Влияние бора на физиолого-биохимические показатели сеянцев сосны обыкновенной

Дорофеева, Ольга Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние бора на физиолого-биохимические показатели сеянцев сосны обыкновенной
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние бора на физиолого-биохимические показатели сеянцев сосны обыкновенной"

На правах рукописи

гд/

003467507

Дорофеева Ольга Сергеевна

ВЛИЯНИЕ БОРА НА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

03.00.12 - «Физиология и биохимия растений»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

О О IX^

Санкт-Петербург - 2009

003467587

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте леса Карельского научного центра РАН

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, доцент

Чернобровкина Надежда Петровна

доктор биологических наук, профессор

Медведев Сергей Семенович

кандидат биологических наук Алексеева-Попова Наталья Вадимовна

Ведущая организация

Петрозаводский государственный университет

Защита состоится 20 мая 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.211.02 при Учреждении Российской академии наук Ботаническом институте им. В. Л. Комарова по адресу: 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2. Тел. (812) 346-37-42, факс (812) 346-36-43

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ботанического института им. В. Л. Комарова Российской академии наук

Автореферат разослан 10 апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационногосовета, кандидат биологических наук

О. С. Юдина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Обеспечение растеши элементами минерального питания (ЭМП) является важнейшим и, как правило, регулируемым фактором, определяющим рост и развитие растений. В северозападном регионе России, в стратах Скандинавии азот и бор являются дефицитными для активного роста растений, в том числе древесных (Wikner, 1983; Чернобровкина, 2001). Для стимуляции роста растений необходимо дополнительное обеспечение их этими ЭМП, что предполагает понимание механизмов использования их растениями. Закономерности использования азота хвойными растениями на примере сосны обыкновенной представлены в литературе (Новицкая, Чикина, 1980; Чернобровкина, 2001). Особенности использования бора растениями остаются до настоящего времени слабо изученными, несмотря на то, что исследуются уже многие годы.

До настоящего времени основной функцией бора в растениях считается его структурная роль в клеточных стенках (Matoh et al., 1992). Однако растет количество данных, свидетельствующих о возможной роли бора в других процессах, таких как участие в функционировании мембран, и других физиолого-биохимических функциях (Camacho-Cristobal et al., 2008). У травянистых растений обеспеченность бором оказывает влияние на процессы роста, формирование органов и тканей, включая клубнеобразование, на цветение и семеношение (Дроздов, 1956; Чернавина, 1970; Школьник, 1970, 1974; Микроэлементы..., 1976; Рудакова и др., 1987; Пузина, 2004). У древесных растений дефицит бора снижает интенсивность поглощения элементов питания, процессов фотосинтеза, роста, семеношения, снижает устойчивость к засухе, уменьшает число микоризных окончаний (Mitchell et al., 1987; Lehto, 1994; Brown, Shelp, 1997; Lehto et al., 2000; Чернобровкина, 2001; Mottonen et al., 2001; Ивонис, Чернобровкина, 2002). Предполагается участие азотных и липидньсх соединений в функциональной активности бора в растениях (Борщенко, 1970; Тимашов, 1968; Dugger, 1983). Исследование важнейших, определяющих интенсивность роста растений метаболитов - аминокислот и жирных кислот в органах хвойных растений в связи с обеспеченностью их бором ранее не проводилось.

Исследования, касающиеся роли бора в функциональной активности растений, проведены преимущественно на однодольных и двудольных травянистых растениях. Особенности использования бора хвойными растениями, в частности сосной обыкновенной, остаются недостаточно изученными. В условиях Северо-Запада России эта древесная порода является широко распространенной и хозяйственно ценной.

Доступность бора дня растений зависит от почвенных условий (Wikner, 1983). Ежегодно из почвы лесных питомников с посадочным материалом

выносятся ЭМП. В открытом грунте лесных питомников, как правило, практикуется внесение в почву макроэлементов - азота, фосфора и калия. В результате нарушается баланс ЭМП, почва обедняется микроэлементами, особенно важнейшим для жизни растений - бором (Чернобровкина, 2001). Это приводит к необходимости внесения этого элемента в почву лесных питомников при выращивании посадочного материала. В целях рационального и эффективного его применения необходимо изучение закономерностей использования бора сеянцами древесных растений с учетом условий минерального питания. Эти исследования позволяют выявлять пути решения существующей в настоящее время проблемы диагностики обеспечения бором древесных растений.

Цель и задачи исследований: Целью исследований было выявить влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на их рост, содержание азотных и липидных соединений в хвое.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1) определить содержание и локализацию бора в органах сеянцев сосны обыкновенной в связи с их обеспеченностью элементами минерального питания;

2) исследовать влияние обеспеченности бором сеянцев сосны на их рост и определить уровень микроэлемента в хвое, при котором отмечается максимальная интенсивность роста растений;

3) выявить влияние бора на содержание общего, белкового, небелкового азота и свободных аминокислот в хвое;

4) провести анализ содержания липидов, жирных кислот суммарных липидов в хвое сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от обеспечения бором растений;

5) исследовать влияние неблагоприятного борного питания на рост сеянцев сосны и содержание азотных и липидных соединений в хвое.

Научная новизна. Впервые исследована локализация бора в органах хвойного растения в связи с его физиологическим состоянием и обеспеченностью ЭМП. Выявлены особенности изменения уровня метаболитов азотного и липидного обменов у сосны обыкновенной на ранних этапах онтогенеза в зависимости от обеспеченности бором. По результатам исследования ростовой активности сеянцев сосны, содержания азотных и липидных соединений в хвое определены особенности ответной реакции хвойного растения на оптимальный, дефицитный и токсичный уровни обеспеченности бором.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научных мероприятиях: на международной молодежной конференции (Архангельск, июнь 2003), V съезде общества физиологов

растений России (Пенза, сентябрь 2003), международной конференции: "Физиологические и молекулярно-генетические аспекты сохранения биоразнообразия", Годичном собрании общества физиологов растений России (Вологда, сентябрь 2005), конференции: "Структурно-функциональные особенности биосистем Севера (особи, популяции, сообщества)" (Петрозаводск, сентябрь 2005), международной конференции: "Современная физиология растений: от молекул до экосистем" (Сыктывкар, июнь 2007).

Научные публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, 2 из них - в рецензируемых журналах.

Личный вклад автора: Автором выполнены основные работы по сбору, химическому анализу азотных и липидных соединений в хвое, обработке материала, проведен математический анализ, систематизация и интерпретация экспериментальных данных. Все работы по полевым, химическим исследованиям выполнены лично автором или при его непосредственном участии.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 231 наименование (в том числе 78 — на иностранных языках). Работа изложена на 144 страницах основного текста, включает 9 таблиц и 11 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования

Объект исследования - двулетние сеянцы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) Исследования проводили в условиях южной части Карелии на базе лесопитомнического комплекса "Вилга" Петрозаводского лесхоза. На этой территории распространены подзолы и сильноподзолистые почвы, которые принадлежат к грубым по механическому составу и бедным по содержанию ЭМП почвам (Чернобровкина, 2001). Супесчаные почвы питомника характеризовались оптимальной для роста сеянцев хвойных растений кислотностью - pH 5.2, для интенсивного роста сеянцев сосны эти почвы бедны ЭМП. Содержание азота составило 0.12% от сухой почвы, фосфора - 0.12, калия - 0.04, кальция - 0.27, бора - 0.0007, меди - 0.003, марганца - 0.016, цинка - 0.002, кобальта -3 10"4 и молибдена - 1 10"5 % от сухой почвы. Исследовали влияние внесения различных доз борной кислоты в почву на рост сеянцев и содержание азотных и липидных соединений в хвое при выращивании растений в естественных условиях лесного питомника (без внесения ЭМП). Этот фон минерального питания принимали за низкий на основании ранее проведенных исследований (Чернобровкина, 2001). Также изучали

влияние различной обеспеченности бором сеянцев на их рост на фоне оптимального уровня содержания ЭМП в почве. Условия оптимального фона минерального питания для роста сеянцев были выявлены ранее (Чернобровкина, 2001).

Схемы экспериментов. В мае было заложено 8 вариантов опыта. Для каждого варианта выбран изолированный участок площадью 1.5 м2 в 3-х повторностях. Варианты опыта отличались дозой вносимого в почву бора и общим фоном минерального питания. В первую половину вегетационного периода (5.06, 24.06, 15.07) вносили бор в виде борной кислоты в семи дозах - 0.1, 0.3, 1, 3, 10, 30, 100 кг га"1. Для создания оптимального фона минерального питания трижды за период вегетации в почву вносили аммиачную селитру (180 кг га"1), суперфосфат двойной (200 кг га'1), калий сернокислый (140 кг га"1), сульфаты марганца (7 кг га"1), цинка (4 кг га*1), меди (2.5 кг га"1), нитрат кобальта (2.1 кг га"1), молибденовокислый аммоний (5.7 кг га"1). Контролем для 7 вариантов опыта служили соответствующие по уровню питания участки, в почву которых не вносили бор. В течение вегетационного периода поддерживали оптимальный уровень кислотности почвы (рН 5.0), проводили рыхление и полив. Спустя неделю (22.07.) после проведения последней подкормки сеянцы естественного (низкого) фона минерального питания отбирали для анализа азотных и липидных соединений в хвое. Хвою фиксировали с использованием лиофильной сушилки и размалывали на электрической мельнице. У сеянцев, выращиваемых на двух фонах минерального питания, в июле (22.07) и октябре (15.10) определяли сухую массу и содержание бора в органах.

Методы исследований

В почве азот определяли с помощью общепринятого метода Кьельдаля, фосфор - фотоколориметрическим методом на спектрофотометре КФК-3, калий - пламенно-фотометрическим методом (Аринушкина, 1970). Анализ остальных ЭМП проводили с помощью атомно-абсорбционного метода на спектрофотометре ASC-6100 ("Shimadzu", Япония) (Козлов, Кистерная, 2001). Для определения сухой массы сеянцев использовали в каждом варианте эксперимента по 100 растений. Содержание бора в сеянцах и почве определяли на спектрофотометре КФК-3 с применением реактива азометина производства Германии (Иготти, 2002). Общий и белковый азот в хвое определяли фотоэлектроколориметрически по общепринятой методике мокрого озоления в H2S04 и Н202 с нейтрализацией 30%-ным раствором NaOH и добавлением реактива Несслера (Щетинина, Бутенко, 1957). Извлечение аминокислот из тканей осуществляли по методу Плешкова (Плешков, 1976).

Аминокислотный состав хвои определяли с помощью автоматического аминокислотного анализатора ААА-339. Перед введением в анализатор упаренный экстракт растворяли в цитрат-литиевом буфере (рН 2.2). Идентифицировали аминокислоты по времени удерживания аминокислоты на сорбенте. Перед анализом проводили калибровку прибора путем разделения стандартной смеси аминокислот, содержащей по 2,5 мкл каждой из них в 1 мл стандартного раствора. Для каждой из аминокислот рассчитывали среднюю (из трех измерений) площадь регистрируемого сигнала, приходящуюся на 1 нм, и получали константы для количественной оценки содержания аминокислот в опытных образцах. Общее содержание аминокислот высчитывали суммированием.

