Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Устойчивость различных сортов хлопчатника к стрессорным факторам

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Устойчивость различных сортов хлопчатника к стрессорным факторам"

? 9 3

АКАДЕМИЯ НАУК РОССИИ

Г ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ им. К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

КЕРИМОВ Фарман Али оглы

УСТОЙЧИВОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ ХЛОПЧАТНИКА к СТРЕССОРНЫМ ФАКТОРАМ

(03.00.12 — физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

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

Научные руководители — доктор биологических наук Кузнецов Вл. В., доктор биологических наук, профессор Шамина 3. Б.

Официальные оппоненты — доктор биологических наук, профессор Жолкевич В. Н., кандидат биологических наук, доцент Ладыгина М. Е.

Ведущая организация — Главный ботанический сад РАН.

Защита состоится « . 1993 г.

в «№» часов на заседании специализированного совета К 002.45.01 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук при Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН по адресу: 127276, Москва, Ботаническая ул., 35.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института. у .

Автореферат разослан «Д4> . .^МЩ^У^^&ЪЪ г.

Ученый секретарь специализированного совета — кандидат биологических наук

Л. И. Сергеева

общая характеристика

Лкпуспъность проблемы. В условиях глобального потепления ri аридизацив климата все большее значение приобретают ксслэдовання устокчиьости растений к комплексному воздействию неблагоприятных природных факторов. На деистьнв стрессоров растения отвечают целым рядом универсальных реакций, лежащих в основе формирования защитных я адаптивных механизнов. Идея о существовании общих систем устойчивости была высказана Александровым (1337') и Селъа ( 1953) и развита последним в крупное научное направление. Разработка этого направления чрезвычайно важна как для познания фундаментальных основ адаптационного процесса, так и для поиска новых принципов н подходов при получении устойчивых форм растений (Hale, 1Э69; Harrington, Aim, 1988; Кузнецов, 1992).

Несмотря на достигнутый прогресс в изучения молекулярных механизмов адаптации с помощью методов клеточной , я генной якзевкерни, инэгиэ аспекты формирования устойчивости а настоящие время оставт'ся кэ достаточно изученными (Mover et al.,1984). Б чгасгноста, на ясслэдэезл вопрос о вкладе систем клеточного к органазленного уровней рагуляцяу а устойчивость целого растения. . Ке ус'танозлэна , роль а этой процесса обоих зацатных и адаптивных механизмов, таких как систокы иккумулчц:!.: ос.чопротокторов, новообразования строссораых белков, яыяолэния отллэпа я других.

Цель и эавзчи рабоды.Цель работы заключалась а- ясслодозакял ответа растений хлопчатника на различные страссорныа факторы на клеточном и оргапяомонном урознях. ' В спязя с этил были поставлены следующие задача:

1.Отобрать среди районированных в средней Азии и Закавказье сортов хлопчатника формы, различают»еся по степени .солеустойчизостм. .

2. Исследозать растения этих сортов на устойчивость к высокой темпера туре, засолению и тяжелый металлам с «елью изучения общих систем устойчивости.

3. Получить каллусные и суспензионные культуры из растений, контрастных по солеустойчивости сортов хлопчатника.

4. Исследовать вопрос о существовании общих систем устойчивости на клеточной уровне л на уровне целого растения.

5. Язучять их функционирование ¡на примере систем аккумуляции пролива, пыдоления стрзссориого этипэиа % сЯ!Поз! "покосых" белков.

Науччся незязна. Скрининг на солоустайччЕость игсти р&Зо!;ирозаш!ы:< в Средней Лзки а Закавказье сортов хлопчатника зяда

Созя1руия МггиЬиго Ь. позволил ранжировать их в порядке усиления признака солеустойчивости и выявить перспективные для возделывания форкы. Устойчивый к условиям слабого я среднего засоления сорт ИНЭБР-85 оказался одновременно и более термоустойчивый. Опыты по кросс-адапгацил позволили получить прямые доказательства

функционирования у растений"и изолированных из них клеток обших систем устойчивости к засолению, высокий температураи и тяжелым металлам. Эти системы могут включать нех^низкы аккумуляции органических осмопрогекторов, таких например как, пролин, системы вы->-^ деления "стрессорного" отклена, а также новообразования идентичных по молекулярным массам полипептидоа. При этом установлено, что неустойчивые растения по сравнению с устойчивыми более быстро и интенсивно реагировали на действие экстремальных факторов активацией защитных и адаптивных механизмов.

Получены каллусные и суспензионные клеточные линии из различных по солеустойчивости сортов. Сопостовление устойчивости растений и изолированных из них клеток позволило показать, что большая устойчивость к засолению растений сорта ИНЭБР-В5 обусловлена функционированием систем организменкого, но не клеточного уровня. Этот, вывод инеет существенное значение для получения устойчивых форм растений методами клеточной инженерии.

