Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ОВОЩНОГО АМАРАНТА

ВАК РФ 06.01.05, Селекция и семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ОВОЩНОГО АМАРАНТА"



На правах рукописи

ПЕШКОВА Алиса Михайловна

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ОВОЩНОГО АМАРАНТА

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство 06.01.06 — овощеводство

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2004

Работа выполнена во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур, полевые опыты проводились на базе Тульского государственного педагогического университета им. JI.H. Толстого в 2001 - 2004 гг. Научные руководители:

Доктор биологических наук, лауреат Государственной

Премии РФ в области науки и техники, Гинс М.С.

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Мельник JI.C. ♦

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Мамедов М.И. кандидат биологический наук, доцент Лысенко Г.Г.

Ведущая организация: Российский университет дружбы народов.

Защита состоится ЯЗ декабря 2004 г. в ^ часов на заседании диссертационного совета Д 220. 019.01 во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур (143080, Московская область Одинцовский район, п/о Лес. ной городок, пос. ВНИИССОК)

Факс (095) 599-22-77, e-mail: VNIISSOK@MAIL.RU

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ВНИИССОК

Автореферат разослан лз _ ноября 2004 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор с.-х. наук, профессор ¿Р'Р^ / Добруцкая Е.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема питания является социальной проблемой; обеспеченность населения сбалансированными продуктами питания нередко влияет в определенной мере на политическую активность людей. В настоящее время резко уменьшена физическая нагрузка, в связи с научно-техническим прогрессом, следовательно, пища должна бьггь более сбалансирована по содержанию белков, углеводов, жиров и биологически активных веществ, в число которых входят не только витамины, но и антиокислители.

В последние годы широко используются биологически активные добавки в пище. В этой связи актуальным является поиск новых растений, являющихся источником биологически активных веществ, из которых можно выделить эти соединения и создать на их основе пищевые добавки. Проблемы рационального растениеводства могут быть решены путем интенсификации использования традиционных видов растений и ннтродукщщ новых нетрадиционных видов. К числу наиболее шгтересных растений универсального использования относится амарант, являющийся международной культурой благодаря высокому содержанию белка, сбалансированного по незаменимым аминокислотам, а также содержанию биологически активных веществ, пектина и масел. Кроме того, амарант является источником антиоксид актов; ама-рантнна, каротипоидов, аскорбиновой кислоты. Обладая такими ценными качествами, амарант входит в число растении наиболее перспективных для интродукции на новых территориях, в том числе и в Нечерноземье.

Необходимыми субстратами для синтетических процессов в растении являются аминокислоты. Аминокислоты являются предшественниками в синтезе биологически активных веществ амаранта, например амараитина. В связи с этим, изучение влияния аминокислот как регуляторов роста является достаточно актуальным.

ЦНБ МСХА фонд ручной литературы

Цель II задачи нсследоиашщ. Целью данной работы явилось разработка способов применения в качестве регуляторов роста и развития растений 4-гидроксифенилэтанола (4-ГФЭ) и аминокислот, таких как фенилалашш, тиро-зчн и пролпн при выращивалии овощных сортов амаранта в Нечерноземье.

В связи с поставленной целью были определены основные задачи работы:

1. Определить экспериментальным путем рабочие физиолога чески активные концентрацпнфенилаланина, тирозина, пролнна к 4-ГФЭ по посевным качествам семян.

2. Выявить влияние обработки семян амаранта растворами аминокислот и 4-ГФЭ на всхожесть, энергию прорастания и дальнейшие процессы роста и развития растений амаранта.

3. Дать сравнительную характеристику влияния предпосевной обработки семян амаранта феннлаланином, тирозином, пролнном и 4-ГФЭ на активность фотосинтетического аппарата листьев овощного амаранта по следующим показателям: содержанию хлорофилла, интенсивности фотосинтеза, динамика накопления сухого вещества листьями, чистая продуктивности фотосинтеза.

4. Определить сортовые различия реакции растений амаранта на обработку аминокислотами и 4-ГФЭ по образованию биологически активного вещества алкалоидной природа, антноксиданта— амарантина.

5. Изучить влияние предпосевной обработки семян амаранта фенилаланином, тирозином, проливом и 4-ГФЭ на накопление белка в листовой массе овощного амаранта. -

6. На основании комплекс но! 1 оценки проанализировать влияние фени-лаланнна, тирозина, нролина и 4-ГФЭ па особенности обмена веществ овощных сортов амаранта, рассмотреть возможность применения аминокислот и 4~1 гидроксифенилэтанола при выращивании амаранта в Нечерноземье и опреде-

лить наиболее значимые из них для овощных амарантов, что может иметь как теоретическое, так и прикладное значение.

Научная новизна. В работе впервые изучено влияние 4-ГФЭ и аминокислот - фенилаланина, тирозина и пролина в качестве регуляторов роста и развития, на особенности обмена веществ и продуктивность овощных форм амаранта сортов Дон Педро, Киэлярен и Валентина.

Впервые проведено сравнительное исследование влияния аминокислот на особенности фотосинтеза у амаранта как С4-растения нетрадиционного для Нечерноземья, показано стнмулирующее действие аминокислот и 4-ГФЭ на содержание хлорофилла, продуктивность фотосинтеза, содержание амаран-тина, биосинтез белка. Установлено, что при обработке пролином, который является антистрессовой аминокислотой, семена амаранта, имеющие пониженную всхожесть после действия неблагоприятных факторов, повышают энергию прорастания и всхожесть, увеличиваются так же ростовые и физиологические показатели растений, выросших из этих семян. Установлено, что 4-ГФЭ проявляет китокиииновую активность, активизирует обмен веществ и продуктивные процессы в растениях овощных сортов амаранта.