Суммарные липиды (СЛ) экстрагировали по методу Folch с соавторами (Folch et al., 1957). Жирные кислоты (ЖК) превращали в их метиловые эфиры переэтерификацией липидов метанолом в присутствии ацетилхлорида и разделяли на газо-жидкостном хроматографе «Chrom-5» с пламенно-ионизационным детектором. Идентификацию жирных кислот осуществляли путем сравнения с заведомыми образцами их метиловых эфиров, а также сопоставлением эквивалентной длины цени эфиров с табличными данными (Jamieson, 1975). Концентрации индивидуальных жирных кислот рассчитывали как произведение высоты пиков эфиров на хроматограммах на время удерживания (Столяров, Савинов, 1978). Для оценки ненасыщенности ЖК в липидах использовали индекс ненасыщенности ИН= Б Pj п/100, где Pj - содержание ненасыщенных жирных кислот (% от суммы), п - количество двойных связей в каждой кислоте.

Обработка экспериментальных данных: Использовали стандартные методики, основанные на офисных программах Microsoft Excel 2000. Полученные данные выражали в виде средней арифметической и стандартной ошибки. Достоверность различий между контролем и опытом оценивали по критерию Стьюдента при доверительном уровне pi=95%. Количество независимых биологических повторностей — 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на их рост в различных условиях минерального питания

Содержание бора в органах сеянцев сосны

В условиях лесного питомника при естественном содержании бора в почве 0.0007% от сухой массы (контроль) уровень его содержания у сеянцев сосны обыкновенной второго года жизни в расчете на

единицу сухого вещества практически не различался по фенофазам (период роста и после его окончания), а также по органам растения и составлял в хвое до 14 мг кг"1 сухого вещества, стеблях — до 15.1, корнях — до 12, — почках - до 12 мг кг"1 сухого вещества (рис. 1). В зависимости от наличия бора в почве и от условий минерального питания сеянцев содержание бора в их органах варьировало в широком диапазоне - от 6 ± 0.5 до 664 ±53.1 мг кг"1 сухого вещества. В расчете на орган растения большая часть бора локализовалась в хвое контрольных растений и растений всех вариантов эксперимента - до 91% бора, содержащегося в растении. Значительно меньше содержалось бора в стеблях - до 40 %, в корнях — до 38, в почках - до 3% общего содержания в растении. При различных условиях минерального питания содержание бора в хвое наиболее показательно свидетельствовало об изменении борного обеспечения сеянцев. Это дает основание использовать хвою для отработки способов диагностики обеспеченности бором хвойного растения.

Влияние бора на рост сеянцев сосны

В октябре сухая масса сеянцев сосны в контроле повышалась в условиях оптимального фона минерального питания по сравнению с низким на 155% (рис. 2). В условиях низкого и оптимального фонов минерального питания внесение бора в почву повышало массу сеянцев соответственно на 29 и 57% по сравнению с контролем. На низком фоне минерального питания доза борной кислоты, максимально стимулирующая рост растений, была 1 кг га"1, на оптимальном фоне - 10 кг га"1.

При использовании максимально стимулирующей рост сеянцев дозы борной кислоты в условиях низкого фона минерального питания содержание бора в хвое в июле составляло 47 мг кг'1 сухого вещества. Однако дальнейшее накопление бора в органах сеянцев этого варианта приводило к тому, что к осеннему периоду его содержание в хвое достигало уровня 131 мг кг"1 сухого вещества, при котором не отмечалась стимуляции роста растений по сравнению с контролем. При более низкой дозе внесения борной кислоты в почву (1 кг га"1) к осеннему периоду содержание бора в хвое составляло 115 мг кг"1 сухого вещества и при этом отмечалась максимальная стимуляция роста растений. Таким образом, в октябре в вариантах низкого фона минерального питания не отмечалось больших различий в содержании бора в хвое сеянцев с различной массой. В литературе имеются указания на то, что бор положительно влияет на рост растений в узком диапазоне уровня его в органах растений, и оптимальная концентрация бора в растениях близка к токсичной (Berger, 1949).

Доза борной кислоты, кг га*1

Рис. 1. Содержание бора в органах 2-летних сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от внесения в почву бора в различных дозах на двух фонах минерального питания. 1 - низкий фон минерального питания; 2 - оптимальный; а - хвоя; б- стебли; в - корни

1000 -

800 -

600

400

200 -

4000 -, 3500 3 000 2 5 00 20 00 -1500 -1000 -500 0

1 3 10

Доза борной кислоты, кг га-1

100

Рис. 2. Масса 2-летних сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от внесения в почву бора в различных дозах на двух фонах минерального питания. Октябрь, а - низкий фон минерального питания; б - оптимальный; 1 - почки; 2 - хвоя, 3 - стебли; 4 - корни

Содержание бора в органах сеянцев, при котором отмечалась максимальная интенсивность роста растений, на разных фонах минерального питания было различно. В связи с этим этот показатель не может быть использован д ля диагностики обеспеченности сеянцев хвойных растений бором. Так, на низком фоне минерального питания у сеянцев с наибольшей массой содержание бора в хвое в июле и октябре составляло соответственно 47 и 115 мг кг'1 сухого вещества, а на оптимальном - соответственно 73 и 32 мг кг"1 сухого вещества. Следовательно, при использовании максимально стимулирующих рост растений доз борной кислоты в условиях низкого фона минерального питания при переходе от летнего к осеннему периоду происходило повышение уровня содержания бора в хвое в расчете на единицу сухого вещества, а в условиях ошимального фона минерального питания, напротив, его снижение. Это объясняется "эффектом разбавления" в результате интенсивного роста растений при высоком обеспечении их ЭМП. В расчете на одно растение содержание бора в хвое к октябрю увеличивалось как у сеянцев низкого, так и оптимального фонов минерального питания (табл. 1). Повышение уровня обеспеченности сеянцев ЭМП снижало содержание бора в органах, стимулировало закрепление бора корнями и ингибировало -хвоей к осеннему периоду. На двух фонах минерального питания дозы борной кислоты в 30 и 100 кг га"1 оказались токсичными для сеянцев сосны — хвоя окрашивалась в желто-бурый цвет. Токсичное влияние высоких доз бора на рост сеянцев сосны более значительно проявлялось в условиях низкого фона минерального питания но сравнению с оптимальным.

Таблица 1

Содержание бора в органах сеянцев сосны обыкновенной в связи с их обеспеченностью бором в различных условиях минерального питания, мг.

Октябрь

Доза борной кислоты, кг га'1 Почки Хвоя Стебли Корни Сеянец

0 0.2±0.01 * 6.0+0.5 5.0+0.4 1.6+0.1 12.6±1.1

0.5±0.04 ** 16.2±1.3 6.3±0.5 4.4+0.4 26.9±2.3

0.1 0.3±0.03 8.4±0.7 3.1 ±0.2 2.0±0.2 13.5+1.2

0.6±0.05 14.1±1.1 6.2+0.5 7.0±0.6 27.3±2.5

0.3 0.3±0.02 8.3*0.7 3.5±0.3 2.0±0.1 13.8+1.1

0.6+0.05 12.9±0 9 6.5+0.5 6.1 ±0.5 25.5±2.2

1 0.63:0.05 63.0±5.8 4.0+0.3 3.6+0.3 70.6±6.7

0.8±0.06 21.5±1.8 7.1 ±0.6 6.9±0.6 35.5±2.9

3 0.5±0.04 56.4±4.9 5.4±0.4 3.2±0.2 65.0±5.8

1.7±0.2 47.3±3.8 9.6±0.7 8.3+0.7 65.2+5.9

10 0.6±0.05 84.6±8.3 10.8±0.9 6.0±0.5 95.4±8.7

1.7±0.1 57.2±5.0 28.2±2.5 51.5±4.8 136.9±12.3

30 0.6*0.05 173.4±15.4 8.6±0.7 4.2±0.3 186.2±16.4

1.5±0.1 80.9+7.9 23.2±1.9 31.3±3.0 135.4±12.2

100 1.2±0.1 118.4±10.6 8.0±0.6 3.2+0.3 129.6±11.9

2.5±0.2 147.2+13.4 37.7±3.2 32.1 ±2.8 217.0±20.4

*В условиях низкого фона минерального питания

** В условиях оптимального фона минерального питания

Содержание азота и свободных аминокислот в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором

При оптимизации борного обеспечения сеянцев сосны происходило повышение содержания общего, белкового, небелкового азота в хвое соответственно в 1.2, 1.17 и 2.0 раза (табл. 2). При недостатке бора у растений отмечалось снижение содержания белка, повышение количества небелкового азота, накопление аммиачного азота (Schropp, Arenz 1938; Бор-щенко, 1970; Школьник, 1970, 1974; Dugger 1983). В контроле (без внесения бора в почву) сумма свободных аминокислот в хвое составила 818 ± 76 мкг г"1 сухого вещества. В составе свободных аминокислот хвои определены 20 аминокислот (рис. 3). В наибольшем количестве содержались глутаминовая кислота (15% от суммы аминокислот) и аргинин (12%) (табл. 3). Аминокислоты хвои сеянцев сосны в июле, в период активного роста, были представлены характерными для хвойных растений аминокислотами, особенностью которых является высокое содержание глута-миновой кислоты и аргинина (Чернобровкина, 2001).

Таблица 2

Содержание различных форм азота в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором

Доза борной кислоты, г м*2

0 0,1 10

Содержание общего азота в хвое, % от сухого вещества 1,8 ±0,15 2,2 ±0,19 1,6 ±0,14

Содержание белкового азота в хвое, % от сухого вещества 1,7 ±0,1 2 ±0,2 1,5 ±0,1

Содержание небелкового азота в хвое, % от сухого вещества 0,1 ±0,01 0,2 ± 0,02 0,1 ±0,01

При оптимизации борного питания сеянцев сосны содержание суммы и большинства аминокислот в хвое увеличивалось. Вероятно, происходила интенсификация их синтеза, поскольку содержание белкового азота повышалось. Отмечалась тенденция к снижению содержания пролина, лейцина и орнитина, а уровень лизина, фенилаланина, глицина и гистиди-на при этом снижался. Снижение уровня аминокислот в хвое, по-видимому, связано со стимуляцией бором включения их в состав азотсодержащих соединений. Можно предположить, что бор стимулировал включение фенилаланина в фенольные соединения, поскольку эта аминокислота является предшественником при биосинтезе фенолов растений 1964), и при оптимизации борного питания сеянцев сосны отмечалось повышение уровня фенольных соединений в хвое, а также устойчивости растений к фацидиозу (Ялынская, Чернобровкина, 2008).

1в,Э 36,4 152.1

Содержание Бора в хвое, сухого вещества

------

Агд

Не

01и

Аэр

А1»

ОН-(_уе

Ч'а!