Практическая значимость■ В результате проведенного скрининга выявлены сорта, перспективные для возделывания в условиях Средней Азии и Закавказья. Полученные в работе доказательства функционирования общих систем устойчивости растений к одновременному действия факторов различной природы делают перспективной селокци» на устойчивость растений к комплексному действию ксеротермических факторов. Важное практическое значение для получена» новых форм растений с помощью методов клеточной биологии имеет также вывод о том, что большая устойчивость клеток не всегда кожат быть реализована ка уроваа целого растения.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на 5-м международном симпозиуме по рагуляиик растительного метаболизма (Болгария, 1990), на конфврегщли молодых ученых "Изучение и рациональное использование природных ресурсов" (Уфа.1991), на 3 Всесоюзном симпозиуме "Клеточные механизмы адаптации" (Чернигов, 1991),

на Международном симпозиуме по солеустойчивости растений (Ташкент, 1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзооа литературы, описания объектов и истодов исследования, результатоя и их обсуждения, а также выводов и списка литературы.

Объекты исследования. В качестве объектов исследования ясПользовали растения различных сортов хлопчатника вида Gossipyum Jlirsrutum L. (133, АзНИХИ-33, АзШХИ-104, /зНИХИ-76, Нуган-395, ИНЭВР-85), проростки хлопчатника (сЪрт 133, ИНЭБР-85), каплусные и клеточне суспензионные культуры, полученные из растений контрастных по солеустойчквости сортов хлопчатника 133 и ИНЗБР-85.

Условия выращивания растений. Растения выращивали в условиях вегетационного докика в течение 5-ти месяцев (май - октябрь 1991-1992г(). Влажность почвы поддерживали на уровне 65-70 % от Полной влагоемкости. Фенологические наблюдения проводили 2 раза месяц. При атон изучали динамику роста растений, а также особенности их онтогенетического развития.

Условия постановки 1 экспериментов. Постепенное засоление осуществляли в течение первых 2-2,5 месяцев вегетации 6-кратнык внесениен равных количеств хлористого натрия (до конечной концентрации соли 0,3; 0,6 и 1,2 % от воздушно-сухой кассы почвы!. Другую группу растений, находившуюся на стадии бутонизации', подвергали однократному засолению путем внесения раствора HaCI до конечной концентрации соли 1,2 % от воздушно-сухой кассы почвы.

При проведении экспериментов по действию теплового шока растения на стадии бутонизации подвергали высокотемпературной обработке (40 сС) в течение 8 дней в факторостаткых условиях.

Получение культуры тканей ц клеток. Для получения каллусиой Тками сегменты гипокотилей проростков хлопчатника (сорт ИНЗБР-85. и 133) переносили на агаризованную среду Мурасиге-Скуга (M.S.) с добавлением фитогормонов. Среда каллусогенеза для сорта ИНЗБР-85 содержала 0,1 нг/л 2,4 Д и 0,1 нг/л кинетина. Индукция каллусообразования у сорта 133 происходила при пятикратном увеличении концентрации цитокинина. В обоих случаях каллусы выдерживали при температуре 25 °С и постоянной освещении 10 000 лкс. Через 10 пассажей оба штамма культивировали на среде M.S с добавлением 0,1 мг/л 2,4 Д и 0,1 нг/л кинетина. „

Определение солеустойчивости хоялусных культур. Полученные Из

гипокоткяей каллусы выращивали на питательной среде с добавлением различных концентраций хлористого натрия (0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; С,7; 0,3; и 1,0 % ). Накопление биомассы в присутствии NaCl выражали в процентах от ее накопления в контрольных условиях. Опыты проводили в 5-кратиай биологической повторностк. Исходная биомасса кнокулята составляла 140 кг.

Получение суспензионной культуры клеток. . Хорошо растушую каллусную ткань переносили в жидкую среду K.S., содержавшую различные конценграцкк MeCL (0,3; 0,5; 0,7; 1;Ь %). Долю живых клеток оценивали г.о окраске синей аванса, одновременно измеряли число клеток в мл среды изучение синтеза бедка. Электрофореткческое разделение вновь синтезированных полипепткдоз. Для изучения суммарного синтеза белка к новообразования отдельных, полмпепткдов пять дисков (d 'i 6 кк), изолированны;: кз листьев 4-6 ярусов, экспонировали в 1 кл инкубационной среда с нетионинок (12,5 ПБк/Коль, 4,5 МБК на

г.'юСу). Последовательность операций по экстракции и очистка белков проводили таи, как это описано в работе Лима и др. (Lin et al. 19С4).