Практическая ценность работы. Проведенные исследования могут способствовать дальнейшему развитшо представлений о влиянии аминокислот и 4-ГФЭ как регуляторов роста на процессы фотосинтеза, на процессы роста н развития амаранта. Полученные результаты имеют теоретическое и практическое значение для дальнейшего исследования аминокислот с целью их использования в практике овощеводства, а в частности - в его новом направлении - селекции овощных культур на повышенное содержав те биологически активных веществ и антиоксидантов. Синтеггпческий регулятор роста 4-ГФЭ с ш1то кин и новой активностью можно применять для предпосевной обработки семян амаранта для повышения урожайности листовой массы с высоким содержанием биологически активных веществ.

Результаты работы могут быть также использонаны в лекционных курсах растениеводства ифнзнолопш растений, при проведении полевой практики студентов биологических и экономических специальностей.

Апробации работы. Основные положения диссертационной работы докладывали на отчетных сессиях ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур. Материалы диссертации были представлены на IV и V Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования (Пущнно, 2001; Пухцино, 2003), на Ш Всероссийской научно-производственной конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Пенза, 2000), на I Международной научи о-практической конференции «Растительные ресурсы для здоровья человека» (Москва, 2002), на Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 20О2). По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на О страницах, включает ^ таблиц. 33 рисунков. Состоит из введения,' обзора литературы, экспериментальной части, результатов исследований, заключения, выводов, рекомендаций производству, списка литературы и приложений. Список литературы включает 226 наименования, из которых 49 на иностранных языках.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили и период с 1999 по 2004 гг. на кафедре ботаники и технологии растениеводства Тульского государственного педагогического университета им. Л.Н. Толстого и на Биоэкодогн ческой станции ТГПУ. С: 2001 по 2004 гг. - в лаборатории интродукции и семеноведения ВНИИ се--лекцни и семеноводства овощных культур РАСХН.

Объектами исследования явились copia амаранта КизляреЦ, Дон Педро и Валентина. Сорт Кизлярец относится к кормовым и зерновым сортам, но .молодые нежные листья Кизлярца могут использоваться в пищу в качестве овоща, поэтому в нашей работе мы рассматриваем этот сорт как овощной.

Семена амаранта для лабораторных и полевых опытов и препараты аминокислот тирозина, фенил ал ани на и про лика были предоставлены ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур.

В работе использованы общепринятые физиологические и биохимические методики (Третьяков, 2003). Содержание хлорофиллов а и Ь определяли на спектрофотометре SPEKORD М-40, Анатомическое строение листа изучали на микросрезах с использование микроскопа ВИОЛАМ ЛОМО при увеличении 120 крат. Для иллюстрации анатомического строения листьев и стебля амаранта использовали телевизиоино-компьютерную установка, состоящую из микроскопа, телекамеры и компьютера (увеличение в 130 крат).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили на ПЭВМ с использованием программы Statistica 5,5 А (серийный номер AXXR 305B9S012ÏFA).

Растительный материал выращивали на территории Тульской области. Определение физиологически активной концентрации pci-улнторов роста м развитии растений амаранта — аминокислот пролила, тирозина и фенилалашша и 4-ГФЭ

Несмотря на высокую экологическую пластичность и устойчивость амаранта, выращивание его в Нечерноземной зоне России сопряжено с определенными трудностями, обусловленными климатом, видами почв, в том числе температурным режимом, Семена амаранта обычно обладают высокой всхожестью (до 95 %), но в условиях Тульской области часто происходит неравномерное созревание семян в метелках, что но1шжает общий процогг всхожих семян. Кроме того, семена амаранта могут иметь пониженную всхожесть

из-за поздних весенних заморо чкою, которые имеют место в Тульской области, а также из-за неправильного или слишком длительного хранения. Поэтому важным этапом в технологии возделывания амаранта п условиях Нечерноземья является предпосевная обработка семян стимуляторами, повышающими всхожесть и энергию прорастания семян.

Первым этапом эксперимента стало определение рабочих концентраций аминокислот и 4-ГФЭ. Определение было проведено путем зама'швашгя семян вышел еречисленных сортов амаранта в растворах фенилаланина, тирозина, пролпна и 4-ГФЭ в концентрациях от 10"* до 10 6 %. Концентрации 10"' и 107 % явились ннгнбнрующимн для растений амаранта, семена имели низкую всхожесть или не прорастали. По всхожести семян судили об оптимальной рабочей концентрации, Проращивание семян проводили при комнатной температуре (20® С), при пониженной температуре (4°С - нижняя полка холодильника) и при повышенной температуре (33-34сС - термостат).

Рабочими концентрациями аминокислот и 4-ГФЭ стали следующие: для тирозина - 10* %, фенилаланина - 104 пролила - 105 4-гидроксифеннлэтанола - 10"5 %.

Энергия прорастания ссмян амаранта сорта Дон Педро, обработанных тирозином, про л 1 том, феннлагшшном и 4-ГФЭ в вышеуказанных концентрациях - на 28%, 29,6 % , 24% н 2Й % соответственно больше, чем в контроле; у сорта Кизлярец - соответственно, на 30,9%, 90,4 % , 9,5% и .45,7%; у сорта Валентина на 43,9 %, 63,2 %, 55,1 % и 69,2 % соответственно.

