 1977, 1242-1246.

2. Чкаников Д. И., Макеев А, М„ Микнтюк О. Д., Петелина Г. Г. Факторы коррелятивного ингнбнровання. В кн.: «Рост растений. Первичные механизмы». «Наука», Москва, 1978, 75-80.

3. Чкаников Д. И., Макеев Л. М., Микнтюк О. Д., Петелина Г. Г. ?1акопленне абсцизовой кислоты и растениях под влиянием ауксина н гормональных гербицидов. Докл. АН СССР, 238, № 5, 1978,1260-1263.

4. Чканнков Д. И., Макеев А. М., Микнтюк О. Д., Петелина Г. Г., Климова О, В. Накопление абсцизовой кислоты в растениях под влиянием ауксина и гормональных гербицидов. В сб.: «Метаболизм, и механизм действия фнтогормопов», «Наука», Иркутск, 1979, 64—66,

5. Чкаников Д. И., Микнтюк О, Д., Макеев А. М., Петелина Г. Г„ Климова О. В. Возможная роль абсцизовой кислоты в реализации гербнцндной активности 2,4-Д и пиклорама. Фи-знол. и биохимия культурных растений, 12, .Чг 5, 1980, 499— 503.

Л 71509 30/Х1—81 г. Объем 1 п. л. Заказ 2706.

Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К- А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44