ТИг

ЕЕА

Туг

Бег

М»1

100

во -

60 -

40 -

---

-д— Цеи

- Шэ

—•— Рго

■*■■•■ От

200 -, 150 • 100 -50 -0

Р11е

в1у

Суз

18,3 36,4 152.1

Содержание бора, мг*кг1 су кого вещества

Рис. 3. Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на содержание аминокислот в хвое

Таблица 3

Содержание свободных аминокислот в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором (мкг г"1 сухого вещества)

Аминокислота Содержание бо ра в хвое, мг кг"1 сухого вещества

18,3 36,4 152,1

(Glu) глугаминовая кислота 125 ± 11 203 ± 18 107 ± 10

( Arg) аргинин 103 ±9 128 ± 11 27 ±2

(Lys ) лизин 64 ±6 40 ± 4 20 ± 2

(Oï l-Lys) ОН - лизин 56 ± 5 11 ±7 53 ±5

(Ala ) аланин 54 ±5 87 ± 8 42 ±4

( Phe) фенилаланин 51 ±4 26±2 24 ±2

(Asp) аспарагиновая кислота 50 ±4 89 ± 8 59 ±5

(Pro) пролин 49 ±4 47 ±4 41 ±3

(Leu) лейцин 47 ±4 44 ±4 20 ±2

(Ser) серин 40 ±3 53 ±5 48 ±5

(Gly) глицин 34 ±3 23 ±2 28 ±2

(His) гистидин 33 ±3 25 ±2 17 ± 2

(Val) валин 31±3 44 ±4 18 ± 2

( Thr) треонин 23 ±2 37 ± 4 23 ±2

(Ile ) изолейцин 19 ± 2 26 ±2 8 ±0,7

(Cys) нистин 11 ± 1 6 ±0,5 19± 2

(ЕА) этаноламин И ± 1 15 ± 1 6 ±0,5

(Туг) тирозин 9 ± 1 10± 1 9 ± 1

( Огп) орнитин 7 ±0,6 7 ±0,6 5 ±0,4

(Met) метионин 1±0,1 7 ±0,6 5 ±0,4

Сумма 818 994 579

При токсичной дозе борной кислоты отмечалось снижение уровня исследуемых форм азотных соединений в хвое. При этом сумма свободных аминокислот в хвое сеянцев снижалась в 1,41 раза по сравнению с вариантом низкого обеспечения бором растений ив 1,71 раза по сравнению с вариантом оптимального борного обеспечения. При токсичной дозе борной кислоты по сравнению с вариантом оптимального обеспечения бором сеянцев отмечалось снижение содержания свободных аминокислот в хвое за исключением цистеина. Поскольку отмечалось понижение содержания исследуемых форм азота и большинства свободных аминокислот можно предположить, что происходила активация распада аминокислот в хвое и снижение интенсивности их синтеза. Исключением оказался цис-теин, уровень которого повышался. Известно, что цистеин входит в состав лигандов - фитохелатинов и металлотионеинов, участвующих в де-токсикации тяжелых металлов в результате образования с ними хелатов (Clemens et al., 2002; Haydon, Cobbett, 2007). Цистеин составляет 30% от

входящих в состав меташютионеинов аминокислот (Нашег, 1986; Robinson et al., 1993). Механизм действия отмеченных лигандов заключается в связывании тяжелых металлов сульфгидрильными группами цистеина (Grill et al., 1985; Zenk, 1996). Наряду с различными способами детокси-кации тяжелых металлов растениями (Титов и др., 2007), связывание металлов фитохелатинами является наиболее важным не специфичным механизмом их детоксикации (Серегин, 2001; Clemens, Simm, 2003). Наши данные позволяют предположить, что накопление цистеина в хвое при высокой концентрации бора в сеянцах сосны является адаптивной реакцией хвойного растения на токсичное влияние бора.

Влияние обеспеченности бором на жирнокнелотнын состав суммарных лнпидов хвои сеянцев сосны обыкновенной

Состав жирных кислот суммарных липидов хвои контрольных сеянцев сосны обыкновенной. В составе суммарных лииидов хвои было обнаружено 20 видов жирных кислот, которые в зависимости от степени ненасыщенности представляли собой моно-, ди-, три- и тетраеновые жирные кислоты. В наибольшем количестве была представлена линоленовая кислота (С i8:3), которая составляла 48.5% от суммы жирных кислот хвои. Уровни линолевой (С^-г) и пальмитиновой (Ci6;0) кислот имели близкие значения и составляли соответственно 16.9 и 16.7 % от суммы жирных кислот хвои. Остальные жирные кислоты содержались в значительно меньшем количестве. В суммарных липидах присутствовали восемь жирных кислот с короткой углеродной цепью (С10 -Сц) В составе ненасыщенных жирных кислот преобладали триеновые, содержание которых составляло 51.8 % от суммы жирных кислот. Содержание диеновых и моноеновых жирных кислот в суммарных липидах хвои было ниже -21.4 и 7.6 % от суммы жирных кислот, соответственно.

Состав жирных кислот суммарных липидов хвои сеянцев сосны при оптимальной обеспеченности бором

Дополнительное обеспечение бором растений способствовало снижению содержания липидных соединений в хвое (до 54 ± 4 мкг г1 сухого вещества, при 156 ± 13 мкг г1 - в контроле). Одной из причин последнего могло быть стимулирование бором использования липвдов при изменении активности ростовых процессов. Внесение под сеянцы первых трех доз борной кислоты способствовало повышению в хвое уровня насыщенных ЖК при соответствующем понижении уровня ненасыщенных ЖК и индекса ненасыщенное™ жирных кислот (ИН ЖК) (рис. 4). Повышение содержания суммы насыщенных ЖК было обусловлено преимущественно повышением уровня пальмитиновой (Ci6;o) кислоты. Снижение доли ненасыщенных ЖК было обусловлено снижением содержания триеновых ЖК - преимущественно яинолено-вой (С]8: з) и гексадекатриеновой (Сиз) (Рис- 5, 6). Содержание моноеновых и

диеновых ЖК в хвое увеличивалось. Стимулирующие рост сеянцев дозы бора снижали содержание короткоцепочечных ЖК в хвое, что, возможно, было связано с включением их в синтез других ЖК (рис. 6). Закономерности изме-элементов питания в липидном обмене растений остаются недостаточно изученными (Жила и др., 2005).

х X

Я X

ж ф

з г а г

Ж ь>

2.9

(дС

1 »

2,9

Рис. 4. Содержание насыщенных и индекс ненасыщенности ЖК суммарных ли-пидов хвои сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором. Содержание ЖК хвои в % от суммы ЖК. ^ С - логарифмическая шкала концентраций бора (С) в хвое, мг кг"1 сухого вещества

0,9

1,4

9С

2.4

2.9

2 22

о 20

0,9

1,9 ¡йС

2.4

2,5

8 48

5 40

5 44

за

0,8

1.4

1.9

2.4

Рис. 5. Содержание суммы моноеновых, диеновых, и триеновых ЖК в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором.

С - логарифмическая шкала концентрации бора (С) в хвое, мг кг"1 сухого вещества

ш 3

о> о

1,9 п

1,4 -

0,9 -

0,4

| 16:3

ч: о

50,0 л

45,0

40,0

35,0

о 18:3

Ш Б

0,В 1 0,6 -0,4 ■ 0,2 -0,0

л 12:3 ♦ 12.1

• 12:2 х 14:0

3,30

Рис. 6. Содержание триеновых и низкомолекулярных ЖК в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором,

^ С - логарифмическая шкала концентрации бора (С) в хвое, мг кг"' сухого вещества

Состав Ж К липидов хвои сеянцев сосны при неблагоприятном борном обеспечении. У сеянцев, растущих в условиях дефицита и избытка бора, происходило увеличение ИН ЖК в основном в результате повышения суммы триеновых ЖК - линоленовой и гексадекатрие-новой. При этом отмечалось также повышение содержания низкомолекулярных ЖК (С T2;i, С |2:2, С |2;з). У деревьев сосны накопление ко-роткоцепочечных ЖК в нейтральных линидах хвои происходило в период адаптации сосны к морозу (Родионов, Ильинова, 1983). Аналогичные данные были получены при исследовании ЖК фосфолипи-дов меристематических тканей почек лиственницы сибирской (Алау-динова и др., 2000). Поскольку длина углеродной цени ЖК влияет на температуру ее плавления, то низкомолекулярные ЖК, как и высоконенасыщенные, могли способствовать поддержанию жидкой консистенции липидов и таким образом влиять на морозоустойчивость растений. По нашим и литературным данным можно предположить, что повышение уровня ненасыщенных и короткоцепочечных ЖК у растений является механизмом адаптации их к широкому спектру неблагоприятных условий существования. Согласно общепринятой мембранной теории стресса («теории мембранного гомеостаза») изменения жирнокислотного состава полярных липидов мембран при стрессе приводят к изменению их текучести, к сдвигам в мембранной структуре клеток и в итоге к торможению накопления биомассы (Mazliak, 1989).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выявлены особенности использования бора в функциональной активности хвойного древесного растения на примере Pinus sylvestris L. Оптимизация борного питания сеянцев сосны обыкновенной повышает уровень показателей азотного обмена в хвое — общего, белкового, небелкового азота, суммы свободных аминокислот, повышает содержание насыщенных жирных кислот в хвое преимущественно за счет пальмитиновой кислоты. При этом происходит более интенсивная утилизация липидных соединений в хвое. Отмеченные изменения физиолого-биохимических показателей хвойных растений приводят к интенсификации их роста. При неблагоприятных условиях борного питания сеянцев происходит снижение содержания общего, белкового, небелкового азота, суммы свободных аминокислот в хвое, повышение уровня ненасыщенных и низкомолекулярных жирных кислот в хвое, что, наряду с повышением содержания в хвое цистеина, приводит к снижению интенсивности роста растений.

выводы

1. Содержание бора в органах сеянцев сосны обыкновенной может варьировать в широком диапазоне (6 - 664 мг кг'1 сухого вещества). Большая часть бора локализуется в хвое, где его содержание изменяется под воздействием обеспеченности бором растений в наибольшей степени по сравнению с другими органами.

2. Бор оказывает стимулирующее влияние на рост сеянцев сосны при узком диапазоне содержания его в органах растений, которое зависит от фона минерального питания и составляет до 50 мг кг'1 и до 80 мг кг"1 сухого вещества на низком и оптимальном фонах минерального питания соответственно.

3. Оптимизация борного питания сеянцев сосны обыкновенной повышает содержание в хвое общего, белкового, небелкового азота и суммы свободных аминокислот в результате повышения уровня большинства аминокислот, при этом содержание пролина, лейцина и орнитина достоверно не изменяется, а лизина, фенилаланина, глицина и гистидина - снижается.

4. При дополнительном обеспечении бором сеянцев сосны обыкновенной, дефицитных по данному микроэлементу, содержание липидов в хвое понижается, что свидетельствует об интенсификации их утилизации, при этом уровень насыщенных ЖК CJI повышается преимущественно за счет пальмитиновой при соответствующем снижении уровня ненасыщенных ЖК и ИН ЖК за счет триеновых - линоленовой и гексадекатриеновой. Содержание моноеновых и диеновых ЖК в хвое увеличивается.

5. При неблагоприятных условиях борного питания сеянцев сосны обыкновенной происходит снижение содержания общего, белкового, небелкового азота, большинства свободных аминокислот в хвое, повышение уровня цистеина, ненасыщенных и низкомолскулярных жирных кислот липидов, изменение цветности хвои, в результате чего происходит ингибирование роста растений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

\. Дорофеева О.С., Чернобровкина Н.П., Ильинова М.К., Канючкова Г.К., Ро-бопен Е.В. Влияние обеспечения бором на состав жирных кислот суммарных липидов хвои сеянцев Pinus sylvestris L в зависимости от условий минерального питания // Тезисы докл. междунар. молодежной конф. Архангельск, 17-19 июня 2003 г. С. 101.

2. Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Ильинова М.К., Иготти С.А., Дорофеева О.С., Шенгелиа И.Д. Влияние обеспечения бором на рост, развитие, содержание бора и эфирных масел у сеянцев Pinus sylvestris L. в различных условиях минерального питания // Тезисы докл. XI делегатского съезда русского ботан. об-ва. г. Барнаул, 17-27 августа 2003 г. С. 249.

3. Чернобровкииа Н.П., Робонен Е.В., Илытова М.К., Канючкова Г.К., Чине-новаЛ.А., Шеигелиа И.Д., Дорофеева О. Влияние обеспечения бором на содержание углеводов, жирных кислот суммарных липидов и эфирных масел в хвое сеянцев Pinus sylvestris L. // Тезисы докл. V съезда об-ва физиологов растений России, г. Пенза, 15-21 сентября 2003 г. С. 167.