Отмечено также стимулируюшее действие н на всхожесть семян данных сортов: у сорта Дон Педро обработка семян тирозином, пролином, фенилала-нином и 4-ГФЭ привела к повышению их всхожести по отношению к контролю на 28,0 %, 29,6 %, 24,0 5 и 28,0 % соответственно; у сорта Кизлярец - на 27,2 104,5 9,0 % и 27,2 % соответственно; у сорта Валентина - на 45,5 %, 58,1 %, 41,8 % и 47,3 % соответственно (табл. 1).

Таблица 1

Всхожесть и энергия прорастания семян амаранта, обработанных тиртипом и феи\талаиииом в оштшальных концентрациях (Ч'о)

Варианты омыта Энергия 1 % к контролю прорастания ] Всхожесть | % к контролю

А. Дон Псдро

Контроль 54±0,2 100 55Ю.1 100

ТирошнОО0) 69+0,3 128,0 71 ±0.3 129.0

Пролив (10*) 70±0,3 129,6 85±0,2 154,5

Фенияалзнин (10е) <Ь7±0.3 124,0 69*0,4 125,4

4-ГФЭ (К)1) 69+0,3 128,0 152,7

А. Кигырец

Кон гроль 42Н),1 100 44Н).4 ' I 100

Тироадн(Ю'5) 55*0,1 130.9 56±0,1 1 127.2

Пролин ПО') £0±03 190,4 90±0,3 1 204,5

Феннгаяанин (10") 46±0,3 109,5 4£±0,2 109.0

4-ГФЭ (105) ?й±0.3 1Е5.7 56±0,1 | 127,2

А. Валентина

Контроль 49±0.1 100 55±0,2 100

Тнротин (10°) 73*0,4 148,9 К0±0,3 145,5

Пролик(10*>) Ь[Ь0.4 163,2 87 ±0,3 158.1

Фенилэлашш(104') 76±0,3 155,1 78+0.5 141,8

4-ГОЭ (10-5> В3±0.2 169,3 81^0.2 147,3

Полученные результаты свидетельствуют, что 4-ГФЭ повышает способность клеток зародыша семени притягивать подвижные метаболиты из окружающих запасных тканей, способствует выходу семян из состояния покоя, повышает всхожесть семян и дружность всходов. Аминокислот тирозин и фенилаланнн усиливают интенсивность процессов дыхания и активизируют работу ферментов зародыша семени. Пролин проявляет свойства антистрессовой аминокислоты и позволяет семенам амарадтга преодолеть действие неблагоприятных факторов, таких как слишком высокая или низкая температуры. Благодаря действию пролина всхожесть и энергия прорастания была достаточно высокой как в термостате при температуре 33-34° С, так и а холодильнике при температуре 4° С,

Дальне(1шие исследования проводили на проростках и растениях, выращенных из семян обработанных изучаемыми регуляторами роста при температуре 20° С.

Влипни с обработки растиирами аминокислот и 4-ГФЭ на рост н развитие

проростков амаранта '

Обработка регуляторами сказывалась и на дальнейшем росте и разви-; тин растений амаранта. Из-за малой массы семян стартовый рост амаранта: сильно замедлен и через неделю после прорастания амарант имеет период' «скрытого роста». В этот период проростки наиболее уязвимы к действию: внешних факторов, их рост подавляется сорняками. <'

Анализ полученных результатов показал, что аминокислоты и 4-ГФЭ положительно влияют на ростовые параметры 15,30 и 45-ти суточных проростков амаранта сортов Валентина, Дон Педро и Кизлярец. ;

Высота 15, 30 и 45-ти суточных проростков под влиянием растворов; аминокислот оптимальной концентрации по отношению к контролю увеличивается в среднем для трех сортов на 40,8 % при обработке тирозином, на 53,9 % при обработке фен ил алан и ком, на 78% при обработке пролином к на ' 88,2 % при обработке 4-ГФЭ. Наибольшее влияние здесь оказывают ггролин к 4-ГФЭ. Под влиянием аминокислот происходит увеличение таких ростовых ■ параметров как: высота растений, длина корня, масса проростков, биомасса листьев у 15-ти суточных проростков амаранта (рис. 1).

Длина корня увеличивается по отношению к контролю: у сорта Дои Педро под влиянием тирозина на 1,4 см, фешгалашша на 1,3 см, пролина на 1,2 см; 4-ГФЭ на 1,7 см; у сорта Кизлярец под влиянием тирозина на 1,6 см, фениаланина на 1,1 см, пролина па 1,5 см; 4-ГФЭ на 1,7 см; у сорта Валентина иод влиянием тирозина на 1,1 см, фениаланина на 1,3 СМ, пролина на 1,2 см, 4-ГФЭ на 1,5 см.

<л>

I-1 (В)

Рисунок I. Влияние обработки сслтп растворами 4-ГФО и аминокислот в оптн.но,1ыюй концентрации па высоту (А), длину корт (Б) и сухую массу (В) 15-ти дневных проростков амаранта

Дли на корней, изменяющаяся под влиянием регуляторов роста, свидетельствует о стимулирован и и кор необразован и я овощных сортов амаранта, особенно в вариантах с тирозином н -1-ГФЭ.

Сухая масса 15-ти суточных проростков также возрастает по отношению к контролю: у сорта Дон Псдро под влиянием тирозина на 57 мг, фениалщш-

на на 75 мг, пролина яа 77 мг; 4-ГФЭ на 79 мг; у сорта Кизлярец под влиянием тирозина на 70 мг, фениаланнна на 63 мг, пролпна на 74 мг; 4-ГФЭ на 77 мг; у сорта Валентина под влиянием тирозина на 39 мг, фениаланнна на 30 мг, пролпна на 35 мг, 4-ГФЭ на 40 мг.