Определение содержаний свободного пролина. Определение пролкка проводка!: с средней пробе якофияько высукепклх листьев 3-7 ярусов растений по методу БеКтс с соавт. (Bates et al. 1973).

Определение интемсивносаи выйелених этилена. Оценку кнтенсивноси: выделения зтеяош лкстьккк 4-6 ярусов растений проводник в текноте прк 2С °С в стокллвиьэе герметических сосудах со штуцерам. для отобра проб воздуха так, как это било описако раиое (Раккткм, Ракитин,1986).

Определение уааойчивосаи растений. Устойчивость оценивали прякык кетодок по накоппенк» cyxoí биомассы надземных .органон растений в условиях засоления- При зток в каждой определении использовали но иэкэс 10 взрослых растений. ■ ■ •

РЕЗУЛЬТАТЫ К ОБСУЖДЕНИЕ. В природных условиях процессы накопления солаь в -верхних слоях почвы характеризуются разлачноЕ кыт s i.c явностью и скорость» протиканкя. Как правило, иизет jsscto постепенное к медленное увеличение содержания солеЕ в почве в течение жаркого летнего периода. Это сопровождается адаптацкай растений к услоокяк кз быт очного засоления, которая осуьгэствякегся в процесса всего онтогензза. В ороиаеиок зеиаедалкь Кзвесткы также случак быстрого (вкэзапного) засоленья, при котором Содаркакае csííüü возрастает до значительного уровня в течение сравнительно короткого перкода времени. Системы, которые обеспечивают едаптацк» растений к втык Да у t. рвжвкак засоления, очевидно, различны.

Б Ц

онтогенеза

Я

И

Стадии

Рнс.1 Ингибирование роста растений различных сортов хлопчатника при постепенно-возрастающем хлоридном засолении

1 - АзНИХИ-?5, 2 - АШИХИ-104. 3 - ИНЭБР-85, 4 - АеНШ-33, 5 - 133, 6 - »/ган-395.

Н - 3-4 настоящих листьгв, Б - бутанизация, Ц - цнетенкз П - плодоношение.

Поэтому пртз очэичэ солвусгойччааета раЗонироаашых я СрвдиэЯ Лзач я 1ззрбаЗдасанэ йэртоэ мы ястюльзозали пзэ различные кодоля засолэняч» зизтэ-пьноа лзсг эпзн:ю зозрастахяаев засоланиэ я зпезалнэв-эасолээдо. Зл.ч хгракгэрае » а:« адатчэиых эозяошгостэЗ ассяедуоиых сортов растэняп

ТАБЛИЦА 1

накопление сухой биокассы надземных органов растений различных сортов хлопчатника при адаптации к хлоркдному засолении

Степень засоления, % Сорта хлопчатника

АзНИХИ-76 АЗШиИ-104 ИИЭБР-85 » АзНИХЙ-33 133 Нуган-395

0 100,0 Т40,0~ 100,0 335,0' 100,0 189,0 100,0 208,1 100,0 "305,0 100,0 199,3

0,3 ^80,1 60,7 204,4 117,0 223,0 76,5 159,3 66,2 201,9 80,2 ■120.0

0,6 54,0 '129,6 29,9 "ТНТЖ 60,3 114,0 48,3 100,7' 42,8 ПО,8' 43,7 31,2

1.2 52,5 126,0 42,4 {»1,1 38,4 72,7 31,0 ¿4,5 27,8 85,0 39,1 79,7

Применение! Под чертой - сухая биомасса надземной части 10 растения (г) над чертой - процент биомассы от контроля.

ТАбЛИЦА 2

Изменение сухой биомассы плодоэлементов при адаптации растений хлопчатника к хлоридному засолению

Степень эасоленкн, % Сорта хлопчатника

АзНИХИ-76 АзНИХИ-104 ИНЭВР-85 АзНИХИ-33 133 Нуган-395

0 100,0 160,9 100,0 325,0 100,0 "107,0 100,0 ' 33,1 100,0 186,0 100,0 ~~757Т

0,3 82,4 7Б,0 104,0 78,5 62,4 100,0 7575"

132,4' 112,0 '73 Л 116,0

0 ,6 59, О' 44,0 Т7Ж 70,8 50,4 39,2 73,1 ' 49,4 1Г7Т

"55','5' "73Д 47,1

1,2 54,3 Т37Г '40,2 92, Б 23,0 16,0 28,6 26,6 32,3 45,0 "3377"

выращивали в условиях постепенно возраставшего содержания И аС1 в почве. Оценку устойчивости осуществляли по нескольким критериян« по интенсивности роста растений, их способности накапливать сухую

