Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Солеустойчивость различных сортов хлопчатника, районированных в Средней Азии

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Солеустойчивость различных сортов хлопчатника, районированных в Средней Азии"

Академия наук России Институт биологии Карельского научного центра РАН

На правах рукописи

ХЫДЫРОВ БАТЫР ТЯШЛИЕВИЧ

СОЛЕУСТОЙЧИООСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ ХЛОПЧАТНИКА, РАЙОНИРОВАННЫХ В СРЕДНЕЙ АЗНН

(03.00.12 — физиология растений)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Петрозаводск 1992

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте физиологии растений имени К- А. Тимирязева РАН.

Научный руководитель — кандидат биологических наук Кузнецов Вл. В.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Курец В. К.; кандидат биологических наук Калинкина Л. Г.

Ведущая организация — Главный ботанический сад РАН.

Защита состоится « @ » июня 1992 г. в 14 часов 15 мин. на заседании специализированного совета К 200.07.01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук при Институте биологии Карельского научного центра РАН по адресу: 185610, г, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Карельского научного центра РАН.

Автореферат разослан « о » мая 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

Т, В. АКИМОВА

. ■■ ; • oí л харштрнстикл глион»

" * £кТуа'дпость ироблег.и. Расетрепие иасилевппх территорий сст-а ставит штрос об их использовании для пнрсцпваапя цеишх а л L с ¡ t о х о з п i с ' г г ; f j i m и х и технических культур. Несмотря ira г/.аого-ислешше попытки усовершенствовать технологию шраэдизапил ольскохогяЗствстпи. растений , проблема пошпшня продуктивности а нокст бить удовлетворительно решена без изучения механизмов оле'устойчиаоста и создания на этой основе внсокопрод^ктившх ортов. Решение этого вопроса осоо'екпо актуально для хлопкосеющих егиопоп с арпдпш климатом.

Однако, как известно, в процессе жизнедеятельности растешш дпвергаытся пе одному, а комплексному воздействию экстремальных акторов. В аридных зонах наряду с засолением растения подвергайся действию других неблагоприятных факторов, в частности, высо-,oft температуры воздуха. Эволюционная адаптация этих растений игла о пути формирования не только специализированных, по и обидах истем устойчивости. Это делает целесообразным исследовать общие истемы устойчивости, используя в качестве объекта, растешш ридных местообитаний, например, хлопчатник.

Идея о существовании общих систем устойчивости (Александров, 975; Селье, 1976) привлекает все более пристальное внимание следователей. Это обусловлено прежде ■ всего открытием уни-;ерсалыюго и консервативного ответа на Till практически всех живых рганизмов, а также появлением гипотезы о важней роли БТЫ в общей стойчивости (Mover et al., 1984; Kiinpel, Key, 1985; Li, 1985; .in et al., 1984). Gals toa, 1982; Goring, Plescher, 1986). lia озможность существования общих систем устойчивости также указывают экспериментальные данные на прокариотах (Шерман, 1987; arrington, Aim, 1988). Доказательства существования подобных истем к двум факторам на уровне целого растения отсутствуют, акже как отсутствуют данные по механизмам адаптации районирован-нх в Средней Азии растений различных сортов хлопчатника к засо-:ешш.

Цель и задачи работы^ Цель нашей работы заключалось в после .оваишт функционирования па уровне целого растения систем, от-■етствениых за повышение растений хлопчатника к засплытт. Ь оответствии с этим били поставлены следук-цпе оадичп:

1) Провести скрининг на солеустойчивость различных: сортов хлопчатника, районированных в Средней А.зии, и выявить генотшш перспективные для выращивания в условиях засоления.

■2) Выяснить механизмы солеустойчивости растений хлопчатника.

3) Исследовать возможность существования общи* систем усто£Ь-чивости хлопчатника к засолению и высокой температуры и выяснить причины протекторного действия гипертермии от последующего засоления.

Научная новизна и практическое значение работы. Установлено, что сорта хлопчатника вида Соз5ур1шп ЬагЬайепзе Ь. характеризуются большей солеустойчивостью, по сравнению с сортами вида С. Мгзьиит. На атом основании рекомендовано использовать на засоленные землях прежде все!'о сорта- Аш-25 к 9871-И, но не сорта 149-ф и 133. Одной из причин большей солеустойчивости растений сорта Аш-25 и 9871-И является их способность аккумулировать про-лин.

Получены доказательства существования общих систем устойчивости хлопчатника к засолению и высокой температуре- Показано, что повышение солеустойчивости растений сорта 149-Ф с помощью теплового шока обусловлено функционированием различных систем: систем аккумуляции пролила и путресцинз, синтеза осмоткн-подобно-го белка и быстрого выделения этилена.

Апробация работы. Основные положения работы былы доложены на 4 Всесоюзной конференции молодых ученых по физиологии растительной клетки (Минск, 1990). нз 2 съезде ВОФР (Минск, 1990), а также на международном симпозиуме но полиаминам (Куота, Япония. 1990).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы б работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов, результатов и их обсуждения, а также выводов и списка литературы.

Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунков и 5 тя'-'чшц. Список использованной литературы включает 221 наименование, из которых 109 на иностранных языках.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОД!! ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования. В качестве объектов исследовааия использовали сорта двух видов хлопчатника (!оззур1ш> ЬагЬайегше Ь. (Аш-25, 9871-И) и СоБ5ур1ит Мгзи1;ит Ь. (149-Ф, 133, Т-61).

Условия выращивания растений. Растения выращивали в вегетационном домике в условиях почвенной культуры в течение 5-месяцев (июнь-ноябрь 1988-1990 г). Влажность почвы поддерживали на уровне 65-70% от ее полной влагоемкости. Фенологические наблюдения проводили 2 раза месяц. При атом изучали динамику роста растений, особенности онтогенетического развития, растений разливших сортов хлопчатника.

Условия постановки экспериментов. Постепенное засоление осуществляли в течение первых 2-2,5 месяцев вегетации 6-кратным внесением равных количеств хлористого натрия (до конечной концентрации 0,3 или 0,6%) и сульфата натрия (до конечной концентрации 1,425 от воздушно сухой массы почвы). Внезапному засолению подвергал!! другую группу растений, находившуюся на стадии массового цветения, путем однократного внесения раствора сульфата натрия до конечной концентрации соли 1,4% от воздушно-сухой массы почвы.

При проведении экспериментов по действию теплового шока растения на стадия плетения подвергали высокотемпературной обработке (47°С) в течение различим периодов времени в факторостат-ных условиях.

В отдельных вариантах опытов внезапному сульфатному засолению (1,4%) предшествовала 3-х часовая экспозиция растений при температуре 47°С. В данном случае раствор соли в почву вносили через 10 мипут после окончания теплового шока. Контрольные растения не подвергали действию экстремальных факторов.

Изучение суммарного синтеза белка и новообразования индивидуальных полипептидов. Для изучения суммарного синтеза белка и новообразования отдельных полипептидов пять дисков (диаметром 6 мм), изолированных из листьев 3-7 ярусов, гженонироиали в 1 мл инкубационной среды в присутствии '' Л мотиопина (12,!) ПБк/моль,4,5/М1;к на пробу). Экстракции н очистку белков проводили

по метолу Ляп л др. (Lin et al., 1984). Общее содержание белка в препарате определяли по окрашиванию с амидовым черним (Буэун и др., 1982). Денатурирующий электрофорез полинентидов осуществляли в градиентном (10-20Ж-ном) ПААГ по Лемили (Leammli, 1970). В качестве маркероз использовали набор стандартных белков фирмы "Pharmacia", (Швеция). Флюорографию гелей проводили согласно (Swans t.roa, Shank, 1970 ).

Определение содержания свободного пролина. Определение пролила проводили в средней пробе лиофильпо высушенных листьев 3-7 ярусов растений по методу Бейтс с соавт.(Bates et al.,1973).

Определение содержания ди ¡41 полиамипов. Экстракцию ди -и полиамипов из растительного материала (из листьев 3-7 ярусов) и получения дапсилпроизводпых проводили по методу Флорса и Галстопа (Flores and Galston, 1982). Флюоресценцию измеряли на спектрофо-тометро Ilitacîii MPF-4 (Япония) при возбуждении -350 нм и излучении -495 нм. В качестве стандартов использовали полиамины фирмы "Sigma" (США.). Содержания полиаминов выражали в мкноль па г"1 сухой массы.

Определение иптепсивпости выделение этилена. Выделение этилена листьями 3-7 ярусов растений определяли в темноте при 20°С в стеклянных герметических сосудах со штуцерами для отбора проб воздуха так, как это описано в работе Ракитип и Ракитин (1936).

Измерение температуры поверхности листа. Температуру поверхности листа растений измеряли контактным методом на приборе .-irion SA 520 pïï motor" (США) с электродом 917002 в режиме измерения температуры.

Определение устойчивости растений. Устойчивость растений оценивали прямым методом по накоплению сухой биомассы надземных органов, используя в ка-едом определении не менее 10 взрослых растений.

Статистическая обработка результатов. Вегетационный опыт проводили при 10 (или более) биологически? иоиторпостях. Все

ссуальвш эксперимента проводила в 3-х биологических ;т 0-5 хкмя-ческлх ШЗТОрПОСТЯХ. 1СорреЛЯХ!!!ОГШ;й1 ОСУКССТВХЯЛП ПО ЩЮ1-

pa?e:e -'Kcntron Electroniks", статистическую обработку результатов проводили с 1ф!'Л'.ензнием крогрш:".! 'Ulntstat" па ЭВМ иша Ш5.

РЕЗУЛЬТАТ!-! И ОБСУЗДШЁ

Скрининг различных генотипов растений хлопчатника к засолению. Засоление почвы отрицательно влияет на растения. Это выражается в существенном торможении ростовых процессов, снижении урожайности и подавлении накопления общей биомассы растений (Сапар-гельдиев, 1986; Ashraf, 1988; Muuns et al., 1988; Rawson ot al.. 1988; Golan-Goldhirsli et al., 1990).