Анализ данных показал, что обработка семян овощного амаранта аминокислотами и 4-ГФЭ усиливает ростовые процессы, способствует преодолению критического периода, вследствие этого, в фазу активного роста вступают наиболее приспособленные растения. Так, у 45-ти суточных растений высота надземной части составляла: у сорта Дон Педро в контроле 13,5 см, под влиянием тирозина — 20,2 см, фенилаланнна — 16,6 см, пролина - 20,2 см и под влиянием 4-ГФЭ - 20,3 см; у сорта Кизлярец в контроле 16,7 см, под влиянием тирозина — 25,4 см. фепилаланииа — 24,4 см, пролина — 26,7 см и под влиянием 4-ГФЭ - 27,0 см; у сорта Валентина в контроле 12,7 см, под влиянием тирозина — 18,5 см, фенилаланнна - 20,2 см, пролина - 23,2 см и под влиянием 4-ГФЭ - 23,6 см.

В конце фазы вегетативного роста наблюдается активное ветвление и наращивание биомассы листьеи. Различия высоты надземной части растений становятся все более заметными, так как возрастает интенсивность роста. Пролонгированное стимулирующее действие проявляют все изучаемые регуляторы роста. Цнтокишшовая активность 4-ГФЭ проявляется в усилении мн-тотических процессов, активном росте клеток растяжением (Кулаева и др., 1982). Возможное действие тнрозина и фениаланнна заключается в повышении фонда свободных аминокислот в растении амаранта, в меньшей степени происходит конкуренция за (.-тирозин между процессами лигннфнкации и биосинтезом амарантина и фенольных соединений в растениях овощных сортов амаранта (Кононков, Гипс В.К., Гипс М.С., 1999). Наращивание биомассы растений коррелирует с интенсивностью ростовых процессов, и, следовательно, также зависит от стимулирующего влияния аминокислот и 4-ГФЭ.

Урожайность биомассы растений с одного квадратного метра у 115-ти суточных растений колеблется у сорта Дон Педро от 5,8 кг/м1 в контроле до 6,7 кг/м2 при обработке тирозином, до 7,3 кг/м1 под действием фенил ал алнна, до 7,5 кг/м1 под действием пролина и до 7,6 кг/мг под действием 4-ГФЭ; у сорта Валентина - от 4,2 кг/м1 в контроле до 5,1 кг/м1 при обработке тирозином, до 5,2 кг/м2 под действием фенилаланина, до 5,3 кг/м1 под действием пролинаи до 5.6 кг/м1 под действием 4-ГФЭ; у сорта Кизлярец-от7,5 кг/м1 в контроле до 8,1 кг/м2 при обработке тирозином, до 9,1 кг/мг иод действием фенилаланина, до 9,8 кг/м1 под действием пролина-.и до 10,2 кг/м1 под действием 4-ГФЭ,

Влияние обработки растворами 4-ГФЭ и аминокислот на изменение показателей фотосинтеза овощного амаранта В основе продукционных процессов, ведущих к созданию урожая, лежит ассимиляция углекислого газа, образование органических веществ, т.е. фотосинтетическая деятельность растений (Ннчипорович, 1982). Из литературных данных известно, что рост и развитие растений находятся в прямой зависимости от интенсивности фотосинтеза. Поэтому в нашей работе мы определяли величину интенсивности и чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) амаранта, изменяющихся под влиянием регуляторов роста — аминокислот тирозина, фениаланина и пролина и 4-ГФЭ.

Величина интенсивности фотосинтеза тесно связана с величиной и продолжительностью работы листового аппарата. Урожайность растений зависит от массы надземной части растения, массы листьев, более высокой величины фотосшгтетическото потенциала, то есть, можно сказать, что у растений, увеличение биомассы которых было максимальным, процесс фотосинтеза был наиболее эффективным. Подтвердить это можно, определив, какие изменения происходят в процессе фотосинтеза у растений амаранта овощных сортов под влиянием обработки стимуляторами роста (табл. 2).

Таблица 2

Влияние тирозина, фениалашша, пролшш м 4-ГФЭ ни интенсив->

ноешь и чистую продуктивность фотосинтеза листьев амаранта -'

Варианты опыта И|Гтеисипиост1. фотосинтеза (мг/смгхч> % к 1 Чистая продукта- I %к - ___ " „ „ 1 ность фотосинтеза 1 '__ контролю 1 „„. \ ! ) контролю г 1 ЧПФ г/м К ОТГКН 1

А. Дм Педро

Конггюяь 0.61 ±0,3 1 100 2.3*0.5 100

Тирочин (10') 0.70*0.2 114.75 2,8*0,2 121,7

Фениалалин(10<г) 0,66*0.2 108,2 3.1*0,1 134.8 -

Пропин(10"1) 0.67*0,2 | 109.» 3.4±0,2 147,8 :

• 4-ГФЭ ПО-*) ■ ' 1,40*0,5 | 229,5 3.6*0,6 156.5

А. Кизлярец

Контроль ' 0,69±0,2 100 2.8*0,2 ¡00

Тмрсмин (ЮЛ 0.73±0Л 105.8 3,5*0,1 125,0 •

ФениалаиипПО*) 0,75*0,1 10Н.7 3,8*0.4 135,7 •

Пролин (10*) 0,7«±0,3 113,0 4,1*0.2 146.4

4-ГФЭ ПО*} 1.50*0.1 217,3 4.5*0,1 160.7

А. Валентина

Контроль 0.69*0,1 100 2.6*0,1 100

Ч^ротинОО') 0.70*0.3 108.6 2.9*0,3 111,5

Фениаланин(10*) • 0.70±0,3 108,6 3,4*0,4 130,8

ПролинПОЛ 0.71*0,1 . 102,9 3.7 ±0.1 142,3

4-ГФЭ (10 >) 1.44*0.1 205,7 . • 3,9±0,1 150.0

Максимальное значение интенсивности фотосинтеза наблюдается при обработке растений 4-ГФЭ: у сорта Дон Педро-229,5 % к контролю, у сорта Кнзлярец- 217,3 % и у сорта Валентина - 205,7 %.