4. Чернобровкииа Н.П., Робонен Е.В., Иготти С.А., Дорофеева О.С., Шепгелиа И.Д. Особенности использования азота и бора сосной обыкновенной // Тезисы докл. междунар. конф.: "Физиологические и молекулярно-генетические аспекты сохранения биоразнообразия". Годичное собрание об-ва физиологов Росси. Вологда, 19-23 сентября 2005 г. С. 183.

5. Икконеи E.H., Чернобровкииа H.H., Робонен E.H., Иготти С.А., Дорофеева О.С., Шеигелиа И.Д. Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на их биомассу // Материалы конф.: "Структурно-функциональные особенности биосистем Севера (особи, популяции, сообщества)", 2630 сентября 2005 года. Петрозаводск. С. 199-202.

6. Икконеи ЕЛ., Чернобровкииа Н.П., Робонен ЕВ., Иготти CA., Доро(реева О.С., Шеигелиа И.Д. Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на соотношение массы их органов // Материалы конф.: "Струстурно-функциональные особенности биосистем Севера (особи, популяции, сообщества)". 26-30 сентября 2005 года. Петрозаводск. С. 145-147.

7. Холопцева Е.С., Чернобровкииа Н.П., Дорофеева О.С. Влияние обеспеченности азотом и бором сеянцев сосны обыкновенной на поглощение растениями элементов минерального питания // Материалы конф.: "Структурно-функциональные особенности биосистем Севера (oco6ns популяции, сообщества)", 26-30 сентября 2005 года. Петрозаводск. С. 191-194.

8. Чернобровкииа Н.П., Робонен Е.В., Иготти С.А., Дорофеева O.G., Шеигелиа И Д. Влияние обеспеченности бором на рост сеянцев сосны обыкновенной // Лесоведение. 2007. № 4. С. 69-76.

9. Чернобровкииа Н.П.Дорофеева О.С., Илытова М.К., Робонен Е.В., Ялын-ская Е.Е. Жирнокислотный состав суммарных липидов хвои сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором // Материалы докл. междунар. конф.: "Современная физиология растений: от молекул до экосистем". Сыктывкар, 18-24 июня 2007 г. С. 439-441.

10. Чернобровкииа Н.П., Дорофеева О.С., Илъинова М.К., Робонен Е.В., Верещагин А.Г. Жирнокислотный состав суммарных липидов хвои сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором // Физиология растений. 2008. Т. 55. №3. С. 404-411.

Формат 60x84 '/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Times». Уч.-изд. л. 1,0. Усл. печ. л. 1,2. Подписано в печать 07.04.09. Тираж 100 экз. Изд. № 18. Заказ № 783.

Карельский научный центр РАН Редакционно-издательский отдел 185003, Петрозаводск, пр. А. Невского, 50

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Дорофеева, Ольга Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. РОСТ, РАЗВИТИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ

РАСТЕНИЙ В СВЯЗИ С ОБЕСПЕЧЕННОСТЬЮ БОРОМ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Микроэлемент бор и его влияние на физиологическое состояние растений.

1.1.1. Свойства бора, содержание в почвах, формы борных удобрений.

1.1.2. Локализация бора в растениях.

1.1.3. Влияние обеспеченности бором на рост и репродукцию " растений.:.Л

1.1.4. Влияние бора на фотосинтез и углеводный обмен.

1.1.5. Влияние бора на нуклеиновый и азотный обмены.

1.1.6. Влияние бора на фосфорный и липидный обмены растений.„

1.1.7. Влияние бора на фенольный и ауксиновый обмены.28*

1.2. Особенности азотного обмена у хвойных растений. и 1.3. Особенности липидного обмена у хвойных растений.

1.4. Особенности минерального питания хвойных растений.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Объекты, почвенно-климатические условия проведения ! экспериментов.

СХЕМЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

2.2. Исследование влияния обеспеченности бором на рост сеянцев : сосны обыкновенной.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. i1 2.3. Анализ элементов минерального питания в почве.

2.4. Анализ бора в органах сеянцев.-.

2.5. Анализ азота и свободных аминокислот в хвое.

2.6. Анализ жирнокислотного состава суммарных липидов хвои.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ БОРОМ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ НА ИХ РОСТ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ.

3.1. Содержание бора в сеянцах сосны.

3.2. Влияние бора на рост сеянцев сосны.

ГЛАВА 4. СОДЕРЖАНИЕ АЗОТА И СВОБОДНЫХ АМИНОКИСЛОТ В ХВОЕ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В СВЯЗИ С ОБЕС11ЕЧЕННОСТЬЮ БОРОМ с .:.;.л

4.1. Обеспеченность бором сеянцев сосны обыкновенной и содержание азота в хвое.!л1.

4.2. Обеспеченность бором сеянцев сосны обыкновенной и аминокислотный состав хвои.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ БОРОМ НА ЖИРНОКИС ЛОТНЫ Й СОСТАВ СУММАРНЫХ ЛИПИДОВ ХВОИ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ.:.

5.1. Обеспеченность бором сеянцев сосны и содержание суммарных липидов в хвое.

5.2. Состав жирных кислот суммарных липидов хвои контрольных сеянцев сосны обыкновенной.

5.3. Состав жирных кислот суммарных липидов хвои сеянцев сосны при оптимальной обеспеченности бором.

5.4. Состав жирных кислот суммарных липидов хвои сеянцев сосны при неблагоприятном борном обеспечении.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние бора на физиолого-биохимические показатели сеянцев сосны обыкновенной"

Актуальность исследований. Обеспечение растений элементами минерального питания (ЭМП) является важнейшим и, как правило, регулируемым фактором, определяющим рост и развитие растений. В северо-западном регионе России, в странах Скандинавии азот и бор являются дефицитными для активного роста растений, в том числе древесных (Wikner, 1983; Чернобровкина, 2001). Для стимуляции роста растений необходимо дополнительное обеспечение их этими ЭМП, что предполагает понимание механизмов использования их растениями. Закономерности использования азота хвойными растениями на примере сосны обыкновенной представлены в литературе (Новицкая, Чикина; 1980; Чернобровкина, 2001). Сосна обыкновенная адаптируется к низкому уровню азота в почве путем экономного использования его й реутилизации в метаболизме. Особенности использования бора растениями остаются до настоящего времени слабо изученными, несмотря на то, что исследуются уже многие годы.

До настоящего времени основной функцией бора в растениях считается его структурная роль в клеточных стенках (Matoh et al., 1992): Однако растет количество данных, свидетельствующих о возможной роли бора в других процессах, таких как участие в функционировании мембран, и других физиолого-биохимических функциях (Camacho-Cristobal et al., 2008).

У травянистых растений обеспеченность бором оказывает влияние на процессы роста, формирование органов и тканей, включая клубнеобразование, на цветение и семеношение (Дроздов, 1956; Чернавина, 1970; Школьник, 1974; Микроэлементы., 1976; Рудакова и др., 1987; Лузина, 2004). У древесных растений дефицит бора снижает интенсивность поглощения элементов питания, процессов фотосинтеза, 7 роста, семеношения, снижает устойчивость к засухе, уменьшает число микоризных окончаний (Mitchell et al., 1987; Lehto, 1994; Brown, Shelp, 1997; Lehto et al., 2000; Чернобровкина, 2001; Ивонис, Чернобровкина,: 2002).

В истори» исследований функциональной активности: бора у растений выдвигались гипотезы, касающиеся роли бора в. различных метаболических процессах. Согласно одной из гипотез, отмирание: точек роста растений при борном голодании происходит в результате, отравления тканей накапливающимся аммиаком (Schropp, Arenz, 1938). Предполагалось, что при дефиците бора у растений происходит снижение: интенсивности синтеза аминокислот и белков, вызванного нарушением структуры полисом и деградации рибосом (Борщенко, 1970). Исследование аминокислотного состава в связи с обеспеченностью бором хвойных растений ранее не проводилось. / '

Свободные аминокислоты представляют собой азотные соединения; активно включающиеся в метаболические процессы, и реагирующие на изменения условий окружающей среды (Чернобровкина, 2001:; Шуляковская и др., 2007). '

Изменение аминокислотного состава в растительных тканях приводит к изменению функциональной активности ферментов; клеточных мембран и тем самым регулирует рост и развитие растений-Учитывая большое значение азота, бора и аминокислотного состава тканей для функционирования растительного организма, представлялось необходимым исследовать влияние обеспеченности бором сосны обыкновенной на содержание азота и свободных аминокислот хвои. ;'

Согласно другой гипотезе, отмирание точек роста растений при борном голодании происходит в результате истощения энергетических запасов клетоктканей, который наступает в результате снижения синтеза АТФ и повышения скорости ее дефосфорилирования, вызванного нарушением структуры митохондрий (Тимашов, 1968). •;

При высокой борной недостаточности в органах древесных растениях происходит увеличение количества липидных соединений (Dugger, 1983). Исследование состава жирных кислот (ЖК) липидов в связи с обеспеченностью бором хвойных растений не проводилось. Изменение жирнокислотного состава (ЖКС) липидов приводит к смещению точки затвердевания липидных фракций и тем самым регулирует поддержание жидкокристаллического состояния мембран, активность мембранных ферментов и в итоге — рост и развитие растений. Исследование влияния бора на содержание в хвое азотных и липидных соединений, которые являются важнейшими метаболитами и структурными компонентами клеточных мембран, способствует выявлению функциональной роли бора в растениях.

В обеспечении древесных растений бором большое значение имеют почвенные условия (Wikner, 1983). Ежегодно из почвы лесных питомников с посадочным материалом выносятся ЭМП. В лесных питомниках в открытом грунте, как правило, проводится внесение в почву макроэлементов — азота, фосфора и калия. В результате нарушается баланс ЭМП, почва обедняется микроэлементами, особенно важнейшим для жизни растений - бором (Чернобровкина, 2001). Это приводит к необходимости внесения этого элемента в почву лесных питомников при выращивании посадочного материала. В целях рационального и эффективного применения бора при выращивании посадочного материала для лесовосстановления необходимо исследование закономерностей использования бора сеянцами древесных растений с учетом условий минерального питания. Эти исследования позволяют выявлять пути решения существующей в настоящее время проблемы диагностики обеспечения бором древесных растений.

11- Цель исследований: Выявить влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на их рост, содержание азотных и липидных соединений в хвое.

Задачи исследований:

2) исследовать влияние обеспеченности бором сеянцев сосны на их •1 рост и определить уровень микроэлемента в хвое, при котором отмечается максимальная интенсивность роста растений;

3) выявить влияние бора на содержание общего, белкового, небелкового азота и свободных аминокислот в хвое;

5) исследовать влияние неблагоприятного борного питания на рост сеянцев сосны и содержание азотных и липидных соединений в хвое. " . г;;

Научная новизна. Впервые исследована локализация бора в органах хвойного растения в связи с его физиологическим состоянием и обеспеченностью ЭМП. Выявлены особенности изменения уровня ,, метаболитов азотного и липиднош обменов у хвойного древесного растения в зависимости от обеспеченности бором. По результатам исследования ростовой активности сеянцев сосны, содержания азотных и липидных соединений в хвое определены особенности ответной реакции хвойного растения на оптимальный, дефицитный и токсичный уровни ' обеспеченности бором хвойного растения.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты дополняют информацию о закономерностях использования ЭМП растениями, в частности микроэлемента бора хвойными растениями, об изменениях азотного и липидного обменов у хвойных растений в связи с обеспеченностью бором, что существенно расширяет представления о механизмах минерального питания древесных растений, их роста и адаптации к неблагоприятным условиям среды. Результаты исследований могут быть использованы в практике лесовосстановления, в частности в лесных питомниках при выращивании посадочного материала хвойных пород. Определены оптимальные дозы борной кислоты для внесения под сеянцы сосны в лесных питомниках Карелии. Выявлены оптимальные уровни бора в органах сеянцев сосны для их роста при различных условиях минерального питания.