Для того, чтобы оценить устойчивость исследуемых сортов хлопчатника к засолению использовали общую продуктивность растений и их способность накапливать пдодоэлемантц в неблагоприятных условиях. Полученные результаты (табл.1), прежде всего, показали, что в ходе адаптации растений к засолению наблюдалось резкое падение общей продуктивности всех исследованных сортов. Присутствие в почве 0,3л хлористого натрия на 66% сникало накопление биомассы надземных органов растений сорта 149-Ф. Наибольшая продукттность была отмечена у сорта Аш-25, у которого наблюдалось снижение накопления биомассы на 43%. Сорта 9871-И,133 и Т-61 занимали проыо-

Таблица 1

Накопление сухой биомассы надземной части растений -различных сортов хлопчатника при адаптации к постепенно-■-возраставшему засолегога ( % от контроля ).

Варианты С орта

Аш-25 9871-И Т-61 149-Ф 133

1. Контроль 100 100 100 100 100

2. ПаС1 0,3% 57,2 46,6 42,8 31,1 •17,1

3. NaCL 0,6% 30,2 19,1 14,9 11,9 19,3

4. Ha?S04 1,4% 29.2 27,8 25,4 25,0 31 ,0

жу точное положение и характеризовались примерно одинаковой устойчивостью к низким концентрациям хлористого натрия. В условиях более сильного хлоридного засоления (0,6%) наблюдалась и более интенсивное подавление накопления сухой биомассы растений. Наиболее продуктивный в этом отношении сорт Аш-25 обнаруживал снижение би-' .1а с си на 70%, тогда как у остальных сортах это величина составляло 85-88%. Существенно .отметить, что устойчивость исследованных сортов к 1,4£ сульфатпому засолению (табл.1) была практически одинаковой.

Оценивая устойчивость растений важно иметь в виду, что важнейшим хозяйственным признаком сортов является их способность обильно плодоносить на засоленных землях. С этой точки зрения исследуемые сорта были достаточно однозначно раежированы (рис. 1). Если у растений сортов Аш-25 и 9871-И доля плодоэлементов в общей биомассе надземных органов практически не отличалась от контрольной, то у сортов 149-Ф, 133 и Т-61 она стремительно падала с увеличением интенсивности засоления. Это свидетельствует о том, что растения сортов вида С. ЬагЬайепяе Т.. Аш-25 и 9071-И достаточно устойчивы к исследованным концентрациям хлористого натрия, поэтому при увеличении степени засоления не наблюдалось изменений донор-но-акцепторных отношений, т. е. соотношений между вегетативными и репродуктивными органами. Напротив, адаптация растений сортов 149-Ф, 133 и Т-61 шла по пути резкого увеличения массы ассимилирующей поверхности за счет уменьшения доли генеративных органов. Эта стратегия носила, по всей вероятности, компенсаторный характер и была направлепа на поддержание обшей фотосиптетической продуктивности растений в условиях ингибирования интенсивности фотосинтеза при засолении.

Таким образом,скрининг хлопчатника позволил выявить как по-леустойчивые -Аш-25. 9071-И, так и несолеустойчивые -Т-61, 149-Ф и 133 сорта.

Цель наших дальнейших исследований заключалось в изучении закономерностей адаптации контрастных по полеустойчивости сортов хлопчатника.

Одним из наиболее чувствительных процессов в интегральном от вете растений на экстремальные воздействия является рост. Можно было полагать, что растения контрастных по (^'.^¡устойчивости сортеи хлопчатника имели различную интенсивное-! ь (югр.ч в условиях засоле ния. Действительно, менее устойчивые сорта .<волчатника характер»-

120 -

100

0.3

Рис. I. Изменение доли плодоэлементов при адаптации растений различных сортов хлопчатника к хлористому натрию.

Обозначения сортов: I- Аш-25; 2- 9871-И; 3-Т-61; 4- 149-Ф; 5- 133. За 100% принята масса плодоэлементов в контрольных растениях.

повались но только резким ингибировапиом формирования плодоэлемен-тов при засолепии, но и высокой чувствительностью ростовых процессов к долговременному постепенно возраставшему действии соли.

Анализ данных фенологических наблюдений свидетельствовал о большей временной стабильности протекания этапов онтогенеза у растений солеустойчивых генотипов (Аш-25 и 9871-И). Напротив, у менее солеустойчивых сортов (149-Ф) наблюдалась задержка наступления фазы бутонизации, особенно при повышенных концентрациях НаС1 (0,6%). Тем не менее, результаты корреляционного анализа, проведенного по программе "Коп1:гоп Е1ес1гоп1к1з", процессов роста, бутонизации и цветения у контрольных растений и у растений, произраставших па фоне засоления, показали, что независимо от устойчивости генотипа существовала тесная корреляция меаду указанными параметрами. Причем, в ходе адаптации к засолению координация этих процессов практически не изменялась (сорт 149-Ф) или дажэ усиливалась (сорт 9871-И). Следовательно, меньшая солеустойчивость растений сорта 149-Ф не могла быть обусловлена нарушением в ходе адаптации к засолению закономерностей протекания процессов развития, а была преаде всего связана с больней чувствительностью их ростовых процессов.