биомассу и плодоносить в условиях засоления. Как показали результаты опытов по влиянию ИаС1 на рост надземных органов растений хлопчатника (рис.1), сорт ИНЭБР-85 обладал наибольшей устойчивостью, тогда как сорт 133 был наимение солеустойчив. Для более надежной оценки устойчивости растений различных сортов хлопчатника к засолению исследовали их способность накапливать биомассу в неблагоприятных условиях. Полученные данные (табл.1) позволили достаточно однозначно ранжировать исследованные сорта по их усточивости к условиям слабого засоления (0,3 % МаС1). При этой концентрации происходила стимуляция накопления сухой биомассы у растений сорта ИНЭБР-85, небольшое ингибирование накопления биомассы у растений сортов , АзНИ-ХИ-7б, Муган-395 и АзНИХИ-33 и значительное торможение образования надземный массы (37-40%) у сортов 133 и АзНИХИ-104. Дальнейшее увеличение степени засоления почвы в 2 раза приводило к более интенсивному подавлению процесса накопления биомассы растений, которое составляло от 40 (ИНЭБР-85) до 70% (АзНИХИ-104). В то ке время последовательность расположения сортов в порядке снижения их степени солерезистентности практически не изменялась (ИНЭБР-85, АзНИХИ-33, Муган-395, 133, АзНИ-ХИ-104). Адаптация растений к еще более сильному хлоридному засолению (1,2% ИаС1) сопровождалась дальнейшим снижением продуктивности. В этом случае сорт АзНИХИ-7б, был самым устойчивым, а сорт АзНИХИ-104 самый неустойчивым.

Хозяйственно-ценным признаком сорта является способность растений обильно плодоносить в неблагоприятных условиях, этот же показатель характеризует устойчивость растений данного сорта к экстремальным воздействиям. Основываясь на этом показателе исследуемые сорта были ранжированы по степени их солеустойчивости (табл.2). Наиболее устойчивыми с этой точки зрения в условиях слабого (0,3 % ИаС1) и среднего (0,6 % ЛаС1) засоления оказались сорта ИНЭБР-85 я АзИИХИ-76. В условиях же интенсивного хлоридного засоления (1,2 %. МаС1) картина была иной. В этой случае самым устойчивым был сорт АзНИХИ-76, тогда как самым неустойчивым сорт ИНЭБР-85. Анализ представленных данных показывает, что растения сорта ИНЭБР-85, обладали наибольшей устойчивостью в условиях слабого и среднего засоления, тогда как сорт 133 был в этих условиях наименее устойчивым. Поэтому в дальнейшем, говоря о наибольшей солеустойчивости сорта ИНЗБР-85, мы будем иметь в виду прежде всего его агрономическую, а не биологическую устойчивость (Строгонов,1962).

Как известно, одной из возможных причин высокой солеустойчивости

Рис.£ Содержание ионов хлора в различних органах растений 2-х

сортов хлопчатника после душтеяной адаптации к ИаС1. . 1 - сорт ШЭБР-85» 2 -.сорт 133,

Ос - осевые органы стебли, листовые ^черешки , 1 - листья., Пл - плодоэлементы, ,

/ . .

сорта является способность растений аккукувхр°Еать соли в квтаболгческв наакткЕкнх органах, Тканях к клетках. Для проверке этоЕ Еозкоккостк кы изучали вокализацию кионов хлора в различных оргевга: растеНЕЁ каит растных по солеустоКчивостк сортов хяопчаткгк& е коде и: Бдаптадки к постепенно' возраставшему содержанию НаС1 в почве. Получогаыа данные наказывают (ркс.2), что болыаая солеустоЕчЕвость растений сортс КНЭБР-85 коррелирует с их способностью эффективно ениухулкровать избы точное. содержание токсических коков в котаболиткческЕ неактивиьо: ■ органах. Другой причиной большее

, - и -

устойчивости этого сорта может быть функ цяонироеаюе з листьях я ллодоэлеменгах зтлх рзстенхЯ транспортах снстэм, лрэлятсгзуюаих поступлэндя иопоз хлора з метаболически актзэ.-лыэ органы. Пояобшкя защитными мэханчзмаки растопил неустойчивого сорта 131, очевидно, нэ обладают или обладают з наименьшей степени. Мочь- но на этом основания полагать, что одной из причин большой солеустой чивости расгзнай сорта ЯНЭ5Р-35 является функционирование защипы* ма. ханизнов на уровне цолого организма.

Как было отмечено выше, растения аридггых местообитаний подвержены одноэреманпему действию засоления, ксеротермичоских факгороз, а также факторов антропогенного происхождения.