Апробация диссертации. Материалы диссертации были представлены на научных мероприятиях: на международной молодежной конференции (Архангельск, июнь 2003), V съезде об-ва физиологов растений России (Пенза, сентябрь 2003), международной конференции: "Физиологические и молекулярно-генетические аспекты сохранения биоразнообразия", Годичном собрании об-ва физиологов растений России (Вологда, сентябрь 2005), конференции: "Структурно-функциональные особенности биосистем Севера (особи, популяции, сообщества)" (Петрозаводск, сентябрь 2005), международной конференции: "Современная физиология растений: от молекул до экосистем" (Сыктывкар, июнь 2007). г г

Научные публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, 2 из них — в рецензируемых журналах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения,' 5 глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 232

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Дорофеева, Ольга Сергеевна

выводы

1. Содержание бора в органах сеянцев сосны обыкновенной может варьировать в широком диапазоне (6 — 664 мг кг"1 сухого вещества). Большая часть бора локализуется в хвое, где его содержание изменяется под воздействием обеспеченности бором растений в наибольшей степени по сравнению с другими органами.

2. Бор оказывает стимулирующее влияние на рост сеянцев сосны при узком диапазоне содержания его в органах растений, которое зависит от фона минерального питания и составляет до 50 мг кг"1 и до 80 мг кг"1 сухого вещества на низком и оптимальном фонах минерального питания соответственно.

4. При дополнительном обеспечении бором сеянцев сосны обыкновенной, дефицитных по данному микроэлементу, содержание липидов в хвое понижается, что свидетельствует об интенсификации-их утилизации, при этом уровень насыщенных ЖК CJI повышается преимущественно за счет пальмитиновой при соответствующем снижении уровня ненасыщенных ЖК и ИН ЖК за счет триеновых — линоленовой и гексадекатриеновой. Содержание моноеновых и диеновых ЖК в хвое увеличивается.

5. При неблагоприятных условиях борного питания сеянцев сосны обыкновенной происходит снижение содержания общего, белкового, небелкового азота, большинства свободных аминокислот в хвое, повышение уровня цистеина, ненасыщенных и низкомолекулярных жирных кислот липидов, изменение цветности хвои, в результате чего происходит ингибирование роста растений. М

11'

I'' ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выявление закономерностей использования элементов минерального питания растениями всегда было в истории развития науки и остается в настоящее время одной из важнейших проблем в биологии. (( Особое место отводится проблеме использования элементов минерального питания различными видами, в частности древесными растениями со свойственной им спецификой метаболических процессов и взаимосвязи с окружающей средой. Необходимость проведения исследований использования элементов питания древесными растениями, прежде всего '1 хвойными, как наиболее ценными и широко распространенными породами, обусловлена теоретической и практической значимостью результатов. Они служат основой для выявления экофизиологических закономерностей использования ЭМП древесными, в частности хвойными jj,. растениями, для разработки агротехнических мероприятий по интенсивному выращиванию хвойных лесов с высококачественной древесиной. Физиолого-биохимические исследования растений позволяют выявлять пути решения существующей в настоящее время проблемы диагностики обеспечения их ЭМП. Эти исследования необходимы также ' для разработки агротехнических приемов лесовосстановления, защиты окружающей среды от истощения лесными ресурсами и от загрязнения химикатами.

Проведено исследование закономерностей влияния дефицитного в ! 1 условиях Карелии микроэлемента бора на физиолого-биохимические показатели хвойного древесного растения - сосны обыкновенной. В качестве объекта исследования использованы двухлетние сеянцы, в качестве физиолого-биохимических показателей — интенсивность роста (( растений, содержание азотных и липидных соединений в хвое.

Результаты исследований позволили установить, что показатели, характеризующие статус бора у хвойного растения и его использование в

И' процессах роста, зависят от обеспеченности другими элементами питания. Так, оптимальный для роста сеянцев уровень бора в почве и растениях зависит от фона минерального питания - в условиях высокого фона '1 минерального питания он более высокий по сравнению с дефицитным.

При этом в условиях высокого фона минерального питания масса растений к осеннему периоду повышается до 57% по сравнению с контролем, в то время как в условиях низкого фона - лишь на 29%. Токсичное влияние , | высоких доз бора на рост сеянцев также зависит от фона питания - более значительно проявляется в условиях низкого фона минерального питания по сравнению с высоким.

В зависимости от условий минерального питания содержание ^ ( бора в органах сеянцев сосны может варьировать в широком диапазоне (6

- 664 мг кг"1 сухого вещества). При одинаковых внесенных в почву дозах борной кислоты в условиях высокого фона минерального питания количество поступившего в хвою бора ниже, чем в условиях дефицитного. По литературным данным (Тойкка, 1983; Wikner, 1983) ионы аммония и '1 некоторых металлов способствуют закреплению бора почвенными частицами. В условиях лесного питомника при естественном содержании бора в почве в 0.0007% от сухой массы (контроль) уровень его содержания у сеянцев сосны обыкновенной второго года жизни в расчете I,,, на единицу сухого вещества практически не различается по фенофазам (период роста и после его окончания), а также по органам растениями составляет 12-14 мг кг"1 сухого вещества. Повышение уровня обеспеченности сеянцев элементами питания в период роста стимулирует закрепление бора корнями и ингибирует — хвоей к осеннему периоду. 1' Большая часть бора локализуется в хвое, где его содержание изменяется под воздействием обеспеченности бором растений в наибольшей степени по сравнению с другими органами. Это дает основание использовать хвою для отработки способов диагностики обеспеченности бором хвойного j |. растения.

Поскольку при оптимизации борного питания сеянцев сосны наряду i i' с увеличением содержания суммы свободных аминокислот в хвое отмечалось повышение уровня белкового азота, то можно заключить об интенсификации синтеза белков и аминокислот. Содержание лизина, фенилаланина, глицина и гистидина при этом снижалось, что, по-видимому, связано со стимуляцией бором включения их в состав азотсодержащих соединений. Так можно предположить, что бор стимулировал включение фенилаланина в фенольные соединения, поскольку эта аминокислота является предшественником при биосинтезе фенолов растений (Neish, 1964), и при оптимизации борного питания •1 сеянцев сосны отмечалось повышение уровня фенольных соединений в хвое, а также устойчивости растений к фацидиозу (Ялынская, Чернобровкина, 2008). ;

При токсичной концентрации бора в хвое сеянцев отмечалось

I понижение содержания исследуемых форм азота и большинства

1 - «V: •"'. свободных аминокислот. Предполагается, что происходила активация распада аминокислот в хвое и снижение интенсивности их синтеза. Исключением оказался цистеин, уровень которого повышался. Известно, что цистеин входит в состав лигандов - фитохелатинов и

И1' ■ ' • . .П ' металлотионеинов, участвующих в детоксикации тяжелых металлов в результате образования с ними хелатов (Clemens et al., 2002; Hay don,

Cobbett, 2007). Механизм действия отмеченных лигандов заключается в связывании тяжелых металлов сульфгидрильными группами цистеина

И1' (Grill et al., 1985; Zenk, 1996). Считается, что связывание металлов фитохелатинами является наиболее важным не специфичным механизмом их детоксикации (Серегин, 2001; Clemens, Simm, 2003). Наши данные позволяют предположить, что накопление цистеина в хвое при высокой концентрации бора в сеянцах сосны является адаптационной реакцией хвойного растения на токсичное влияние бора. Возможно, механизмы детоксикации высокого уровня бора и тяжелых металлов у растений имеют определенную аналогию.

Выявлена зависимость содержания жирных кислот суммарных липидов хвои сеянцев сосны обыкновенной от обеспеченности их бором. Установлено, что оптимизация борного питания сеянцев способствовует повышению уровня насыщенных жирных кислот преимущественно за счет пальмитиновой при соответствующем понижении уровня ненасыщенных жирных кислот и индекса ненасыщенности за счет триеновых -линоленовой и гексадекатриеновой. При этом содержание моноеновых и диеновых ЖК увеличивается. При неблагоприятных условиях борного питания сеянцев происходит повышение уровня ненасыщенных и низкомолекулярных жирных кислот суммарных липидов в хвое. По нашим и литературным данным, повышение уровня ненасыщенности ЖК и низкомолекулярных ЖК липидов у растений является механизмом адаптации к широкому спектру неблагоприятных условий существования. Согласно общепринятой мембранной теории стресса («теории мембранного гомеостаза») изменения ЖКС полярных липидов мембран при стрессе приводят к изменению их текучести, к сдвигам в мембранной структуре клеток и в итоге к торможению накопления биомассы (Mazliak, 1989).

Таким образом, оптимизация борного питания сеянцев сосны обыкновенной повышает уровень показателей азотного обмена в хвое — общего, белкового, небелкового азота, суммы свободных аминокислот, повышает содержание насыщенных жирных кислот в хвое преимущественно за счет пальмитиновой кислоты. При этом происходит более интенсивная утилизация липидных соединений в хвое. Отмеченные изменения физиолого-биохимических показателей хвойных растений приводят к интенсификации их роста. При неблагоприятных условиях борного питания сеянцев происходит снижение интенсивности их роста, содержания общего, белкового, небелкового азота, суммы свободных аминокислот в хвое, повышение уровня ненасыщенных и низкомолекулярных жирных кислот в хвое, что, наряду с повышением содержания в хвое цистеина, по-видимому, способствует адаптации хвойного растения к неблагоприятным условиям борного питания.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Дорофеева, Ольга Сергеевна, Петрозаводск

1. Алаудинова Е.В., Миронов П.В., Репях С.М. Жирные кислоты мембранных липидов живых тканей почек лиственницы сибирской // Химия растительного сырья. 2000. № 2. С. 41-45.

2. Алексеева Х.А. Влияние фосфорной недостаточности на содержание фосфолипидов и ультраструктур клетки: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Л.: ЛГУ, 1971. 24 с.

3. Алексеева Х.А. Школьник М.Я. Структура и набухаемость митохондрий гороха при недостатке бора / Физиологическая роль микроэлемента у растений. Л.: Наука, 1970. 234 с.

4. Алехина Н.Д., Кренделева Т.Е., Полесская О.Г. Взаимосвязь процесса усвоения азота и фотосинтеза в клетке листа С3 -растений// Физиология растений. 1996. Т. 43. № 1. С. 136-148.

5. Андреева Т.Ф., Авдеева Т.А., Власова М.П., Ничипорович А.А. Влияние азотного питания растений на структуру и функцию фотосинтетического аппарата // Физиология растений. 1972. Т. 18. Вып. 4. С. 701-707. :

6. Андреева Т.Ф., Маевская С.Н., Воевудская С.Ю. Взаимосвязь фотосинтеза и азотного обмена в различных условиях фосфорного и азотного питания растений горчицы // Физиология растений. 1992. Т. 39. Вып. 4. С. 680-686.

7. АнспокП.И. Микроудобрения. М: Агропромиздат, 1990. 367 с.i

8. Аринушкина С. В. Руководство по химическому анализу почв. Mi: Изд-во МГУ, 1970. 487 с.

9. Балагурова Н.И. Влияние низких положительных температур на ультраструктуру клеток листьев картофеля // Бот. журн. Т. 65. № 8. С. 156-161.

10. Безлюдный Н.Н., Снопов Н.Г., Шанбанович Г.Н. Усвоение растениями ячменя азота удобрений в зависимости от условийпитания// Агрохимия. 1970. № 18. С. 3-8.