Таким образом, па основании проделанных данных можно сделать вывод, что из 5 исследованных сортов хлопчатника наибольшей со-, леустойчивостью отличались сорта вида 0. ЪагЬас1егше Ь. Аш-25 и 9871-И по сравнению с сортами вида С. МгыДигп Ь. Т-61, 133 и 149-Ф. Одной из' возможных причин большей солеустойчивости этих сортов могла быть их способность активно накапливать пролин в ходе адаптации к избыточному содержанию соли в почве.

Полученные нами данные показали, что растения более соле-устойчивого сорта 9871-И характеризовались способностью интенсивно аккумулировать пролин в условиях засоления (рис.2 А). При этом уровень аккумуляции пролила существенно возрастал с увеличением концентрации хлористого натрия (0,6%) в почве. Растения же менее солеустойчивого сорта 149-Ф не накапливали пролин при засолении и его содержание в этих-условиях практически не отличалось от содержания в контрольных растениях (рис.2 Б). Это означало, что одной из возможная причин большей солеустойчивости растений сорта 9871-И являлась их способность аккумулировать пролин при засолении.

¿1

и о

ч

о

о,

РЗ

о ц

Стадии онтогенеза

Рис.2 . Содержание свободного пролина на разных фазах развития растений хлопчатника сортов 9871-И (А) и 149-Ф (Б) при засолении. Стадии онтогенеза: н.л- 3-5 настоящих листьрв б- бутонизация; ц- цветение; ф.к- формирование коробочек.

1- контроль; 0,3£ Г,ЪС1; 3- 0,6? Нз'П .

Повышение устойчивости растений хлопчатника к засолению с помощью кратковременного теплового шока. Описанный выш механизм повышения солеустойчнвости, по-видимому, функционирует ври длительном постепенном увеличении концентрации соли. Однако в условиях; орошаемого земледелия имеют таете место случаи быстрого к интенсивного засоления. В этих условиях функционирует, по-видимому, и другие защитные системы. Причем, эти защитные системы, можно полагать, активируются не только избыточном засолением, но и стрессорами иной природы. Таким стрессором могла быть, например, высокая температура, поскольку эволюционная адаптация растений аридной зоны шла одновременно к высокой температуре, засолению к другим экстремальным факторам. Тем более полученные на модельных системах экспериментальные данные свидетельствуют о возможности повышения солеустойчнвости путем высокотемпературной обработки (Bonham-Smith et.al.,1987; Harrington, Alm, 1988). Подобные данные па целом растений в настоящее время на получены.

В связи с этим пам представлялось важным выяснить, повышает ли ТШ устойчивость растений хлопчатника к засолению и какова ¡юль БТШ, гормонов и осмопротекторов в защитном действии гипертермии от последующего засоления. Для решения этих вопросов мы сосредоточили свое внимание на исследовании выявленных ранее контрастных по устойчивости сортов.

На стадии массового цветения растения устойчивого 9871 -И к чувствительного к засолению 149-Ф сортов хлопчатника подвергали внезапному засолению (Na2S04 1,4%), TU! (47°С, 3 ч) и гипертермии (47°С, 3 ч) с последующим засолепием (tia?S04 1.455). IIa внезапное засоление растения отвечали интенсивной дефолиацией, опадением плодозлоиентов'и резким снижением продуктивности (табл. 2). Реакция сравниваемых сортов на засоление была практически однотипной. Тем не менее сорт 9871-И обладал большей устойчивостью к внезапному засолению. Это проявилось в более медленном развитии процесса повреждения растений данного сорта по сравнению растениями сорта 149-Ф. Однако накопление сухой биомассы в обоих сортах было примерно одинаковым и составляло в конце опыта около 45-53% от контроля (табл. 2).

При этом предварительная температурная обработка (47°С, 3 ч) уменьшала отрицательное действия засоления (табл.2). Протекторный эффект ТШ был наиболее выражен на менее со./юустойчиных растениях

сорта 149-$. В этом случае гипертермия практически снимало отрицательное воздействие соли и сухая биомасса растений сорта 149-Ф составляла 03=5 от контроля, тогда как, биомасса растений сорта 9871-И не превышала 62% (табл.2). Хотя сам по себе ТШ пе влиял па рост и развитие контрольных растений (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние теплового шока (47°,Зч) на накопление сухой биомассы хлопчатника.в условиях засоления

Варианты опита • Сорт 9871-И Сорт 149-Ф

масса 10 растений,г % от контроля масса 10 растений,г % от коптроля

Контроль 170,0 100,0 134,3 100,0

47°, Зч 127,1 74,5 118,4 88,1

1,4% Na?S04 77,0 45,2 77,8 52,8

47°, Зч

105,1 • 61,6 110,8 82,1

1 ,4% tfa?S04

Все.это свидетельствовало о формировании в условиях ТШ систем, повышающих устойчивость растений хлопчатника к внезапному засолепию.

В этой связи логично было предположить, что при кратковременной гипертермии (47°С, 3 ч) в 'растениях синтезируются БТШ, котор.: . лежат в основе повышения солеустойчивости растений хлопчатника. В пользу такого предположения свидетельствуют литературные данные, согласно которым внезапное повышение температуры активирует систему БТШ и вызывает развитие термотолорантности организма, а также в ряде случаев, увеличивает устойчивость к повреждающим факторам иной природы (Иерман, 1937; Nover ut al., 1984; Nnuman ot aL., 1989; Undquist, 1986). Кроме того,установлено, что в растениях хлопчатника в полевых условиях в жаркие летние дни накапливались БТШ (Burke; ot al., 198П), а и растениях сои актипироь.члиоь гены шпкомолгжулярних БТШ (КимриЧ , Key, 1985).

Для проверю! высказанного предположения исследовали сштсз белков в растениях, подвергнутых ТШ (47°С), в течение различных периодов времени (от 1 до 5 ч). При этом следует подчеркнуть, что во время гипертермии влажность почвы в сосудах для выращивания растений поддерживали на уровне 60-70% от ее полной влагоемкости.' По окончании экспозиции измеряли температуру поверхности листа (рис. 3) и изолированные листовые диски инкубировали при этой температуре в присутствии 353-метиошша в течение 1ч. Полученные экспериментальные данные но изучению экспрессии генома показали, что в листьях взрослых растений, подвергнутых температурной обработке, не происходило новообразования БТ111. При этом спектр синтезируемых полипептидов и интенсивность их новообразования в контрольных и опытных растепиях практически не различались. Кроме того,. исследование синтеза белков в растениях, подвергнутых ТИ (47°С) в течение различных периодов времени'(до 12 ч), показало отсутствие типичного при внезапном повышении температуры ингиби-ровапия синтеза суммарного клеточного белка. Все это свидетельствовало о том, что растения хлопчатника при температуре воздуха 47°С не испытывали "Heat-shock синдрома" (Nover, et. al.„ 1984; Kimpel, key, ' 1985). Это объясняется тем, что при гипертермии растения не испытывали недостатка почвенной влага,' поскольку влажность почвы в сосудах выращивания растений поддерживалась на уровне 60-70% от ее полной влагоемкости. Это позволило растениям поддерживать температуру листа на достаточно низком уровне за счет активной транспирации, несмотря на высокую температуру воздуха (47°С). Так, через 3 часа теплового шока (47°С) температура 1 оверхности листа растений хлопчатника не превышала 31-32°С (рис. 3). Очевидно, эта температура была не достаточна для повревдения растений и активации в них системы БТШ. Эту точку зрения подтверждают результаты опытов, в которых-процесс транспирации растений в условиях гипертермии (47°С) был полностью подавлен. При этой имело место существенное изменение экспрессии генома, которое проявлялось не только в ингибировании синтеза нормальных клеточных белков, но также и большинства БТШ. Кроме того следует подчеркнуть, что инкубация изолированных листовых дисков контрольных рзстепий при 47°С в течение 1 часа приводила к интенсивному перепрограммированию экспрессия генома . Предобработка контрольных растений при 47°С в течение 1-5 ч. оказывала сильный защитный эффект на процесс меточного синтеза белка.

о о

р. >1

а*

о ы

Время (часы)

Рис. 3. Влияние теплового шона (47°С) на изменение темпе-

■ *

ратуры почвы в корнеобитаемой зоне (2) и температуры поверхности листа растений хлопчатника (I).

Следовательно, экспозиция растений при 47°0 не сопровождалась новообразованном БТШ . Тем не менее при этом наблюдалось повышение устойчивости растений хлопчатника к внезапному засолению (табл. 2). В связи с этим мокло заключить, что не БТШ, а какие-то другие системы были ответственны за увеличение солеустойчи-вости растений. Следует при этом иметь в виду результаты других , авторов, согласно которым изолированные клетки табака (Harrington ,and Aim, 1988) и проростки кукурузы (Bonham-Smith et al., 1987) повышали осмотолерантность в результате предварительного воздействия высокой температуры. Однако ни в одной из этих работ, в отличие от нашей, нельзя было исключить участия БТШ в защите клеток, от действия хлористого натрия (Harrington and Aim, 1988) или ноли эт илзцгликолл (Bonham- Jroitli et al., 1987).