Отсюда возникает вопрос, имеющий зажноэ фундаментальпоэ я практическое значение, не сочетается ли устойчивость растений хлопчатника к засолонию с их устойчивостью к высокой теклорзтурэ э избыточному содержанию тяжелых .мзталлов з почзо. О днях из наяболееаироко распространенных и токсичных гяхэльсс металлов является кадмий. Поэтому а дальнейшем км ясследовапи способность растений контрастах по солеусгойчивости сортов ИНЭБР-85 и 133 произрастать э условиях загрязнения почвы кадмием. Полученные результаты показали, что растения обоих сортов обнаруживали резкое ангябирование роста при адаптация к различным концентрации Сс5С1г (рас.З). При этом растения сорта Ш1ЭЕР-85 з рзпродук^—тивный перяод развлгая (бутонязацяя, цзвтзния, плодоношения) оказались болеэ устойчизыгш к СёС12 (5-ю"4 И), чем растения сорта 133. Тем на менее на других стадиях развития растений сортовые различия были канве зыражекы.

В опытах по гермоустойчивости двух сортов было показано, что растения солеустойчивого сорта ИНЭБР-35 проявляли я большую устойчивость к высоким температурам. Существенно при этом отметить, что растения

хлопчатника, которые были адаптированы к длительному постепенно аоз—

»

раставщаму засолении, характеризовались и более высокой териоустойчи■ зостьга по сразненяю с контрольными растениями.

Это положениэ подзержваетсл в опытах, в которых растения сортов ИНЭБР-85 а 133 адаптировали к 0,3 % ИаС1 я на стадии бутонизации подвергали действию высокой температуры ¡40 С). Через 72 часа еысокотэл пэратурлого воздействия внрадеяые з нормальных условиях растения сорта 133 теряли тургор, тогда как адаптированные :< 0,3% ЯаС1 растения обна руживали падение тургорного давления в более поздниэ сроки. Памболэе устойчивыми к зысокой температура бьши растэния сорта ИНЭБР-35.

Стадии онтогенеза

•'Рис .-3 Ингкбироваяие хлористым кадыиек роста надземных органов у растений двух сортов хлопчатника в различные фазы; онтогенеза.

1 - сорт ИНЭБР-85. 2 - сорт 133. Н - 3-4 настоящих листа, Б - Оутанизация, Ц - цветение, П - плодообразование.

Для исследования способности растение, подвергнутых длительной высокотемпературно! обработке, к регенерации их переносили в нормальные условия роста. Полученные результаты показали (рис.4), что все растения, за исключением' контрольных растений 133 сорта,

восстанавливались. Отсюда можно сделать вывод о большей устойчивости к высокой температуре растений сорта ИНЭБР-85, которая проявлялась в большей резистентности к повреждающему дейевию температуры и /или в большей регенерационной способности. Представленные датыэ свидетельствуют также о термопротекторном действии длительной адаптации растений к слабому хлоридному засолению, таким образом, в ходе адаптации к засолению индуцируются защитные системы, которые повышают устойчивость растений к высокой температуре. Речь в данном случае, очевидно, идет о системах, ответственных за устойчивость растений к двум факторам различной природы.

В связи с обсуждаемыми вопросами представлялось важным выяснить, обеспечивается ли большая устойчивость растений к засолению, высокой температуре и тяжелым металлам функционированием защитных механизмов на организменном или на клеточном уровне.

Для решения этого вопроса нами были получены каллусные и

%

суспензионные культуры из разных по солеустойчивости сортов хлопчатника ИНЭБР-85 и 133. С целью оценки солеустойчивости полученных линий клеткочные культуры выращивали в течение клеточного цикла в присутствии различных кон центраций в среде НаС1 и определяли их способность накапливать сухую биомассу в условиях засоления. Проведенные опыты показали, что изоли роваяше клетки, полученные из устойчивых и неустойчивых растений двух сортов хлопчатника, практически не различались ло их солеустойчивости (рис.5*,а). Боле того, клетки неустойчивых к соли растений хлопчатника сорта 133, проявляли более высокий адаптивный потенциал, чем клетки устойчивых растений сорта ИНЭБР-85 (рис.5,б). Это означает, что большая солеустойчивость растений сорта ИНЭБР-85 определяется не на клеточной уровне, а на уровне целого растения, одним из таких механизмов является, как было показано выше, способность устойчивых растений аккумулировать соли в метаболически неактивных органах (рис.2).