11. Бережная Л.И. Жизнедеятельность сосны обыкновенной в зависимости от экологических факторов // Автореф. дис. канд. биол. наук. Минск: Наука и техника, 1975. 24 с.

12. Бирюкова З.П. Свободный пролин как показатель 11 физиологического состояния сосны обыкновенной // Физиологиярастений. 1986. Т. 33. Вып. 5. С. 1027-1030.

13. Благовещенский А.В. Биохимия обмена азотсодержащих веществ у растений. М.: Наука, 1958. 346 с.j|,, 14. Боровикова A.M. Динамика содержания свободных аминокислотв хвое сосны //Вестн. с-х науки. 1971. № 11. С. 133-135.

14. Борщенко /Ш. Белоксинтезирующая система корней гороха при борной недостаточности // Вестн. с-х науки. Л.: Наука, 1970. 61 с.

15. Брей С.М. Азотный обмен в растениях / Пер. с англ. и предисл.1. И

16. Э.Е.Хавкина. М.: Агропромиздат, 1986. 200 с.

17. БритиковЕ.А. Биологическая роль пролина. М.: Наука, 1975. 88 с.

18. Бритиков Е.А., Мусатова Н.А., Владшшрцева С.В. О роли j I" свободного пролина пыльцы в половом процессе // Онтогенезвысших растений. Ереван: АН АрмССР. 1970. С. 83-87.

19. Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа // Химия. Л.: Наука. 1986. 432 с.1. М'

20. Буслова Е.В. Взаимодействие бора с другими элементами минерального питания растений и значение бора для накопления хлорофилла. В сб. Значение микроэлементов в жизни растений и животных. М.: Наука, 1952. С 125-150.

21. Веретенников А.В. Основные физиологические процессы и ' ' условия внешней среды в онтогенезе древесных растений // Изв.

22. ВУЗов. Лесной журнал. 1992. № 5. С. 9-14.

23. Веретенников А.В. Физиология растений с основами биохимии. Воронеж: 1987. 255 с.п 23. Ветчинникова Л.В., Шуляковская Т.А., Канючкова Г.К.

24. Жирнокислотный состав суммарных липидов различных органов Betula Pendula Roth и B.Pubescens ehrh., произростающих в Карелии // Растительные ресурсы, Вып. 2 2000. С. 85-92.if

25. Власюк П.А. Биологические элементы в жизни растений. Наук, думка, Киев. 1969.516 с.

26. Власюк П.А. и др. Микроэлементы в обмене веществ растений. Киев: Наук, думка, 1976. 287 с.1 26. Габукова В.В., Ивонис И.Ю., Козлов В.А., Болондинский

27. В.К., Чернобровкина Н.П. Метаболизм сосны в связи с интенсивностью роста. Петрозаводск: КНЦ РАН , 1991. 162 с.!

28. Габукова В.В., Ивонис И.Ю. Экофизиология репродуктивных процессов у хвойных. Петрозаводск: КНЦ111. РАН, 1993. 176 с.

29. Гауровиц Ф. Химия и функция белков. М.: Наука, 1965. 530 с.

30. Генкель П.А., Окнина Е.З. Состояние покоя и морозоустойчивость плодовых растений. М.: Наука, 1964. 243 с.

31. Глинка А.П. Физиологическая роль бора в растениях, М.: Наука!1985. 234 с.

32. Гродзинский А.М., Гродзинский Д.М. Краткий справочник по физиологии растений. Киев: Наук, думка, 1973. 591 с. , ( 32. Грунина Л.К., Табаленкова Г.Н. Азотный обмен // Физиология ибиохимия культурных растений на Севере. JL: Наука, 1976. С 6765.

33. Дроздов С. Н. Потребность в боре у пшеницы в онтогенезе // Зап. Ленингр. с.-х. ин-та. 1956. Вып. 1. С. 79-84.

34. Жигунов А.В. Посадочный материал с закрытой корневой системой // Лесное хозяйство. 1998. № 5. С 33-36.

35. Жила Н.О., Калачева Г.С., Волова Т.Г. Влияние дефицита азота на рост и состав липидов зеленой водоросли Botiyococcus braunii Kiitz // Физиология растений . 2005. Т 52. № 3. С. 357-365.

36. Иванов А.Ф. Биология древесных растений. Минск. Наук. Думка. 1975. 262 с.

37. Ивонис И.Ю., Чернобровкина Н.П. Влияние микроэлементов й гибберсиба на рост и семеношение сосны обыкновенной // Лесоведение. 2002. № 3. С. 79-84.

38. Иготти С.А. Определение бора в органах хвойных и лиственных древесных растений // Сб. работ аспирантов и соискателей Ин-та леса КарНЦ РАН. Петрозаводск: Изд-во КарНЦ РАН, 2002. С. 3136.

39. Измайлов С.Ф. Азотный обмен в растениях. М.: Наука, 1986. 320 с.

40. Кабата- Пендас А., Пендас X. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 440 с.

41. Калачева Т.С., Сущик Н.Н. Состав жирных кислот Spirulina platensis в зависимости от возраста и минерального питания У/ Физиология растений. 1994. Т. 41. С. 275-282.

42. Калачева Г.С., Трубачев И.Н. Липиды Chlorella vulgaris в условиях блокирования биосинтеза биогенными элементами // Физиология. растений. 1974. Т. 21. С. 56-60. , ;

43. Каталымов М.В. Микроэлементы и микроудобрения. Л.: Наука, 1965. 395 с.

44. Кейтс М. Техника липидологии. Выделение, анализы и идентификация липидов. М.: Мир, 1975. 305с.

45. Кибаленко А.П. Физиологическое значение бора для растений и применение борных удобрений. Автореф. дис. д.б.н. Киев, 1969. 122 с.

46. Кибаленко А.П., Сидоршина Т.Н. Поступление и распределение бора в растениях сахарной свеклы // Применение микроэлементов в сельском хоз-ве. Киев: Наук, думка, 1965. С. 38-45.

47. Кибаленко Н.ГГ. Бор в жизни и репродуктивности растений. Киев, Наук, думка. 1973. 174 с.

48. Кибаленко Н.П. Роль бора в процессах фосфорилирования. АН УРСР. 1965.318 с.

49. Кораблева Н.П., Ладыженская Э.П., Морозова Э.В. Действие ингибиторов роста на биосинтез НК в меристемах клубней картофеля. Докл. АН СССР, 1971. 200 с.

50. Костычев С.П. Физиология растений. Ч 1. Хим. физиология // под ред. Н.Н. Иванова, М.П. Корсаковой, С.В. Солдатенкова. М.; 1933. 528 с.

51. Кравченко Г.Л. Закономерность роста сосны. М.: Лесн. пром-стъ;! 1972.167 с.

52. Кретович B.JI. и др. Молекулярные механизмы усвоения азота растениями. М.: Наука, 1983. 263 с.

53. Кретович ВЛ. Обмен азота в растениях М.: Наука, 1972. 527 с.

54. Кудашова Ф.Н. Сезонная динамика свободных аминокислот вИхвое и корнях сеянцев некоторых хвойных // Биохимическая характеристика хвойных пород Сибири в связи с ростом и морфогенезом. Новосибирск, 1974. С. 111-127.

55. Курсанов А.Л. Транспорт ассимилятов в растении М.: Наука,1. Н 1976. С. 325-400.

56. Либберт Э. Физиология растений. М.: Мир, 1976. 580 с.

57. Маевская А.Н., Алексеева Х.А. Окислительное фосфорилирование у гороха в условиях борного голодания // Физиология растений. 2000. Т.13. № 6. С. 1054-1059.1.'

58. Макаревский М.Ф. Закономерности роста растений / Физиологот биохимические основы роста и адаптации сосны на Севере. :Л.: Наука, 1985. С. 12-30.( 65. Макаренко С.П., Константинов Ю.М., Шмаков В.Н.,

59. Коненкина Т.А., Хотимченко С.В. Особенности жирнокислотного1 состава липидов каллусов лиственницы Гмелина двухгеографических популяций // Физиология растений. 2005. Т. 52. С. 343-348.

60. Макаренко С.П., Коненкина Т.А., Саляев Р.К. Химический 11И состав и структура липидов вакуолярных мембран // Биол.мембраны. 1992. Т. 9. С. 290-300. ;i *

61. Макаренко С.П., Коненкина Т.А., Хотимченко С.В.

62. Жирнокислотный состав липидов вакуолярных мембран корнеплодов // Физиология растений. 2007. Т 54. № 2. С. 223-228.1.Iм

63. Манская С.М., Бардинская М.С. Лигнин формирующейся древесины // Биохимия, 1952. С. 17-23. ■ *

64. Маслова И.П., Мурадян Е.А., Лапина С.С., Клячко-Гурвич Г.П., Лось Д.А. Жирнокислотный состав липидов и термофильное^j ji. цианобактерий //Физиология растений. 2004. Т.51. № 3. С. 397-403; '

65. Медведев С.С. Физиология растений: Учебник СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2004. 336 с.

66. МецлерД. Биохимия. Т. 1. М.: Наука, 1980. С-245-342. • ^

67. Микроэлементы в обмене веществ растений / Под ред.И

68. ВласюкаП.А. Киев: Наук, думка, 1976. 208 с.

69. Михалева Е.Н., Поздова Л.М. О качественном составе белков-в листьях черной смородины разного географического происхождения. Гр. ботан. ин-та им. В.Л. Комарова. 1967. Вып:1. Ц|« 19. С 116-128. ;;

70. Момот Т.С. Синтез и выделение свободных аминокислот изолированными корнями ели европейской // Лесоведение. 1977. № 3. С. 42-46.

71. Момот, Т.С. Синтез и обмен аминокислот в изолированныхкорнях сосны обыкновенной и ели европейской в стерильной культуре // Лесн. Журн. 1975. № 1. С. 36-38.

72. Новицкая Ю.Е., Чикина П.Ф. Азотный обмен у сосны на Севере. Л.: Наука, 1980. 166 с.

73. Новицкая Ю.Е., Чикина П.Ф. Физиолого-биохимические основы роста и адаптации сосны на Севере. Л.: Наука, 1985. 156 с.- i Iй

74. Орлов А.Я., Кошельков С.И Почвенная экология сосны. М.:1.X t1. И Наука, 1971.323 с. '

75. Осиновский А.Г., Скриган А.И. Исследование состава свободных и связанных аминокислот в древесине побегов сосны обыкновенной // ДАН БССР.-1975. Т. 19. № 8. С. 725-728. -'

76. Охрименко М.Ф., Кузьменко JI.M. К вопросу о влиянии на растения сочетаний микроэлементов. Микроэлементы в обмене веществ и продуктивности растений. Киев: Наук, думка,, 19841 342 с.

77. Пейве Я.В. Избранные труды. Агрохимия и биохимияI

78. И'1. микроэлементов. М.: Наука, 1980. 430 с.

79. Пейве Я.В. Микроэлементы и ферменты. М: Наука, 1960. 432 с.ьМ

80. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. М.: Колос; 1976. 256 с.1. И" 128

81. Плешков Б.П., Вильяме М.В. К вопросу о содержании и образовании аминокислот при различных условиях фосфорногопитания и о роли аргинина в растениях // Докл. ТСХА. 1965. Вып. 103. С. 263-270.

82. Полевой В.В. Физиология растений. М: Высшая школа, 1989. 464 с.1.( 89. Починок Х.Н. Методы биохимического анализа растений, Киев,1. Наук, думка. 1976. 334 с.

83. Прокушкин С.Г. Минеральное питание сосны (на холодных почвах). Новосибирск: Наука, 1982. 190 с.