Сорт Кизлярец характеризуется более высокой интенсивностью фотосинтеза, чем красноокрашенные сорта Валентина и Дон Педро. Это можно ' объяснить тем, >по процесс фотосинтеза тесно связан с формированием биомассы. Красноокрашенные виды уступают зеленоокрашениому Киздярцу по . интенсивности ростовых процессов. Продуктивность растений, во многом определяемая интенсивностью 1{и>госиитеза, находится в тесной связи с интенсивностью роста и развития. Величину продуктивности «{»отоеннтеза можно увеличивать внесением экзогенных регуляторов; Применение ростостимулирую ш их веществ, таких как 4-ГФЭ и аминокислот тирозина, феннлаланина

J

и пролина в сельском хозяйстве может дать хороший экономический oiJuJjckt. Кроме того, хорошим показателем роста и развития растений амаранта является величина чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), которая также была определена в нашей работе, ЧПФ тесно связана с величиной и продолжительностью работы листового аппарата. Полученные данные свидетельствуют, что растения амаранта изучаемых сортов, обработанные растворами аминокислот и 4-ГФЭ отличаются большей высотой и биомассой, характеризуются большей урожайностью листьев и активностью фотосинтетнческого аппарата по сравнению с контрольными растениями. Аналогичные закономерности были получены при изучении чистой продуктивности фотосинтеза {табл. 2).

Влияние обработки растворами аминокислот и 4-ГФЭ на содержание фотосиjггегнческих пигментов и амараитииа в листы«к амаранта

От содержания фотосинтетических пигментов - хлорофилле в - зависят эффективность функционирования фогоси нтетического аппарата, фотосинтетическая и биологическая продуктивность растеши'!. Фото синтетическая продуктивность растений, в конечном счете, определяется эффективностью преобразования световой энергии в хлоронластах, скоростью образования фогосннтетических метаболитов и использованием их на ростовые процессы и биосинтез вторичных соединений,

В листьях амаранта в большом количестве накапливается вторичное соединение — амарантнн. Его предшественинками являются D-глюкоза и L-тирозии - фогосшгтетические метаболиты, которые используются и на ростовые процессы, и на биосинтез амарантина. Можно предположить, что эти конкурирующие процессы будут снижать ростовые показатели и массу растении амаранта. Активный синтез пигмента и процессе вегетации растсння способен снижать биологическую продуктивность амаранта но биомассе.

Проведя серию экспериментов на растениях овощного амаранта, удалось установить влияние регуляторов роста—4-ГФЭ и аминокислот тирозина, фенилаланина и пролнна - на концентрацию пигментов амаранта - хлоро-филлов «а» и «Ь» и амараитнна - в надземной части растения, Данные представлены в таблице 3 и на рис. 2. Наибольшее количество хлорофиллов «а» и «Ъ» содержит зеленоокрашенный сорт Кизлярец. Сильное стимулирующее действие из аминокислот в этом случае оказывает фенил алан им: содержание хлорофилла «а» увеличивается по отнощеиию к контролю на 64 %; содержание хлорофилла «Ь» увеличивается на 15,7 % по отношению к контролю.

Таблица 3

Влияние аминокислот и 4-ГФЭ па содержание хлорофилла в сухих

листьях амаранта

Показатели Варианты опьгга Хлорофилл «а» (мг/г) % к контролю Хлорофилл «Ъ» (иг/г) %к контролю

А. ДонЛедра

Контроль 5,08 100 3,11 100

Тирозин (1СГ*> 5,84- 115.0 3.60 114.6

Фенилаланмн (104) 6.5И 129,5 3,37 124.4

Про.чин (105) 5.97 117,5 1 3,50 114,3

4-ГФЭ (10_>) 7.22 142,1 4.91 157,9

А Кизлярец

Кошроль 5,56 100 3,12 1Ш

Тирозин(Ю') 9,07 162,4 3,56 114,1

Фемклаланин (10*) 9.12 164.0 3.61 115.7

Пролнн (10°) 9,07 162.4 3.42 102.8

4-ГФЭ (10 ^ 11.21 201,6 3,94 126, В

А. Вял¿лизина

Контроль 5,68 100 2.73 100

Тирочин(¡0°) 6.19 10К.9 3.01 110.25

Фенидаланнн (10*0 7.51 132,2 3,08 112,8

Пролии(Ю^) 7,06 124.3 2,88 105,5

4-ГФЭ (10-5) 8.01 . 141.0 3,11 113.9

У растений сорта Дон Педро аминокислоты оказали неоднозначное действие на накопление хлорофилла «а» в хлоропластах: феинлалашш также оказал самое сильное влияние - увеличил содержание пншента на 29,5% по отношению к контролю. Содержание хлорофилла «Ь» увеличилось на 24,4 % к контролю.