В,наших же экспериментах гипертермия (47°С, 3 ч) не активировала .синтез БТШ. Представлялось весьма вероятным, что тепловой 1 шок индуцировал формирование долговременных механизмов адаптации к избыточному содержат™ соли, которые реализовались на последующих этапах онтогенетического развития. Действительно, наш установлено, что значительные изменения спектра синтезируемых белков наблюдались лишь на поздних этапах адаптации растений, подвергнутых засолению или последовательному действию теплового шока и соли. В1 этом случае наблюдалось ингибировавие новообразования ряда высокомолекулярных полипептидов (ИЛ.96-98 и 84-86 кДа) и стимуляция .синтеза белков с молекулярной массой 12,0; 14,4 и 24,0 кДа. Важно отметить, что полипептид 24 кДа вдентичен по молекулярной ' массе осмотицу, который, вероятно, имеет важное осморегуляторное значение в адаптации растений к избыточному засолению (Singh et. al., 1987). При этом особый интерес представляет тот факт, что в более срлеустойчивом сорте 9871-И имел место конститутивный синтез 'бежа 24 кДа, тогда как в неустойчивом сорте 149-Ф синтез этого полипептида в норме отсутствовал и его синтез индуцировался . в ответ на солевой шок. Несмотря на сходство реакций двух сортов. . хлопчатника на засоление, растения менее солеустойчивого сорта 149-Ф, 'обнаруживали более интенсивное торможение синтеза высокомолекулярных полипептидов (ММ 96-98 и 84-86 кДа) и более выраженную стимуляцию новообразования низкомолекулярвых белков (ММ 12; 14,4 и 24 кДа'1 по сравнению с растениями сорта 9П71-И.

Одним in наблюдаемых защитных аффектов Till от последующего засоления являлось предотвращении дефоляции (табл. ?). Ото позво-

лило предположить, что пошлночне солеустойчивости с помощью высокой тсмнорэгуры было связано с изменением внделетт этилена, который, как известно, индуцщювал повышение резистентности растений к биопатогепам (Samac et a.l ., 1990). Нельзя тагжо било исключать, что тепловой шок способствовал повышению солеустойчивости растений хлопчатника за счет накопления органических низкомолеку-лярггых соединений типа гролинн или поли аминов," обладающих протек-' терпим действием (Кевяксва, 190?; 1963). В связи с этим наша следующая задача заключалась п изучении участия пролила, полизмшюв п "стрессорпого" этилена в повышении солеустойчивости растений хлопчатника с помощью кратковременного Til!.

На рис. 1 представлепм временные кривые изменения содержания пролила в листьях растений хлончатпика, подвергнутых внезапному засолению, тепловому шоку и последовательному действию двух факторов. Они показывают (рис. 4 Л-Г), что аккумуляция пролила зависела от уровня солеустойчивости растений и от природы стрессорпого воздействия. Растения солсустойчивого сорта 9071-И отвечали па солевой шок (1,1% резким накоплением рисокого, уровня

пролипа, в отли'ше от растений сорта 'Л9--Ф (рис.4 Б). Вагао подчеркнуть, что растения сорта 9871-И отвечали повышением содержания пролипа не только на внезапное засоление, но также и па 3-х часопую гипертермию (47°С) (рис. 4 В). Однако в этом случае подъем концентрации пролипа в листьях наблюдался через 10-дневный лаг-период и достигал максимального уровня через 2О дней от начала воздействия теплового шока. Существенно, что растения сорта 149 Ф но изменяли скорости синтеза пролина в ответ на кратковременное температурное воздействие (рис. 4 В).

Вместо с тем Till той же интенсивности предотвращал отрицательней эффект последующего засоления и резко "изменял динамику накопления пролина. В этом случае изменение содержания пролина в растениях носило ярко выраженный 2-х фазный характер. Максимальное его накопление наблюдалось из 4-й и 14 дни от начала засоления. При этом подержание принта в двух сравниваемых сортах было примерно одинаковым в точ.чг:!: всего исследованного периода (рис. 4 Г). Важно отмстить, что ¡;<,i¡мнение содержания пролипа в растениях сорта 149-Ф коррелирова;:-: с проявлением полезащитного аффекта Т!!!.

Наряду с пролином выраженным защитным действием в стреисориых условиях обладают нолпямин» (Vlnros, Gal к Ion, !'>''?; Kr!shnai«irty,

ю

о

£ '4

« -: о

& 2

I

10

о 5;

1,8

д. п

'б

2 О

О 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Время (дни)

Рис.4. Содер; каине свободного пролина в различных по устойчивости сортах хлопчатника.

. Растения устойчивого сорта 9871-И С1) и неустойчивого 149-Ф (2) сортов хлопчатника подвергали Б- сульфатному засолению (1,4 % На^),. в- С47°С, Зч) и Г- И (47°С, Зч) с последующим засолением .(1,4 %Иа2304). д_ контрольные растении.

Bhagwat, 19Й9). Одпако исследопапия эндогенного уровня полиэминов в листьях цветущих растений хлопчатника позволило идентифицировать лишь путресцин (рис. 5 А-Г), накопление которого является одной из универсальных реакций растений на воздействие экстремальных факторов (Flores, Galston, 1982; Fender, O'Connell, 1989). Тогда как спермин и снермидин обнаруживались только в ?егетирующих растениях.

Содержание нутресцина в листьях растений хлопчатника зависело от солеустойчивости сорта, стадии онтогенетического развития, а также условий произрастания (рис.5 А-Г). Уровни содержание пут-ресцина в растениях сорта 9871-И как в отсутствие, так в присутствии сульфата патрия практически не различались '(рис. 5 А-Г). В то же самое время■растения менее солеустойчивого сорта 149-Ф отвечали на воздействие различных стрессоров существенным изменением концентрации путресцина (рис. 5 А-Г). Растения сорта 149-Ф в ответ па внезапное засоление реагировали увеличением концентрации путресцина в первые 7 дней опыта с последующим его снижением. При последовательном действии ТШ и засоления отсутствовал первичный подъем путресцина, в то те самое время наблюдался ин-; тенсивный рост его концентрации на более поздних этапах адаптационного процесса. Весьма, вероятно, что накопление путресцина при последовательном действии двух факторов могло иметь отношение к защитному действию- кратковременной гипертермии- от последующего засоления.

Как известно, метаболизм полиэминов тесно связан с метаболизмом этилена. Можно было думать,что этилен вызывает формирование систем солеустойчивости растений,хлопчатника в связи с гфотектор-ным эффектом ТШ. На существование такой возможности указывают ли-

I

тсратурныв данные, согласно которым этилен выступал индуктором резистентности гс биопатогенам (Samac et al., 1990). Об этом же могут говорить высокая интенсивность выделения этилена, неспецифичность этого прсцпсса к природе стрессорл, а таете его тралзитлость (Ynnr;, Hoffman, 1984: Konrle, 1989).

Полученные результаты покапывают (рис. 6 Л-Г), что выделение этилена растениями двух сортов хлопчатника в ответ на стрессорпые воздействия имело принципиально различный характер. Если растения солеустойчивого сорта (9871-И) незначительно изменяли скорость выделения птилена не зависимо от природы действующего фактора, то растения мепее солеустойчивого сорта (149 Ф) реагировали на ТШ и

15

8 #

0 I

01

• « си 5 &

й \ 0

I 20 ^ -

Й

0) р<

н ■ $ 10

5

0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Время (дни)

Рие.5. Содержание путресцина в различных по устойчивости сортах • : ; хлопчатника.

Растения устойчивого 9871-И (I) и неустойчивого 149-Ф (2) сортов хлопчатника подвергали Б- внезапному сульфатному засолению (1,4% На2Б04), В- ТШ (47°С, Зч) и Г- ТШ (47°С, • | Зч) с последующим засолением (1,4% Ма^О^ ). А- контрольные растения.

2

I

?

М 1

и *

а О 3

в

о

& о

и I

!-.

X

2

(у ¿>

ч я

е-

со

I

о

Рис/З . Выделение этилена {.агп-п^ями раяличи« по устойчивости сортов хлопчатника.

Растения устойчивого Х)71-И (I) и неустойчивого 145-Ф (2) сортов хлопчатника подвергали Е- пгепапному сульфатному засолению (1,4'/5 На?5и4), В- Та1 (47°С, Зч) и Г-.'Ш (47°С, Зч) с последующим зосолршглт (1,4% На^ЗО^). А- контрольные.растения.

I

Время (дни)

заседание' интопсивнга вцделетшм этилена, и эта их реакция зависела от природы стрсссора (ркс. 6 А-Г). Причем активация ввде-лзёия этилена (рис. 6) наблюдалась значительно раньсе, чем происходила аккумуляция пролина (рис. ' 4 А-Г ) и путресцила (ряс. 5 А-Г), а такие стимуляция новообразования низконолекулярных полипептидов. Это но исключало того, что этилен вызывал активацию систем солаустойч1шости растений сорта 149-Ф при последовательном действии гипертермии и засоления. В этом случае его наделение увеличивалось в 5 и 10 раз по сравнению с контролем через 3 и б часов, соответственно (рис. 6 А,Г). Вслед за этим наблюдалось активное |накопление пролина (рис. 4 Г). Спустя 28 суток от начала засоления происходило значительное увеличение у растений (сорт 149-Ф) уровня путресцила (рис. 5 Г) и на поздних этапах адаптации- новообразование низкомолекулярпых полипептидов.

Следовательно, в ответ на ТИ и последующее засоление неустойчивые растения хлопчатника (сорт 149-Ф) реагировали выделением этилена, накоплением пролина и увеличением путресцина. Одновременно происходило активация синтеза осмотип- подобного белка, что свидетельствовало о формировании специализированных механизмов долговременной адаптации к засолению. Это позволила высказать предположение, что повышение солеустойчивости хлопчатника с помощью кратковременного ТШ обусловлено комплексным ответом различных систем растений на последовательное действие двух факторов.