Исследование роста изолированных клеток двух сортов хлопчатника на фоне тяжопых' металлов (рис.6,а) позволило, обнаружить большую устойчивость клеточной линии, изолированной из растений сорта 133, чем из растения сорта ИЛЭБР-85. (Рис.6,б). При 'этом также поназано, что адаптированные к НаС1 клетки ^проявляли значительно большую солеустойчивость к СсЗС12 по сравнению с неадаптированными, тем не менее соотношение устойчивостей двух исследованных линий не отличалось от контрольных. Отсюда следует, что длительная адаптация изолированных клеток к избыточному хлоридному засолению сопровождалась

шпрсаь--0,356 кпС1 С,2% *аС1 .. КОНТРОЛЬ

1.=40°с 1=40° С Ь =40° С 1=40° С

СОРТ - 133 СОРТ - ИЮБР-85

Рпй.4 Последействие высокотемпературной обработки на рыгтениг. виращеннае в нормальных условиях (контроль), с *акхх в условиях кх длительное едептацик к КсС1 (0,3 %'> ■

СормкроЕанЕои кехакизкоБ устоЕчисостк к тяжелнк кеталлак.

ЦолучекЕыь данные говорят г пользу существования облш: коханизкос устоГ-чквостк к кзбиточноку соьзрх'.анкк г среде 1!аС1 к СоС12. Однако для сис1Пг,телы!огс доказательства этого полокенкк кеобходкко' было продэконстрК^овать повызешее солеустокчквостк клеток в ходэ их екашацни к тяжелым кетаялак.

Лия гтогс предсерглте льно а датированные к различных концентрациям Сй=1г лени»: выращЕваль е паксуствкк е среде избыточного содержания хлористого иатрпк <0,3; 0,6; 0,5 Ь). В качестве контрольных были взяты ггадаптироЕЕягеые к гонгк кадккк клотик (рисПри зток било 1?станаБЛ0В0,чтс у йдаЕТкроЕаншк к игдикв ( .5-10 К) клеточках лкнке ккгсбкроваШ1£ роста клеток под воздействием КаС1 происходило в значительно меньшей степей«:, чек у неадаптированных (рис.7,б). Такик сбразоя, псличенные х£а.кк данные , однозначно свидетельствуют о сус.естоЕ&ЕаикЕ обеих систем устойчивости клеток хлопчатника к

Рис.5 Дозовал записмость роста каллусиых культур от

содержания в среде/'аС] до(а) и после адаптации (б) 16-й пассек на солевой -среде. .-. I - ктрмн И!£ЗРР-е5 . .£ - штамп 133

засолению х тяжелый металлаи. Выше нани было также показано наличие общих систем устойчивости растений к засолению и высокой температуре.

В дальнейшей нам представлялось важным исследовать те защитные и /или адаптивные системы, которые формировались в ответ на действие факторов различий природы и могли иметь отношение к общим системам устойчивости. В качестве возможных кандидатов на роль подобных "универсальных" систем могли рассматриваться, прежде всего системы синтеза "шоковых" и "стрессорных" белков, аккумуляции пролина и выделения стрессорного этилена.

Для поиска обгцих механизмов устойчивости мы, изучали действие каждого из факторов на новообразование индивидуальных по-пипептидов, используя в качестве модели 5-ти дневные проростки хлопчатника двух контрастных по устойчивости сортов (ИНЭБР-85 и 133). Исследование синтеза индивидуальных полипептидов радиоизотопными методами позволило обнаружить интенсивное изменение экспрессии генома у проростков в ответ на действие хлоридного засоления (ЫаС1 0,05 и 0,15%), высокой температуры (36,38,42 и 46 °С) и избыточного содержания тяжелых метал.-лов (СйС12 5-Ю"4 М, 10"-3 И, 5-10"5 И). Анализ получвнных электрофлюорограмм позволил выявить группу низкомолекулярных белков, новообразование которых значительно активировалось в условиях гипертермии и засоления (17, 18, 24-26 кД). Существенно отметить, что если первые два полипептида присуствовали в контрольных условиях я их синтез стимулировался в от;вет на действие экстремальных факторов, то полипептид идентичный по молекулярной массе осмотину, отсутствовал в контрольных проростках и его синтез индуцировался в неблагоприятных условиях. Помимо низкомолэкулярных белков, проростки реагировали на дейстивие двух факторов высокой интенсивности новообразованием высокомолекулярного полипептида 4,116 кД). Причем этот полипептид был

характерен для растений как ус_тойчивого, так и чувствительного к

НаС1 и высокой температуре сорта. В то же самое время обнаруженные нами низкомолекулярные полйпептиды были наиболее характерны для растений устойчивого сорта (ИНЭНР-85). Это позволяет говорить о возможной корреляции между указанной группой бельков и развитием устойчивости растений к Т1И и засолению. Для растений сорта ИНЭБР-85■ было характерно также новообразование полипептидов 22 и 26-28кД, синтез которых активировался лишь в ответ на засоление, но не на действие факторов иной природы. Специфичным для ответа растений на действие хлористого кадмия было' новообразование белков с молекулярными массами 52, 76 и 98 кД. Таким образом, проростки хлопчатника отвечали

Рис 6 ДелстЕие различных концентрации Сс£С1г на рост каллусныИ культур хлопчатника в течение цикла выращивания 21 день

а. Неадаптированных штаммов хлопчатника.

б. Адаптированных кМаС1 (0,8 и 1штаммов хлопчатг

ника.

1 - ШЭБР-85, 2 - 133.

на действие высокой температуры х избыточного засоления новообразованной группы одних и тех же низкомолекулярных полкпептидов (17, 18, 24-26 кД), наиболее характерных для растений устойчивого сорта. Ножно, следовательно, полагать, что эти полипептиды имеют отношние к формированию систем устойчивости к одновременному

Рис.7' Ингйбированиа роста каллусной культуры двух шташов хлопчатника нездапгнровокной (а) и адаптированной (б) к СсУСЫЮ^М).

действию двух фактров различной природы.

Второй универсальной системой является система аккумуляции пролина, обладающего протекторным эффектом в неблагоприятных условиях. Для ее исследования растеная различных сортов хлопчатника выращивали до стадии бутонизация в оптимальных условиях, после чего их подвергали внезапному хлоридному засолению и асслэдовали содержание пролина в ассимдлирующих органах. Попучэньые результаты показали, что растения всех исследованных сортов реагировал* на засолеиие интенсивной аккумуляцией пролина. Полученные ранез в нашей лаборатории данные свидетельствуют об активации системы накопления пролина также и в условиях гипертернии (Хыдыров, 1992) . Как мы видим из рис.8 уровень аккумуляции пролина в листьях растений . находится в обратной корреляций от солаустойчивоста сорта. Это может быть проиллюстрированно на примерз растений чувствительного (133) я устойчивого (ИНЭ5Р-85) к избыточному засолению сортов.

Рис.8 Аккумуляция пролит в листьях хлопчатника различных сортов при внезапном засолении(0,Сд НаС1) в физе бутонизации.

1.- АзШОМ-76, 2.- АзНИХИ-104, 3,- ШЭБР-85, 4 - АзНИХК-33 5 - 133, б - '.'угап-395. 1-6 контрольные образцы, ' 1-в образом, подЕзигауию пнезалнсгду засорению.

Накопление прелкнз. в условиях засоления характерно не только для целых растение, но к для изолированных кз н*х клеток. На рис.9 представлена дкнаккка аккумуляции пролина и тесот связанных с его

Рис. Эдинашка изменения пула свободного пролина и глуташновой кислотц. в клеточных штаммах до к после адаптации к заилению в течение цикла культирования.

а. пролин, контроль . б. пролин, засоление . в. глутаминоБая кислога^контроль, г. глуташновая кислота, засорение.

1 - штамм ШЭБР-85С контроль), И - штамм 133ч контроль),

2 - штамм ИНЭЕР-85 С засоление), 4 - штамм133( засоление). Индекс роста: - 7,0; 2. -II,С; 3. -6,8: 4. -8,0.

.Рис.10 Влияние внезапного засоления на выделение этилена растениями хлопчатника.

1 - ИНЭБР-85, (контроль) , 2 - 133 (контроль), 3 - ШЭБР-85, (0.8 % *4аС1), 4 - 133 (0,8 % МаС1).

метаболизмом аминокислот в течение ростового цикла. Полученные результаты показывают, что максимальное содержание пролина соответствовало логарифмической фазе роста. У клеток устойчвого штамма 133 в присутствии ИаС1 (1,0%) максимальное содержание пролина наблюдалось на 4-е и 11-е сутки культивирования. При этом первому максимуму соответствовал высокий пул предиествонников-глутаииновой кислоты и глутамлиа, что свидетельствует об их участии в клеточной осморегуляции. На 11-е сутки клеточного цикла содержание пролина И его

предшествеников заметно снижалось. Существенно отметить, что способность неустойчивых клеток боле^ активно аккумулировать пролин по сравнению с устойчивыми проявлялась лишь на отдельных этапах ростового цикла.

Таким образом, неустойчивые растения хлопчатника, в отлячяе от изолированых из них клеток, характеризовались способностью к болээ быстрому я интенсивному накоплению пролина в ответ на действие неблагоприятных факторов. Это означает, что способность аккумулировать пролин в экстремальных условиях свидетельствует не только об активации защнтних систем, но также и об уровне устойчивости али "неустойчивости" организма.

Аналогичная зависимость между устойчивостью растений а активностью выделения "стрессорного" этилена в ответ на действие засоления (рис.11) к высокой температуры (Хыдыров.1992) была установлена нами для двух различных по солеустойчивости сортов хлопчатника. Полученные) данные показали, что растения сорта 133 более интенсивно выделяли этилен, чем растения сорта ИНЭБР-85.

Представление выше результаты по кросс-адаптации растений к различным экстремальным факторам свидетельствует о существовании общих систем устойчивости растений и изолированных клеток к высокой температуре и засолению, а та1(же, оче видно, к CdC^. Большая солеустойчивость изолированных клеток также коррелировала с их устойчивостью к тяжелым металлам. Растения отвечали на высокую температуру, засоление в CdCl2 интенсивным изменением зкспресии генома, аккумуляцией вролвка и выделением стрессорного этилена. При этом большая солеустойчивость и терноустойчивость растений сорта ИНЭБР-85 коррелировала с новообразован;! ем группы низкоиолекулярных полипептидов, в том число я идентичного по молекулярной массе осмотину белка. Можно полагать, что эти белки имеют отношение к формирование одних и тех ;кс систем устойчивости к экстремальным факторам различной природы. Основываясь на наших, а таюке литоратур№к данных (Хыдыров. 1932; Шевякова, 19В2;.1983; Samac ■ et. al., 19Э0) можно полагать, что к подобным жо механизмам могут быть также отесены системы аккумуляции прелина и выделения "стрессорного" этллэла.

I - 'ВЫВОДЫ

1. В результате скрининга на солеустойчивость шести различных сортов хлопчатника вида Gossyp,j.iu.Ti hirsutum I. выявлены парспехтавнаа формы для-возделывания а условиях Средней Азия и Закавказья.

2. Попучэны каллус:ыэ и суспензионные клеточные культуры яз

растекпЕ двух контрастных по солеустойчивости сортов хлопчатника.

3. Установлено, что белее высокая устойчивость растений сорта ИНЭЕР-05 с условиях слабого к среднего засоления обусловлена фуккцио-шфованЕок сссгем оргапкзменного, ко не клеточного уровня. Сделан вывод о тон, что большая устойчивость {<леток но всегда может быть реализована на уровка целого растения. Зто^выпод имеет важное значение при получение косых форм растенвК методами клеточной шшеноркк.

4. В. зкеперикентах по кросс-адаптации получены прямые доказательства фукщконхрорзкля обиих си стек устойчивости у растении п кзалкра—ианшк кз hex клеток к высокой температуре, засолению и тяжелый нотал,лак.

5. Показако, что растения неустойчивых сортов более быстро и интенсивно реагировали на действие кзблагопркяпшх факторов путем актквзцкк засщткых с адаптивных систем, таккх как системы аккумуляции пролкна к Еыдзяепгя стрессориого зтклена, a также новообраэоваккя ккзкоколекулярньж полкпептедов, виеггакя очевидно, существенное значение для Еимсанкл растений в условиях дейст»я экстремальных факторов р&злвчпоС фсзкчяской природы.

Список работ, опубликовании: по иатеркалаи дкссертацкяй.

1. Kuznoteov VI,V., Kerimov F.A. Tho effect of increasing concentrations of CdCL^cn the growth and ths accumulation o£ free proline on sesglings of two kinds of cotton Gossypiua hirsutua L 5 Intern, syrcp. "Plant rcotabolisiti regulation", Varna, Bulgaria, 1920, p.22

t

2. КерекоЕ Ф.Д., Кузнецов Вл.В., Иаккна З.Б. Устойчивость изолкровак-ie:" клеток к пэрослих растений хлопчатника к засолвнкю. Цитология 1991 г., Т. 3., И 5., ст 106.

3. Kerteov F.A., Linus Y.O., Eusnstsov VI.V. , Kaihvm S.U. Resistance of different cotton variertiec of species Gaasypium hirsutusz L. t oalinity, heavy K3tals and high temperature, Tibet. Intern. еушр. "Physiology, hiochcraistry and genetics of plants salt resistance". Tashkent 19S2., p 1С.

4. r.uznctsov VI.v. , Koriraov F.A., Shovyakova K.I. Proline provided adaptation of two cotton cultivare to KaCL cellular and organiera levels, /.bat. Intern, eyrap. "physiology, biochemistry and gsnatics of plants salt resistance". Tashkent, 1S92., p 54.

5. Керкков Ф.А., Кузнецов Вл.В., Панина З.Е. ОрганязкэшыЕ к клзточ-ны£ уровкЕ солеусто8чквоств растоигй двух сортов хлопчатника (133 в К1гЭЕР-85). Физиологии растеикг, 1993., Т. 40., N 1. ст. 128-131