При обработке семян сорта Вале|ггнна фенилаланнном, в листьях также наблюдали повышение содержание хлорофилла «а» на 32,2 % и повышение содержания хлорофилла «Ь» на 12,8 % по огношению к контролю.

Пролин также оказал стимулирующее действие па содержание хлоро-фнллов: под влиянием обработки раствором этой аминокислоты происходит увеличение содержания хлорофилла «а» в листьях овощных сортов амаранта в среднем на 34,8 % по отношению к контролю; хлорофилла «Ь» в среднем на 7,5 сли

Анализ полученных данных показал, что при обработке семян раствором 4- ГФЭ происходит значительное увеличение содержания хлорофиллов «а» и «Ь» по отношению к контролю в листьях растений амаранта овощных сортов: у сорта Дон Педро на 42,1 % и 57,9 % соответственно; у сорта Кизля-ренна 101,6 % и 26,8 у сорта Валентина на 41 % и 13,9 %.

Многие исследователи относят 4-ГФЭ к ниток! тин оным ретуляторам роста но направлен но сти физиологического действия (Иванова, Кириллова, Смолы™на, Сердюк, Назарова, 2003). Показано, что цитокннниы увеличивают количество хлоропластов и улучшают их структурность, а также увеличивают содержание хлорофилла за счет усиления биосинтеза и увеличения активности, ферментов от ветственных за синтез пигментов.

Накопление амарангина зависит ог интенсивности фотосинтетнческих процессов. Об этом свил стел ьствуюг результаты, полученные при обработке семян растворами аминокислот и 4-ГФЭ. При этом обнаруживается повышение содержания амаран гина в листьях сортов Валентина и Дон Педро (рис, 2).

" На накопление амараитина в листьях растении амаранта аминокислоты оказывают следующее воздействие: ■

У сорта Валентна тирозин увеличивает содержание амараитина на 45 фенил ал ашш - на 48 % по отношению к контролю; у copra Дон Педро: тирозин—из 2 фелила-мнин - на 1 i %.

Тогда как, раствор пролина в меньшей мере влняег на накопление амэрантнпа л листьях амаранта: -

• у сорта Дои Педро содержание амарант!ihа по отношению к контролю увеличивается на 1,2 %; , . . * -у сорта Валентина—на8,6%.

<4

5 11 ti i « t

<0

ч 8

' ' i e ...

3 •

o

А. Дон ГЬаро 'A. Кизлярец А. Валентина варианты опыта

[вкоктюль ■tHpoatW □ г^енигвлахлн ОгРогуч И4-Г6Э|

Рисунок 2. Влияние обработки шишокисютшш и 4-ГФЭ па содержание амараитина в биомассе различны* образцов овощного амаранта.

f i .

В клетках амаранта copra Кизляре! (, содержащих небольшое количество амараитина, под действием аминокислот начинался усиленный синтез амараитина, процентное содержание которого превышало уровень пигментов

у краеноокрашенных сортов. Синтез амарантина начинался даже в тех тканях листа и стебля, где в контроле амарантина нет.

У сорта Кизлярец при обработке тирозином содержание амарантина возрастало на 48 % по отношению к контролю, фепилаланином - на 36 %. Пролин оказал меньшее стимулирующее влияние - содержание амарантина возросло на 5,4 % по отношению к контролю.

Увеличение содержания амарантина под действием обработки растворами аминокислот тирозина и феиилаланина можно объяснить, так как предшественниками бетацнан и новых пигментов являются Ь-тирозин и днгндрок-енфеналаланин (Ко¡юнков, Гинс В.К., Гипс М.С., 2003). Увеличивая фонд предшественников амарантина, можно индушфовать синтез бетацнанинов под влиянием биологически активных веществ.

Содержание красного пигмента амарантина алкалоидной природы также повышается под влиянием обработки раствором 4-ГФЭ: у сорта Дон Педро уровень амарантина возрастал на 33,3 % по отношению к контролю; у сорта Кизлярец - на 71,2 %; у сорта Валентина - на 22,9 %.

У краеноокрашенных сортов Валентина и Дон Педро синтез амарантина начинается сразу после прорастания семян и под влиянием 4-ГФЭ усиливается после образования настоящих ассимилирующих листьев, особенно у растений сорта Дон Педро. Под влиянием 4-ГФЭ накопление амарантина начинается в мезофилле молодых листьев даже зеленоокрашенного сорта Кизлярец. Это может иметь значение в дальнейшей селекции овощных сортов амаранта, отбираемых по уровню накопления амарантина. Кроме того, увеличение концентрации амарантина очень важно для сортов, которые могут быть использованы в качестве сырья для производства пищевых красителей и биологически активных добавок.

Влияние обработки растворами аминокислот и 4-ГФЭ на содержание белка в краен о-фиолетопмх н зеленых листьях амаранта Ценность овощных сортов амаранта определятся, прежде всего, содержанием белка с высоким содержанием незаменимых аминокислот, поэтому изучение влияния 4-ГФЭ и экзогенных аминокислот на содержание белка в листовой массе амаранта имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение. Обработка семян исследуемыми аминокислотами (тирозином, фенилаланином и пролином) и 4-ГФЭ существенно повысила содержание белка в листьях овощных сортов амаранта, т.к. увеличила содержание свободных аминокислот, необходимых для биосинтеза белка (табл. 4),

Таблица 4

Изучение влияния аминокислот и 4-ГФЭ па содержание белка в

листьях овощных сортов амаранта

Показатели Варианты омыта Сыро!), ироте»и, */» на АС В Фракционный состав белка, п % иг сырого протеина

Альбумины % к контролю Глобулины % к контролю

А. До» Пебрп

Контроль 20.4 27,3 100 27,3 100

Тирозин (10 21,9 28.2 103.3 28,8 105,8

Фенил ал агшн(10"'%) 21,3 27,9 102,2 27,9 1 102,2

Пролин^О^) 20.К 27,5 100.7 27.7 101,5

4-ПЬЭ (¡0 "'%) 26,5 28,8 105.5 29 2 107,1

А. Киггярец

Контроль 28,0 33.7 | 100 20,8 1 100

Тирозин (Ш 5'.Ь) 28,9 34,2 101,5 21.8 1 104,8

Фенилалгинн (10*'%) 30.3 34.9 103,6 21.4 102,9

Прояви 29,8 33.9 100.6 21,1 101,4

4-ГФЭ (Ш^) 31,4 35,8 | 106.2 22,7 | 109.1

А. Нментипя

Коитрояь 18.4 26.5 | 100 25,4 ! 100

Тирозин (10 . 1К.9 27.2 1 02,6 25,9 1 101,9

Феннлаланнн (10 19,5 28,1 106.0 26.4 104,0

ПролииООГ1«*!) 19.1 ' 27,7 104,5 26.1 102.3

4-ГФЭ (10 20,3 29,9 1 112,8 27,2 1 107,1

Проанализировав полученные данные, можно видеть, что все амино-

кислоты и 4-ГФЭ оказали стимулирующее влияние на содержание белков в красно-фиолетовых и зеленых листьях амаранта овощных сортов.

У сорта Дон Педро под влиянием тирозина содержание альбуминов и глобулинов возросло на 3,3 % и 5,8 % соответственно, по отношению к контролю; у сорта Кизлярец - на 1,5 % и 4,8 % к контролю; у сорта Валентина — на 2,6 % и 1,9 % к контролю.

Фенил ал сшин оказал следующее действие: в листьях амаранта сорта Дон Педро увеличивалось содержания альбуминов и глобулинов на 2,2 % по отношению к контролю; у сорта Кизлярец - на 3,6 % и 2,9 % к контролю; у сорта Валентина - на 6,0 и 4,0 %.

4-ГФЭ оказал наиболее сильное влияние на содержание белков в листьях овощных сортов амаранта: в листьях сорта Дон Педро содержание альбуминов и глобулинов возросло на 5,5 % и 7,1 % соответственно, по отношению к контролю; у сорта Кизлярец-на 6,2 %и 9,1 %', у сорта Валентина - на 12,8 % и 7,1 % по отношению к контролю.

Пролин в данном случае оказал наименьшее влияние, содержание альбуминов и глобулинов в листьях всех изученных сортов амаранта возрастало в среднем на 2,5-3 %

Таким образом, обработка семян амаранта вышеуказанными регуляторами роста повышает в листьях растений, как суммарное содержание белка, так н отдельных его фракций, что имеет большое значение для производства белковых концентратов из амаранта.

Влияние обработки растворами аминокислот и 4-ГФЭ ив изменение

массы 1000 ссмнн Одним из важнейших показателей семенной продуктивности амаранта является масса 1000 семян. В условиях Нечерноземья не все сорта амаранта успевают пройти весь вегетационный период ог прорастания до созревания семян. На созревание семян оказывают воздействия неблагоприятные факторы, такие как низкие температуры, недостаточная или излишняя влажность.

Таблица 5

Влияние обработки 4-ГФЭ и аминокнслотами на изменение .массы

Шв семян

Показатель Варианты опыта Масса 1000 семин, г % к контролю

А. Дон Педро

Контроль 0.9Н±0,2 - . 100

Тирозин (10°%) 0,99*0,1 101,0

Феннлаланин (10""%) 1,2б±0,1 128,6

Пролин (10'''Л) 1.31*0.1 133,7

4-ГФЭ (10 5%) 1,33±0,2 135.7

А. Кштрец

Контроль 1,20*0,1 100

Тирозин (10'%) 1,22±0.1 101,7

Феннлаланин (10"%) 1.31*0.3 109.1

Пролин (10'%) 1,38±0.2 115.0

4-ГФЭ (10^%) 1,42±0,1 118,3

А. Валентина

Контроль 0,99+0,1 100

Тирозин П0^%) 1,21 ±0.3 122,2

Фенилаланш(104%) 1,25*0,1 126,3

Пролин (10-'%) 1,29*0,2 130.3

4-ГФЭ (10 >%) 1,32±0.2 133,3

Обработка семян амаранта растворами регуляторов роста (4-ГФЭ) аминокислот (тирозина, феинлаланнна и пролина) позволяет растениям амаранта не только преодолеть критические периоды развития и накопить большую биомассу, но и увеличить массу семян (табл. 5).

Обработка тирозином увеличивает массу 1000 семян в среднем на 8 % по отношению к контролю; обработка фенилалаиином - па 20 пролином -на26% и 4-ГФЭ-на 30%. "

ВЫВОДЫ

I. Для обработки семян овощных сортов амаранта Дон Псдро, Кнзля-рец и Валентина физиологически активными концентрациями стимуляторов роста являются: для тирозина, пролина и 4-гндроксифениэтанола концентрация 10^%, для феинлаланнна— 10"6%,'

2. Обработка семян аминокислотами и 4-ГФЭ в физиологически активных концентрациях ведет к новытешно основных показателей качества семян - энергии прорастания под влиянием аминокислот в среднем на 42%, под влиянием 4-ГФЭ - на 61%; и всхожести под влиянием аминокислот в среднем на 49%, иод влиянием 4-ГФЭ - на 42%: к увеличению ростовых показателей растений, выросших из этих семян.

3. Действие аминокислот и 4-ГФЭ на семена повышает активность фо-тосинтетичес ко го аппарата листьев овощного амаранта, увеличивает содержание хлорофилла в листьях растении, выращенных из этих семян, и интенсивность фотосинтеза, значительно повышает чистую продуктивность фотосинтеза амаранта.

4. Предпосевная обработка семян амаранта фенилаланнном, тирозином, пролином и 4-ГФЭ положительно влияет на образование биологически активного вещества алкалоидной природы амарантина, индуцирует синтез амарантина у зеленоо крашенного сорта Кизлярец.

5. В результате обработки семян амаранта растворами аминокислот и 4-ГФЭ возрастает уровень накопления белка в листовой массе овощных сортов амаранта и увеличивается продуктивность листовой массы амаранта.

6. Предпосевная обработка семян амаранта аминокислотами н 4-ГФЭ повышает размеры семян (массу 1000 семян).

7. Пролнн оказывает прогекторное действие на посевные качества семян (анергию прорастания и всхожесть) в условиях экстремальных температур.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для расширения ассортимента овошнон продукции с повышенным содержанием белка и биологически активных веществ в условиях Тульской области рекомендуется вырашивание овощных сортов амаранта Дон Педро и

Валентина, которые проходят все фазы роста и развития it формируют полно; ценные семена.

' • 2. Для производства растительного сырья амаранта с повышенным содержанием амарантнна следует применять обработку семян растворами аминокислот тирозина и фенилалашшз.

3, Экономически выгодный синтетический регулятор роста 4-псдроксифенилзтанол использовать, дляповышения урожайности растений овощных сортов амаранта.

Синеок работ, опубликованных по теме диссертации

1. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M. Влияние регуляторов роста на рост и • развитие овощного амаранта, выращенного из семян с пониженными посевными качествами // Тезисы VII Молодежной конференции ботаников в С. — Петербурге. 15-19 мая. С.-Петербург, 2000 г.-С,227.

2. Кириллова Л.Л., Пешкова А.М. Сортоизучение овощных форм амаранта для интродукции в Тульской области// Тезисы VII Молодежной конференции ботаников в С. - Петербурге. 15-19 мая. С.-Петербург, 2000 г, — С 237.

3. Кириллова Л. Л., Пешкова A.M. Со pío изучение овощных форм амаранта для интродукции в Тульской области//Матерналы III Всероссийской научно-производственной конференции^ «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» 14-19 июня. Пенза, 2000 г. — С, 181-187.

4. Гинс В.К., Кириллова Л.Л., Турки на Е.В., Пешкова A.M. Элементы технологии возделывания овощных форм амаранта в условиях Тульской области //Материалы 4-го Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (20-24 июня 2001 год), Москва - Пущино, т. 1.-С. 230 - 233.

5. Кириллова Л.Л., Пешкова А.М., Туркина Е.В. Применен не цитокини-повых регуляторов роста при выращивании овошных <(юрм амаранта//Мате-рихты 4-по Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практической« использования» (20-24 июня 2001 год), Москва-Пущино,т. 1,- С. 60-63.

6. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Туркина Е.В. Применение иитокшш-новых регуляторов роста при выращивании овощных форм амаран-та//Материалы 4-го Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их ¡фактического использования» (20-24 июня 2001, год), Москва - Пушнно, т. 1. - С. 81-84,

7. Кириллова Л.Л., Пешкова А.М„ Гинс В.К. Использование аминокислот как регуляторов роста при выращивании овощного амаранта//Материалы I Международной научно-практической конференции «Растительные ресурсы для здоровья человека» (23-27 сентября 2002 г.), Москва - Сергиев-Посад. - С. 233-237.

8. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Гинс В,К., Слетова Е.В. Влияние аминокислот на интенсивность фотосинтеза и содержание амарант)жа //Международная научно-практическая конференция «И|продукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (24-8 июня 2002 год), Ульяновск, т. 1.-С. 169-172.

9. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Гинс В,К., Слегова Е.В, Влияние аминокислот на рост и развитие проростков амаранта// Международная научно-практическая конференция «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (24-8 июня 2002 год), Ульяновск, т. 1, - С. 175178.

10. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Слетова Е.В., Мелышк Л.С., Гинс В.К., Гинс М.С. Влияние иролина на интенсивность фотосинтеза и содержание пигментов в листьях овощного амаранта.// Материалы 5 Международного

симпозиума « Новые н нетрадиционные растения и перспективы их использования», - 2003. - т. 3, - С. 13Ы34.

П. Кириллова Л.Л., Мельник Л,С., Пешкова A.M., Сафронова А.Е. Влияние некоторых аминокислот на физиологические процессы в амаранте. // Сборннк научных трудов преподавателей, аспирантов и студентов, ТГПУ им. Л.Н.Толстого, 2003 г., часть 2. - С. 80-82.

12. Кириллова Л.Л., Мельник Л.С., Пешкова A.M.Методическое пособие до полевой практике и физиологии растений. — Тула: «Гриф и К0», 2003.1— 43 с.

Типография ООО «Телер» 127299 Москва, ул. Космонавта Волкова, 12 тел. 937-8664 Лицензия на полиграфическую деятельность ПД Л» 00595 Подписано в печать 5.11.2004 г. Формат 60 х 90 1/16. Тираж 100 экз. Бумага «Снегурочка» 1,5 печ. л. Заказ 739

№2588 8