84. Проценко Д.Ф. Морозостойкость плодовых культур СССР. Киев,

85. Наук, думка. 1958.391 с. V /

86. Лузина Т.И. Влияние сернокислого цинка и борной кислоты на гормональный статус растения картофеля в связи с клубнеобразованием // Физиология растений. 2004. Т. 51. № 2. С.1. И. 234-240.

87. Ринькис Г. Макро- и микроэлементы в минеральном питании растений. Рига, 1979. 304 с.

88. Родионов B.C. Изменения в мембранных липидах растений припониженных температурах // Липидный обмен древесных растений .1. И'1 !в условиях Севера. Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР,1983. С. 4-68.

89. Рокицкий ИФ. Биологическая статистика. Минск: Высшая школа, 1973. 320 с.1. Н1

90. Романова Л. И., Ермолаева М.В. Содержание свободных аминокислот в тканях сосны обыкновенной в зависимости, от условий аэрации на верховом болоте // Лесоведение. № 4. С. 4651.

91. Рудакова Э.В., Каракас К.Д., Сидоршина Т.Н. Микроэлементы: поступление, транспорт и физиологические функции в растениях. Киев: Наук, думка, 1987. 186с.

92. Руснак И.Е., Долгая Е.В. Динамика содержания и состава альбуминов семядолей фасоли при прорастании семян // Изв. АН Молд. ССР. 1981. № 6. С. 31-34.

93. Сазонова Т.А. Эколого-физиологическое исследование реакции хвойных растений северо-запада России на воздействие природных и антропогенных факторов. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. д. б. н. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2006. 40 с. ь

94. Саймасаев С.С., Мамонов Л.К. Фракционный состав белков в вегетативных и репродуктивных органах яровой пшеницы на севере Казахстана // Изв. АН Каз. ССР. Сер. Биол. 1977. № 2. С. 1518.

95. Сергеева Н.А. Физиологические и биохимические основы зимостойкости древесных растений. М.: Наука, 1971.174 с.

96. Серегин И.В. Фитохелатины и их роль в детоксикации кадмия у высших растений // Успехи биол. химии. 2001. Т. 41. С: 283-300.

97. Сидоршина Г.Н., Содержание бора в растениях. Киев: Наук: Думка, 1969. С. 45-56.

98. Скок Дж. Функция бора в растительной клетке // В сб.: Микроэлементы. М.: Наука, 1962. С. 76-81.

99. Соколов А.И., Мордасъ А.А., Кривенко Т.И., Харитонов В.А. Выращивание и использование крупномерного посадочногоматериала хвойных пород в условиях Карелии: Методические i, j i '' рекомендации. Петрозаводск: Кар НЦ РАН, 2002.44 с. г- 1 '

100. Судачкова Н.Е. Метаболизм хвойных и формированиедревесины. Новосибирск: Наука, 1977. 230 с. • , ,111 'i

101. Судачкова Н.Е. Состояние и перспективы изучения влияниястрессов на древесные растения // Лесоведение. 1998. № 2. С. 3-9

102. Судачкова Н.Е., Милютина ИЛ., Кудашова Ф.Н. и др. Влияние засух на состав свободных аминокислот в тканях сосны• 'Н'1 обыкновенной и лиственницы сибирской // Лесоведение. № 311966. С. 51-61.

103. Сывороткин Г. С. Влияние бора на развитие желтого лютика в связи с известкованием // В. сб. : Микроудобрения, М.: Наука,1937. 56 с. i ,, if I-» > ' Ч

104. Таланова В.В., Титов А.Ф., Боева Н.П. Влияние ионов• г *кадмия и свинца на рост и содержание пролина и АБК в проростках огурца // Физиология растений. 1999. Т. 46. № 1. С. 164-167.1' 114. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г.Ф.

105. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. 172 с.t

106. ТимашовН.Д. Влияние бора на содержание низкополимерныхj(i, и высокополимерных РНК. Докл. АН СССР, 1969.24 с. ' j ''

107. Тимашов Н.Д. Влияние бора на окислительное3фосфорилирование и некоторые другие биохимические свойствамитохондрий подсолнечника и ячменя // Физиология растений. 1968. Т.15. № 4 . С. 597-603.

108. Тойкка М.А., Перевозчикова Е.М., Левкина Т.И., Заварзин11( В.М., Михкиев А.И., Изергина М.М. Микроэлементы в Карелии. | ■ | {1. Л.: Наука, 1973. 284 с.

109. Троицкая Е.А., Батник Т.Е. Влияние недостатка бора на формирование вегетативных и генеративных органов пшеницы // В сб.: Физиологическая роль микроэлементов у растений. Л.: Наука,1970.224 с.

110. Туманов И.И. Физиология закаливания и морозостойкости растений. М.: Наука, 1979. 350 с.j I'1

111. Турчин Ф.В., Азотное питание растений и применение азотных удобрений. М.: Наука, 1972. 336 с.

112. Турчин Ф.В., Гуминская М.А., Плышевская Е.Г. О скорости обновления белка и хлорофилла у высших растений // Изв. АН1СССР. Сер. Биол. № 6. 1953. С. 66-78. '; • | I

113. Федорова Е.В., Г.Я. Одинцева. Биоаккумуляция металлов растительностью в пределах малого аэротехногенно загрязненного водосбора// Экология. № 1. 2005. С. 26-31.

114. Федорец Н.Г. Трансформация азота в почвах. Лесные1. Мбиогеоценозы Северо-Запада России. Автореф. докт. дис. на соиск. уч. ст. д. с-х. наук. С-Пб.: Пушкин, 1997. 28 с.

115. Физиологическая роль микроэлементов у растений II Под ред. М.Я. Школьника. Л: Наука, 1970. 223 с. '1. М

116. Физиология сосны обыкновенной. Отв. ред. Лисовский Г.М. Новосибирск: Наука, 1990. 302 с.

117. Фуксман ИЛ. Влияние природных и антропогенных факторов на метаболизм веществ вторичного происхождения у древесных растений. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. 2002. 164 с.1. Hi .1 :

118. И" 129. Фуксман ИЛ., Новицкая JI.JI., Исидоров В.А., Рощин В.И: 1 ! >

119. Фенольные соединения хвойных деревьев в условиях стресса // Лесоведение. 2005. № 3. С. 4-10.

120. Царегородцева С. О. Сезонные изменения состояния ^ пигментных систем хвойных растений в условиях Карелии.

121. Автореф. канд. дис. на соиск. уч. ст. к.б.н. Петрозаводск: Кар АН СССР. 1970. 23 с. * :

122. Церлинг В.В. Диагностика питания сельскохозяйственных культур. Справочник. М.: Агропромиздат, 1990. С. 56-62.1. 132. Чернавина НА. Физиология и биохимия микроэлементов;

123. М.: Высш. Шк., 1970. 310 с. , I

124. Чернобровкина Н.П. Экофизиологическая характеристика использования азота сосной обыкновенной. 2001. СПб.: Наука; 175 с.11

125. Чернобровкина Н.П., Габукова В.В., Успенская JI.H. Влияние подкормок макро- и микроэлементами на рост сеянцев сосны в Карелии//Лесоведение. 1992. №5. С. 10-18. '

126. Чернобровкина Н.П., Иванова Р.П. Исследование ,и" ^ ! i1 аминокислотного состава семян и почек березы карельской-^в J <осеннее-зимне-весенний период // Лесоведение. 1978. № 4. С. 47-1' 52.

127. Чернобровкина Н.П., Курец В.Н., Таланов А.В.Дроздов C.Hiии Азотное обеспечение, СО2 — газообмен и рост сеянцев сосныобыкновенной // Вестник Башкирского университета. 2001. №;2 (1). С. 86-87.

128. Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Иготти С.А., Дорофеева О.С., Шенгелиа И.Д. Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на рост в различных условиях минерального питания'// Лесоведение. 2007. № 4. С. 1-8.г

129. Чикина П.Ф. Азотный обмен // Физиолого-биохимические основы роста и адаптации сосны на Севере. 1985. Л.: Наука, С.57.82. , 4!

130. Шерстнев В.А., Артемьева Г.А. Распределение бора; |в■структурных компонентах растительной клетки. Тезисы доклада. Минск. 1968. С. 98.

131. Школьник М.Я. Роль и значение бора и других микроэлементов в жизни растений // Совет. Бот. 1962. № 1-5. 218 с.

132. Школьник МЛ., Боженко Н.П. Современное состояние вопроса о значении микроэлементов на повышение засухоустойчивости. //В. сб.: Физиология устойчивости растений. 1960. М.: Наука, 409 с.

133. Школьник М.Я. О физиологической роли бора. К вопросу^о причинах. М.: Наука, 1962. С. 45-92.

134. Школьник М.Я, Шальская А.Н. Микроэлементы и естественная радиоактивность почв // Совет, ботан. 1962. № 5. М.: Наука, С. 65-81.

135. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. 1974. Л.: Наука, 324 с.

136. Шуляковская Т.А., Шредере С.М., Канючкова Г.К., Чиненова 'I

137. Л.А. Динамика содержания основных метаболитов в семенах й . проростках сосны обыкновенной // Лесоведение. 2004. № 5. С. 58— 65.

138. Шуляковская Т.А., Ветчинникова Л.В., Репин А.В., Шредере С.М. Динамика содержания аминокислот в почках и листьях Betiilapendula и Betula pubescens в течение вегетационного периода JI '1. И'1 ' V I ,' ■

139. Растительные ресурсы. 2007. Т. 43. Вып. 4. С. 87-94. г1!."

140. Шуляковская Т.А., Илышова М.К., Канючкова Г.К: Динамика жирнокислотного состава липидов в процессе формирования органов березы на начальных этапах онтогенеза //-1 i> ■ Дендроэкология и лесоведение: Материалы Всерос. Конф.

141. Красноярск, 2007. С. 174-176. . ;

142. Щербаков А.П. Влияние микроэлементов на рост и химический состав сеянцев и саженцев древесных пород (Сборник'статей) // Труды всесоюзного совещания по микроэлементам. Рига; 1965. 285 с.

143. Щетинина Л.А., Бутенко В.А. Колориметрический метод определения общего азота в почве и растениях // Почвоведение1957. №8. С. 98-101. 'HfH ;!и- I "

144. Щетинина Л.Л. Микроэлементы в жизни растений ш человека. Киев. Наук, думка. 1964. 162 с.

145. Юркевич Ю.Д., Бережная Л.И. Содержание свободных аминокислот в хвое на минеральной и торфяно-болотной почвах //''Докл. АН СССР. 1959. Т. 13. С. 450-453.

146. Ялынская ЕЛ., Чернобровкина Н.П. Устойчивость сеянцев сосны обыкновенной к снежному ппотте как интегральный показатель функциональной диагностики обеспеченности бором1'//

147. Вестник Московского ун-та леса Лесной вестник. 2008. № 6. С. 16-21.

148. An J.-Y., Sim S.-J., Lee J.S., Kim B. W. Hydrococarbon Production from Secondarily Treated Piggery Wastewater by the Green Alga Botryococcus braunii // J. Appl. Phycol. 2003. V. 15. P. 185-191.

149. Barnes R.L., Nailor S. W. Organic nitrogen compounds in tree xylem sap. Forest Sci. 1966. V. 9. N. 1. P. 98-102.

150. Bown A. W., Shelp B.J. The metabolism and function of y-aminobutyric acid // Plant Physiol. 1997. Vol. 115.N. 1. P. 1-5: '

151. Britto D.T., Herbert J. Kronzucker H.J. NH4 + toxicity in higher plants: a critical review I I J. Plant Physiol. 2002. V. 159. P. 567-584.