Таким образом, суммируя полученные данные можно заключить, что из; 5-исследованных сортов хлопчатника наибольшей устойчивостью к постепенному засолению обладали сорта Аш-25 и 9871-И по сравнению с сортами Т-61, 133 и 149-Ф. Большая солеустойчивость сортов Аш-25 и'9871-И была связана с меньшей степенью торможения ростовых процессов и, вероятно, с большей временной стабильностью онтогенеза,, в также повышенной способностью накапливать пролии в ходе адаптации к засолению: Напротив, адаптация неустойчивых.сортов (Т-61, 133 и 149-Ф) была направлена на сохранение и увеличение доли ассимилирующей массы за счет снижения биомассы генеративных органов.

Принципиально иным был ответ растений хлопчатника нз впезап-нор засоление. В этом случае растения отвечали интенсивной дефоля-цией, опадением плодоэлементов и резким снижением продуктивности. Тепловой шок предотвращал отрицательные эффекты засоления, хотя и

но оказывал сам но себе существенного влияния и;! рост и развитие растений. Защитный эффект теплового шока от последующего засоления не бил связан с функционированием системы БТШ. Следовательно, система БТШ не ответственна за повышенно резистентности растений хлопчатника к соли. Способность растений неустойчивого сорта 149-Ф повышать солеустойчивость в ответ на тепловой., шок била, очевидно, связапа с выделением этилена в первые часы действия экстремальных факторов, с накоплештем пролила в первые педели адаптации и с увеличением концентрации путресцина, а также индукцией осмотин -подобного белка (24 кДа) на Солее поздпих этапах-адаптзциопиого процесса. Растения более солеустойчивого сорта 9871-И реагировали на кратковременную гипертермию и последующее засоление увеличением содержания пролина. Более того, они характеризовались также конститутивным выделением этилена и синтезом осмотин -подобного полинеп-тида.

ВЫВОДЫ

1. Оценка устойчивости к засолению райоиировапных в Средней Азии сортов хлопчатника позволила установить, что сорта вида С. ЬагЬа(1епзе I. (Аш-25, 9Я71-И) характеризовались большей солеустойчивость® по сравнению с сортам вида С. Мгб^ш Ь. (Т—61, 149-Ф и 133).

2. Еолее высокая способпость растений сортов Аш-25 и 9871-И адаптироваться к постепенно возрастающему засолению обусловлена большей стабильностью протекания процессов га онтогенетического развития в неблагоприятных условиях, а также способностью интенсивно аккумулировать пролил.

3. Поиск путей повышения солеустойчивости хлопчатника позволил установить, что кратковременная высокотемпературная обработка (47°С, 3 ч) повышала устойчивость обоих видов растений к последующему пясологпда (Г'а^ЗОд 1,4%).

4. Соло::ап;пт1Щй гзффгнет гипертермии от засоления но Сил в данном случ;:о, обусловлен функционированием системы белков теплового шока.

5. В основе солозащитного действия гипертермии лежит способность растений неустойчивого сорта 149-Ф индуцировать выделение этилена в первые часы действия1 экстремального фактора, аккумулп-

ровать цролин в первые педели адаптации, увеличивать содержание путросцина и синтезировать осмотин-подобный белок на поздних этапах адаптационного процесса.

Большая солеустойчивость растений' сорта 9071-И к интенсивному засолению также обусловлена накоплением пролина, конститутивным выделением этилена и синтезом осмотин-подобного полилептида.

■ Список работ, опубликованных но материалом диссертации:

1|. Хыдыров Б.Т., Рощушсип Б.В. Накопление пролина и активность. нитратредуктазы в листьях различных сортов хлопчатника в условиях засоления. -4 Всесоюзная конференция молодых ученых по физиологии растительной клетки: Тез. докл. -Минск, 1990, С.143.

2. Кузнецов Вл.В., Хыдыров Б.Т., Рощупкин Б.В., Борисова ,11.11. Общие системы устойчивости растений хлопчатника к засолению

и высокой температуре: факты и гипотезы. -Физиология растений, 1990, ÍJ.37, Вып.5; С.907-996.

3. Хыдыров Б.Т., Рощупкин Б.В., Борисова H.H., Кузнецов Вл.В., Строгопов Б.П. Особенности адаптации растений различных ■генотипов хлопчатника к засолению. -Известия АН ТССР. Сер. биол. наук, .1,991, Н.2, С,22-28.

,4.' Кузнецов Вл.В., Хыдыров В.Т., Шевякова Н.И., Ракитин В.Ю. Индукция тепловым шоком солеустойчивости хлопчатника: участие полиаминов, этилена и пролина. -Физиология растений, 1991, Т.ЗО, Вып.6, С:1203-1210.

5. Kuznetsov VL.V., Kydyrov В.Т., Roschypkin B.V., Borisova W.N., Strogonov В.P. On the possible mechanisms of cotton salt tolerance increasing under the heat shock. -Physiol. Plant., 1990,1 V.79, Facs.2, Part.2, PJ18.

6. Kuznetsov VL.V., Kydyrov В., Roschypkin В., Borisova N., . Shevyakova N. Heat shock induction of putrescino accumulation

during adaptation of cotton plant to salinity. -Abstracts of 1 interhattonal symposium on polyami'nes in molecular and medical biology. 1990, november 11-15. P.97-98, Kyoto, Japan.