152. Brown P.H., Shelp B. J. Boron^Mobility in plants // Plant and Soiir 1997. V. 193. P. 85-101.

153. Camacho-Cristobal J.J., Rexach J., Gonzalez-Fontes A. 2008 Boron in Plants: Deficiency and Toxicity 11 Journal of Integrative Plant Biology. 2008. V. 50. N 10. P. 1247-1255.

154. Carber M.P., Steponkus P.L. Alterations in chloroplast thylakoids during cold assimilation//Plant Physiology. V 57. N. 5. 1976. P. 681686.

155. Chapman D.S., Barber L., Influense of growth temperatures qn ; acile lipids of leaves // Plant lipids. V 15. 1979. P. 103-106. ; ^

156. Chu W.L., Phang S.-M. Goh S.-H. Environmental Effects on Growth and Biochemical Composition of Nitzschia inconspi'cua Grunow // J. Appl. Phycol. 1997. V 8. P. 389-396. ь >' ?

157. Chung I., Bown A.W., Shelp B.J. The production and efflux of 4-aminobutyrate in isolated mesophyll cells // Plant Physiol. 1992. V. 99. P. 659-664.

158. Clements S., Simm C. Schizosaccharomyces pombe as model for metal homeostasis in plant cells: the phytochelatin-dependent pathway is the main cadmium detoxification mechanism // New Phytol. 2003. V. 159. P. 244-276.

159. Clements S., Palmgren M. G. A long way ahead: understanding ,j | i ■1and engineering plant metal accumulation // Trends Plant Sci. 2002. V. 7. N. 7. P. 309-315.

160. Canovas F.M., Avila C., Francisco R. Canton F.R., Rafael A. Canas R.A., Torre F. Ammonium assimilation and amino acid metabolism in conifers // J. of Exp. Botany. 2007. V. 58. N. 9. P. 2307-2318.

161. Cobbett C.S. Phitochelatins and their roles in heavy metal detoxification // Plant Physiol. 2000. V. 123. P. 825-832.

162. Coke L., Whittington. The role of boron in plant growth//Exper.,s, >' ■

163. Bot. 1968. N. 4. P. 19-57.

164. Datta and Mcllrath W.I. Effects of boron on grouth and lignification in sunflower tissue and organ cultures I I Bot. Gas. 1964. N. 2. P. 125-132. : 4

165. De Yoe D.R., Brown G.N. Glycerolipid and fatty acid changes in eastern white pine chloroplast lamellae during the onset of winter // Plant Physiology. 1979. V 64. N. 6. P. 924-929.

166. Diamantoglou S., Kull U. Das Yahres periodische Verhalten der Fettsauren in rinden und Blattern von Pinus halepensis // Plant j ; | 1 Physiology. V. 103. N. 2. P. 157-164. ". ! '

167. Dagger W.M. Boron in plant metabolism // Encyclopedia of Plant Physiology. New Ser. B. // Eds B. Lauchli A. et al. Heidelberg: Springer-Verlag. 1983. V. 15. P. 626-650.

168. Dyar K, Webb L. A relation ship between boron auxin in C14 translocation in bean plants // Plant Physiology. 1961. N. 5. P. 36-43.11' 176. Fleischer A., Malcolm A. O'Neill, Ehwald R. The Pore Size of

169. Grill E.y Winnacker E. L., Zenk M. H. Phytochelatins: The1.Sj i,, principal heavy metal complexing peptides of higher plants // Science. | • '1985. V. 230. P. 674-676. • ty

170. Hall J. L., Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance // J. Exp. Bot. 2002. V. 53. N. 366. P. 1-11.

171. Hatner D.N. Metallothioneins // Annu. Rev. Biochem. 1986. V. 55. ' P. 913-951.

172. Harwood J.L. Fatty acid biosynthesis. // Recent advances in the chemistry of plant lipids. London etc: Acad.press. 1975. P. 43-93.

173. Haydon M. J., Cobbett C.S. Transporters of ligands for essentialj м metal ions in plants // New Phytol. 2007. V. 174. P. 499-506. f'• ', -1

174. Heber U. Proteins capable of protecting chloroplast membranes against freezing in the frozen cell. London. 1970. P. 175-186 •.•'.'•"•'

175. Heppard E.P., Kinney A.I., Stessa K.L., Miao G.H, Development and Growth Temperature Regulation of Two Different Microsomal ю-6 Desaturase Genes in Soybean // Plant j Physiol. 1996. V.l 10. P. 311-319. : Щ

176. Joshida S., Sakai A. Phospholipid changes associated with the cold hardiness of cortial cells from poplar stem // Plant cell physiology. V. 14. N. 2. P. 353-359.

177. Ishii Т., Т. Matsunagal. Indirect evidence thai rhamnogalacturonan II- boroncomplex is covalently cross-linked pectin in plant cell walls // XVI International Botanical Congress. 1999. Poster N. 167. p. 42-45.

178. Jamieson G. R. GLC Identification Techniques for Long-chain Unsaturated Fatty Acids//J. Chromat. Sci. 1975. V. 13. P. 491-497.;

179. Lee I. G., Aronoff S. Investigations on the role of boron in plants1//

180. Plant Physiology. 1966. N.41. N. 10. P. 15-70. i'l : •

181. Lehto T. Effects of liming and boron fertilization on mycorrhizas*. of Picea abies И Plant and Soil. 1994. V. 163. N. 1. P. 65-68. '{ ? И

182. Lehto Т., Kallio E., Aphalo P.J. Boron mobility in two coniferous species // Annals of Botany. 2000. N. 86. P. 547-550.

183. Lehto Т., Raisanen M., Lavola A., Julkunen-Tiitto R., Aphalo P.J. Boron mobility in deciduous forest trees in relation to their polyols // New Phytologist. 2004. V. 163. P. 333-339.

184. Lyons J.M., Asmudson C.M., Solidification of unsaturated/ saturated fatty acid mixtures and its relationship to chilling sensitivity1in plants // S. Amer. Oil Chemits Soc. 1965. V 42. N. 1. P.1056-1058.

185. Lubin M., Lessinger G. Intracellular potassium and control of protein synthesis // Federation Proc. 1964. V23. N. 5. P 44-48.

186. Mari S., Gendre D., Pianelli K. Root-to-shoot long-distancecirculation of nicotianamine and nicotianamine-nickel chelates in :the j '1. M' I ! !metal hyperaccumulator // J. Exp. Bot. 2006. V. 57. N. 15. P. 173-177.-.! !i ' t

187. Matsunaga I. Т., Hayashi T. Formation of Rhamnogalacturonan III Borate Dimer in Pectin Determines Cell Wall Thickness of Pumpkin Tissue // Plant Physiol. 2001. V. 126. P. 1698-1705.

188. Mazliak P. Membrane response to Enveromental Stresses: the j 1ij1. H j 11.pid Viewpoint Introduktoiy Review // Biological Role of Plant' Lipids / N.Y. London: Plenum publ. 1989. P - 505-509. <

189. Miflin B.J.y Lea P.J. Amino acid metabolism // Ann. Rev. Plant Physiol. 1977. V. 28. P. 299-329.

190. Oaks A. Primary nitrogen assimilation in higher plants and itsj i1' regulation // Can. J. Bot. 1994 b. V. 72. N 6. P. 739-750 '}, | ' '

191. Oertli J.J .The distribution of normal and toxicamounts of boron in leaves of rough lemon // Plant Physiology. 1960. V. 5. N. 23. P. 234254.

192. О NeiU S.D., Priestley D.A., Chabot B.T. Temperature and agingИeffects on leaf membranes of a cold hardy perennial, Plant Physiology: 1981. V68. N6. P. 1409-1415.

193. Perez-Soba M., de Visser P.H.B. Nitrogen metabolism of Douglasfir and Scots pine as affected by optimal nutrition and water supply1 li1." under conditions of relatively high atmospheric nitrogen deposition;// i11 * )

194. Trees. 1994. V. 9. P. 19-25. \:

195. Pilbeam D.J. and Kirkby E.A. The Physiological Role of Boron in Plants // Journal of Plant Nutrition. 1983. V6. N. 7. P. 563-582.

196. Piorreck M., Baasch К.-Л. Pohl P. Biomass Production, Total1. M .

197. Protein, Chlorophylls, Lipids and Fatty Acids of Freshwater Green and Blue-Green Algae under Different Nitrogen Regimes // Phytochemistry. 1984. V. 23. P. 207-216.

198. Piispanen R., Saranpaa P., Neutral lipids and phospholipids in

199. Scots pine//Tree Physiology. V. 22. 2002. P. 661-666. ; :И

200. Pukacki P.M. Lipid Changes in Scots Pine (Pinus sylvestris L.) Tissue Response to Industrial Pollution // Bulg. J. Plant Physiol. 1998. P. 273-284.

201. Pukacki P.M., Kaminska-Rozek E. Long-Term Implications of Industrial Pollution Stress on Lipids Composi- tion in Scots Pine (Pinus syivestris L.) Roots // Acta Physiol. Plant. 2002. V. 24. P. 249-255.

202. Quinn P. J., Williams W.P., Plant lipids and their role in membrane function // Progr. Biophys and Molec. Biol. 1978. V. 34. N 2. P. 109173.

203. Reisen D. Marty F., Leborgne-Castel N. New Insights into the Tonoplast Architecture of Plant Vacuoles and Vacuolar Dynamics during Osmotic Stress // В MC Plant Biol. 2005. V. 5. P. 5-13.

204. Rhodes D., Rich P.J., Brunk D.G. 15N-Labeling Kinetics of the Amide and Amino Groups of Glutamine and Asparagine // Plant physiol. 1989. V. 89. P. 1161-1171.

205. Sagisaka S., Araki T. Amino acid pools in perennial plants at the wintering stage and at the beginning of growth // Plant Cell Physiol. 1983. V. 1. P. 479-494.

206. Schropp W.y Arenz B. Uber die wirkung von Bor und Mangan auf das Washstum des Mais // Pfl. Phytopath. Ztschr. 1938. V. 4. P. 38-42.'

207. Sharrer K. Biochemic der Spurenelements // Plant Physiology., Berlin. 1955. V. 45. N5. P. 55-63. :

208. Shibacka II, Thimann D.V. Antagonism between kinetin arid amino acids. Experiments on the mode of cytokinins // Plant Physiology , Lancaster. 1970. V. 46. N. 1. P. 162-168. ' ::

209. Shive J.M. Significant roles of trace elements in the nutrition of plants // Plant Physiology. 1936. V. 16. N. 3. P. 44-49.

210. Smith M.E. The role of boron in plant metabolism // Austral. Yi Exple. Biol. a. Med. Shi. 1978. V. 22. P. 257-264.

211. Stone A.B., Burton К., Sinergistic effect of the activation of a . 11" streptococcal deoxyribonuclease by bivalent metal ions // Biochem. Y.1983. V.3.P. 482-491.

212. Sword M.A., Garrett H.E. Boric acid-phenolic relationships within the Pinus echinata-Pisolithus tinctorius ectomycorrhizal association // Tree Physiology. 1994. N. 14. P. 1121-1130. .

213. Thompson G.A., Jr. Lipids and Membrane Function in Green 1 Algae//Biochim. Biophys. Acta. 1996. V. 1302. P. 17-45.

214. Torsell K, Chemistry of aril boric acid. Effects of aril boric acid on wheat roots and the role of boron // Plant Physiology. 1956. N. 9, 4. Pii,! 652-659.

Информация о работе

Дорофеева, Ольга Сергеевна
кандидата биологических наук
Петрозаводск, 2009
ВАК 03.00.12

Диссертация

Влияние бора на физиолого-биохимические показатели сеянцев сосны обыкновенной - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы