Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние фотопериода и фитогормонов на взаимосвязь роста и развития стеблевого апекса с ацидофицирующей активностью корней у пшениц разных биотипов

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние фотопериода и фитогормонов на взаимосвязь роста и развития стеблевого апекса с ацидофицирующей активностью корней у пшениц разных биотипов"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

гг: од

2 О МЙ да

КОНЯЕВ Игорь Сергеевич

ВЛИЯНИЕ ФОТОПЕРИОДА И ФНТОГОРМОНОВ

НА ВЗАИМОСВЯЗЬ РОСТА И РАЗВИТИЯ СТЕБЛЕВОГО АПЕКСА С АЦИДОФИЦИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТЬЮ КОРНЕЙ У ПШЕНИЦ РАЗНЫХ БИОТИПОВ

03.00.12 - физиология растений

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических на)'к

Санкт-Петербург - 1997

Работа выполнена на кафедре ботаники Пензенского государственного педагогического университета и в лаборатории роста и развития ИФР РАН.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор В.Н. ХРЯНИН

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Н.Ф. Батыгин

кандидат биологических наук Т. с. Саламатова

Ведущее учреждение: Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена С г. Санкт-Петербург)

Защита состоится " {У " шсиЗ- 1897 года в " /3 " час. на заседании диссертационного совета К 053.57.12 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, ауд. 12>3> -

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

Автореферат разослан " у " ^исиЯ-^ 1397 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ак.туяпт.нпгть трмн. Переход к репродуктивному развитою у растений как переломный этап онтогенеза сопровождается значительной перестройкой коррелятивным и донорно-акцепторных взаимосвязей между частями целого растения (Wareing, 1979: Мокроносов, 1981: полевой, 1982: чаяпа-хян, 1988). в связи с этим определенный интерес вызывает исследование в зтот период процессов, характеризуют« функционирование двух важнейших координирующих центров сапикальных меристем побега и корня) - развития листьев и работы протонного насоса корней.

развивавдиеся листья являются местом синтеза гормонов (например, ауксинов и гиббереллинов), которые распространяются по всему растению и являются частью сигнапов,обеспечиваншх и координирующих коррелятивные взаимодействия всех органов СГТолевой, 1982: Jacobs,l984: чайлахян, 19885. В последнее время установлено, что усиление роста молодых и зачаточных листьев функционально связано с переходом апекса к формированию цветочной меристемы: у пшениц усиление ростовой С акцепторной) активности субапикальной зоны, включаадей молодые и зачаточные листья, предшествует ускорении роста апекса и сопровождает переход к репродуктивному развитию СПодольный и др.,1990: Фещенко, 1992): функционирование этой зоны роста контролируется генами систем vrn и ррй, определяющими различия биотипов по реакции на Фотопериод и яровизациоСПодольный и др., 1990: Фещенко и др., 1990,1992: Стельмах, 1986, 1932). Вопрос о взаимосвязи развития листьев и работы протонных насосов корней как показателя функционирования корней до настоящего времени не изучался.

Рост и функционирование корня последовательно изменяется в онтогенезе. Во время усиления или ослабления ростовой активности надземных органов и колебания их потребности в знергопластических веществах поглотительная, секреторная и синтетическая функции корней изменяются СКолосов. 1962: Кларксон, 1978: Куперман. 1986: Крастина, 1987: Шалин, 1987: Ростунов, 1990). Интегральным показателем функционирования корня как донора может служить скорость Н^-оттока. которую можно измерить путем стимуляции ионами К+ протонных насосов кощей растений, выращиваемых на низкосолевом растворе сВоробьев, 1988: Воробьев,Егорова, 1989). Известны работы, в которых ацилофицирущая активность корней, изучаемая таким способом, сопоставляется у разных групп растений СВоробьев, Егорова, 1983: Вахмистров, 0 Эн До,1993: Егорова и др., 1995). Однако, вопрос об изменении способности косней секретировать н* в онтогенезе у растений, отличающихся типом развития, при влиянии различного фотопериода и обработки Фитогормонов. до сих пор не ставился.

Прль и залачи исслрдпйания. основной целью наших исследований являлось с использованием модели трех разных биотипов пшениц, отличающихся по одному гену систем vrn и ppd, сопоставить динамику ацидафици-рущей активности корней с интенсивностью ростовых процессов в стебле-

вом апексе во время перекода от квенильности к формированию зачаточной цветочной меристемы.

В ходе работы поставлены задачи:

1. Исследовать интенсивность роста молодым, зачаточных листьев и стеблевого апекса пшениц разных биотипов в период квенильности и во время перехода к репродуктивному развитию.

2. Исследовать динамику Н+-оттока из корней пшениц на ¡-IV этапах органогенеза конуса нарастания побега в разных Фотопериодических условиях.

3. Сопоставить изменение ацидофишрущей активности корней и активность ростовых процессов в конусе нарастания побега у пшениц разных биотипов на исследуемых этапах органогенеза.

4. изучить влияние экзогенного гиббереллина сгаз) и цитокинина Сб-БАГО на рост молодых, зачаточных листьев, апекса побега и изменение ^-оттока из корней во время перехода к репродуктивному развитию у пшениц разных биотипов.

научная ипцияна. Проведенная работа позволила выявить тесную взаимосвязь процессов роста и развития в апикальной меристеме побега, роста корня и интенсивности Н+-оггока из корней у пшениц. Впервые показано, что ускорение роста конуса нарастания побега пшениц при переходе к репродуктивному развитию в индуктивных условиях Сна длинном дне) сопровождается возрастанием способности корней к секреции Н^ в неиндуктивных условиях (на коротком дне) ацидоФицярущая активность корней пшениц зависит от ростовых процессов в апексе побега и от роста самого корня. Различные способы обработки гиббереллином и цитокинином пшениц на дд и кд позволили выявить специфические для каждого биотипа ростовые изменения в стеблевом апексе и соответствукщие изменения в динамике Н+-отгока из корней. Выдвинуто и обосновано предположение о наличии сигнальной связи между зонами роста в целом растении и протонной помпой корней.действушей в соответствии с принципами донорно-акцепторных взаимоотношений.

ТегоетичЕСкая и практическая значимость работы. Представленные в работе данные вносят определенный вклад в разрешение вопросов, связанных с механизмами коррелятивных взаимоотношений на уровне целого растения. Проведенный в работе анализ способности корней к Н+-секреции при прохождении фаз развития пшениц в разных Фотопериодических условиях и при гормональном воздействии открывает перспективы для выявления условий целенаправленной регуляции роста и морфогенеза, что особенно важно в связи с Физиологическими аспектами действия генов развития, среды, фитогормонов. Результаты использования Фитогормонов в ходе рН-теста демонстрируют новые возможности применения в практике Физиологического исследования метода к+-стимуляции протонных насосов корней низкосолевого статуса.

АптРапия pafjm-ы- основные материалы диссертации были представлены на III съезде ВОФР (С.-Петербург, 1993). на 2-й и 3-й конференциях "Регуляторы роста и развития растений" (Москва, 1993, 1995), на 6-ом семинаре-совещании "Совершенствование научно-теоретического и методического уровня преподавания Физиологии растений" ссмоленск, 1993), на Вторых чтениях, посвященных памяти Р.Е. Левиной (Ульяновск, 1993).

пиликании по материалам диссертации опубликовано б печатных работ.

структура и nfiTPM пиггрптании. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, анализа полученным результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 6 таблиц. Список цитируемой литературы включает 158 наименований, из них 80 на иностранных языках.

ОБЪЕКШ И МЕТОШ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования служили растения трех биотипов мягкой пшеницы CTriLicum aestivum L.): яровая пшеница Московская 21, озимая пшеница Зритроспермум 998 и двуручка, полученная путем скрещивания Московской 21 и Зритроспермум 998. Все эти линии различаются по одному гену каждой из систем vrn и ppd. Яровая (Московская 21) не чувствительна к яровизации вследствие доминантности одного из генов системы vrn и менее, чем остальные, нуждается в длинном дне вследствие доминантности одного из генов системы ppd. Озимая СЭритроспермум 998) характеризуется высокой потребностью и в яровизации (не менее 60 дней), и в длинном дне, так как имеет все гены vrn и ppd в рецессивном состоянии. У их гибрида - двуручкм все гены системы ppd рецесивны скак у озимой), один из генов системы vrn доминантен (как у яровой). Двуручка нуждается, как и озимая, в длинном дне; яровизация у двуручки не влияет на время перехода к репродуктивному развитию, но в условиях короткого дня может частично заменять потребность в длинном дне.

Перед проращиванием семена пшениц с целью поверхностной стерилизации обрабатывали 70% этиловым спиртом в течение 1 минуты, после чего тщательно промывали дистиллированной водой и размещали в чашки Петри на Фильтровальной бумаге,смоченной раствором 0.1 мМ CaS04. Проращивали в термостате при 20-С в темноте 3 дня, после чего одинаковые по длине кшеоптиля и первичного корня проростки пересаживали на непрозрачные пластинки из полистирола с отверстиями по 10 штук на каждую. Пластинки с проростками помешали на стаканчики,заполненные 50 мл 0.1 мм раствора CaS04 Сежедневно обновляемого) так, чтобы зерновки не контактировали с раствором сзона корней была защищена от света и попадания Фитогормонов при обработке побега). Стаканчики с проростками на 4-е сутки после проклевывания семян помещали в климатические камеры Имтотрона,где рас-

тения пшениц выращивали при освещении 23 тыс.эрг/см2.температуре 20*С, 80%-й относительной влажности воздуха. Одна часть растений содержалась на коротком дне СКД: 8 ч. света + 16 ч. темнотьО.другая часть на длинном дне СДД: 18 ч. света + 6 ч. темноты).

Варианты опыта:

1. Контроль - растения пшениц разных биотипов в условиях короткого или длинного дня, находящиеся постоянно на растворе 0.1 мМ CaS04 СрВ=5.7).

2. Обработка побега гиббереллином Аз СГАз) - раствором 0.1 мМ CaS04 + 1.510-4 М ГАЗ Cptt=5.7).

3. Обработка побега цитокинином - 6-бензиламинопурином С6-БАГО - раствором 0.1 мМ CaS04 + 4.410-3 М ^бдп Cptt=5.7).

4. 2-х часовой контакт корней перед началом измерений скорости н+-от-тока с раствором 0.1 мМ CaS04 + 1.5-10-4 М ГАз СрН-5.7).

5. 2-х часовой контакт корней перед началом измерений скорости Н-^-оттока с раствором 0.1 Ж CaS04 + 4.4-10-5 М 6-БАП СрН=5.7).

Обработку растворами, содержащими Фитогормоны в вариантах 2. 3 и раствором 0.1 ым CaS04 СрИ=5.7) в контроле CD и вариантах 4, 5 начинали с 6-го дня после проклевывания семян. Контроль обрабатывали раствором 0.1 ь-М CaS04. Обрабатывали погружением надземной части проростков в указанные растворы ежедневно на 1 мин.

У растений в возрасте 13-22 суток после прорастания семян анализировали рост и развитие молодых, зачаточных листьев, апекса побега, измеряли биомассу побега и корневой системы, определяли ацидоФицирукъ щую активность корней Сскорость Н+-оттока по методике pH-тестах Указанный возраст проростков для рН-тестирования соответствует прохождению I - IV этапов органогенеза Спо Ф.М. Куперман) для исследуемых пшениц в индуктивных условиях.

Размеры листовым примордиев и высоту конуса нарастания определяли с помощью бинокуляра МБС-9 при увеличении * 57.5 (точность измерений - ±0.005 мм). О переходе растений к началу Формирования зачаточных цветочных меристем судили по увеличению размеров, апекса и его дифференциации.

Методика измерения ацидофицирувдей активности корневой системы ("pH-тест") основана на регистрировании скорости Н^-отпжа во время К+-стимуляции протонной помпы мембран клеток корней низкосолевого статуса спо воробьеву.1988). с этой целью проростки до определенного возраста содержали на 0.1 мМ растворе CaS04.K моменту измерений этот раствор заменяли на среду с калием - опытный раствор 0.1 Ж CaS04 + 1 мМ КС1СрН=5.7) объемом 50 мл Скорни пшенщ,обработанные перед pH-тестом в течение 2 часов растворами Имтогормонов до переноса на среду с К+ тщательно промывали раствором 0.1 мМ CaS04). После этого потенциометриче-ски регистрировали pH среды в течение первых 5 часов. Для вычисления скорости Н+-оттока брали значения pH через 3 - 5 ч. после начала тес-

тасования. Использовали иономеры И-130.3В-74,измерительные рН-злектро-ды типа эсл-43-07,хлорсеребряные электроды сравнения типа 3BJ1-1M-34.1.

Скорость Н+-оттока (у1*1-, мкМ/чг) определяли по Формуле:

CH+3t - [H+lt-2 [H^t.tlMt-g - концентрации протоновСзо-р")

vH+= -— . v в опытном растворе через 2-часовые интервалы

2 га времени: t = 5 ч.: ш - сырая масса корней 10

растений (г): V - объем опытного раствора: 2 - время, ч.

Для оценки достоверности результатов измерений использовали критерий Стьвдента. определяли коэффициенты корреляции между изменением скорости Н^-оттока из корней и изменением длины развивашикся листьев, апекса, ростом биомассы растений. вычисление,статистическую обработку коэффициентов корреляции и ин достоверности вели с помощью программы "Statgraphlcs" Сверсия 2.1, "STSC, inc", USA) в режиме Simple Correlations. Каждый вариант опыта закладывался в 4-кратной биологической и 5-кратной аналитической повторностях.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

L_Влияния Шптппрриппа_на_рост, органпгрнрз п упнугр

нарастания и активность кпрнрй у пмрнип разных биптипгд.

1.1. Короткий день. В условиях короткого дня в пределах изучаемого возраста С22 сут.) ни одно растение не Формирует зачатков цветочной меристемы. У всех контрольных растений на КД в возрасте 13 дней длина апекса приблизительно одинакова (0.100-0.117 мм), но к 20 дню яровая уже заметно опережает в развитии двуручку и озимую (рис. 1 а), наблюдение за ростом молодых и зачаточных листьев в контроле на КД показало, что развитие 3,4,5,6 листьев у озимой заметно отстает по сравнению с яровой и двуручкой. Накопление массы корней у яровой и двуручки достоверно не отличалось(п=50:Р>0.05). У озимой пшеницы к 22 дню сырая масса корней на 23% была больше, чем у яровой и на 192 больше, чем у дву-ручки (п=50:Р<0.05).Измерение ацидофицирувдей активности корней на коротком дне показало, что после 17 дня у растений яровой пшеницы и дву-ручки постепенно снижается ацидофицирущая активность до 0.410 - 0.450 мкМ/ч-г на 22-е сутки, у озимой пшеницы - увеличивается до 0.790*0.040 мкм/чг к 22 днюСрис. 1 б). В контроле на коротком дне наблюдается отрицательная корреляция между длиной молодых и зачаточных листьев и скоростью Н+-оттока у яровой и двуручки, положительная корреляция этих параметров у озимой, самым высоким коэффициентом кореляции (0.88 при п=20, Р<0.001) характеризуется связь между ростом массы корней и их ацидофицирущей активностью у озимой пшеницы.

1.2. Длинный день. В условиях длинного дня апекс яровой пшеницы к 20 дню переходит к формированию зачаточной цветочной меристемы,образо-ванию сегментов оси соцветия.К 22 дню начинается дифференциация апекса на колосковые бугорки,что свидетельствует о завершении ювенильного пе-

риода.У двуручки на ДД развитие конуса нарастания отстает от яровой на 2-3 дня. У озимой пшеницы на дд развитие конуса нарастания к 22 дню не претерпевает кардинальных изменений: длина увеличивается незначительно по сравнению с яровой и двуручкой, апекс остается вегетативным (рис. 2 а), к 17 дню наблюдается заметное опережение в развитии 4 и 5 листьев у яровой пшеницы по сравнению с двуручкой и озимой (соответственно -на 32-41% Сп=50:Р<0.001) и 33-43% (п=50: Р<0.001Х В этом возрасте у двуручки и озимой пшеницы достоверных отличий в длине листьев нет.Однако, к 20 дню размеры 4-х листьев.также как и 5-х, стали близки, а к 22 дню достоверно не отличались (п=50: Р>0.05). До 20 дня размеры 6-х и 7-х листьев существенно не отличались у всех пшениц. К 22 дню длина этих листьев у яровой и двуручки была одинакова и превышала длину 6-х и 7-х листьев у озимой пшеницы соответственно на 13 и 31% (п=50; Р<0.001). У озимой к 22 дню сырая масса корней оказалась нижа.чем у двух других биотипов на 22%(П=50:Р<0.001): по сравнению с выращиванием на коротком дне этот показатель снизился на 39,5%. Измерение ацидоФицирущей активности корней показало, что у яровой пшеницы происходит небольшое увеличение скорости Н ^-оттока от 13 до 20 дня с 0.5530.025 до 0.58530.015 мкм/ч г и резкое возрастание Н+-оттока к 22 дню до 0.69030.030 мкМ/ч-г. У озимой пшеницы ацидофицирующая активность стабильно снижалась от 0.69530.030 мкМ/ч-г в возрасте 13 дней до 0.54020.015 мкМ/ч-г в 22-дневном возрасте Срис. 2 б). При этом наблюдалась отчетливая положительная корреляция между ростом зачаточных листьев, увеличением длины апекса и изменением скорости Н+-оттока из корней у яровой пшеницы и отрицательная корреляция между этими параметрами у озимой пшеницы. у двуручки на длинном дне от 13 до 20 дня ацидофицируюцая активность снижается от 0.61530.015 до 0.57530.013 мкМ/ч-г. но к 22 дню скорость Н+-оттока у двуручки возрастает аналогично яровой до 0.65530.020 мкм/ч г Срис. 2 б). Сравнительный анализ динамики ростовых процессов в конусе нарастания и изменения скорости н+-оттока из корней у двуручки показывает, что усиление Н+-отгока на длинном дне наступает вслед за быстрым ростом зачаточных листьев и апекса при переходе к IV этапу.

Таким образом, исследование пшениц трех разных биотипов на коротком и длинном Фотопериодах показало, что способность поверхностных клеток корней секретировать ионы н+ Скак одна из характеристик Н^-пом-пы корня, обеспечивающей его работу как "донора") находится в тесной зависимости от ростовой Са значит, аттрагирующей и акцепторной) активности важнейших доминирующих центров растения - апикальной меристемы побега и корня. Ускорение роста зачаточных и молодых листьев во время перехода к репродуктивному развитию и наступащий вслед за этим быстрый рост стеблевого апекса приводят к стимуляции ацидоФицирущей активности корней. Увеличение темпов роста массы корня как следствие активности корневой меристемы Сакцептора) также способствует возраста-

ткМН

14 16 18 20 22 Возраст,«ут.

- ^каня

- двуручкя

- озшгз

14 16 18 20 22

Возраст, гут.

Рис. 1. Динамика роста апекса побега Са) и изменение скорости Н+-оттока из корней Сб) у пиениц разных биотипов на КД.

ЙМН+

14 16 18 20 22 Возрит,сут.

- яровая

- двуручся

- озвмая

14 16 18 20 22

Во5раст,сут.

Рис. 2. Динамика роста апекса побега С а) и изменение скорости Н^-оттока из корней Со) у пшениц разных биотипов на ДД.

нию скорости работы Н^-насосов эпидермапьных клеток корня, торможение ростовых процессов в конусе нарастания побега и в корне Счто наблюдается в неиндуктивных условиях) подавляет работу протонных насосов клеток корней.

2- Влияний гийбрпеллина на рост, ппгйнпгрнрч r кпнугр

нарастания побега и апиппиммипутгвтуш активность кпрнрй

у тлении паяных бистпсю.

2.1. Короткий день. При обработке побега ГАз на КД у яровой пшеницы происходит стимуляция роста всех молодых и зачаточных листьев: у двуручки и озимой пшеницы (сходных по реакции на Фотопериод.определяемой рецессивностью их генов ppd) стимулируется рост только одного-двух наиболее молодых листовых примордиев, рост же остальных развивающихся листьев задерживается. При обработке надземной части пшениц раствором ГАз в условиях короткого дня изменяется способность клеток корней к секреции ионов Н+. У яровой пшеницы на фоне аналогичного контролю снижения в целом ацидофишрушей активности корней.к 22-дневному возрасту скорость работы tt^-насосов на 0.06 мкМ/ч-г (п=50: Р<0.01) выше, чем в контроле. У двух остальных биотипов происходит снижение скорости работы протонных насосов корней по сравнению с контролем. Непосредственное 2-часовое воздействие раствором ГАзС1.510-4 Ю на корни только у озимой пшеницы вызывает изменение Н+-оттока - его стимуляцию в 22-дневном возрасте.

2.2. Длинный день. В варианте с обработкой надземной часта гиббе-реллином условия длинного дня остаются решающим фактором для перехода к репродуктивному развитию Форм пшениц, не нуждающихся в яровизации -яровой и двуручки. У этих биотипов экзогенный гиббереллин не ускоряет рост апекса побега по сравнению с контролем. В то же время заметно ускоряется развитие листовых примордиев у яровой пшеницы, что, как известно, свидетельствует об ускорении дальнейшего репродуктивного развития и предшествует ему (Подольный.Четвериков, 1986: Подольный и др., 1990:тещенко,1992). У яровой пшеницы ацидоФицирущая активность корней возрастает точно так же, как в контроле, и коррелирует с ростом листьев. У двуручки, как и в контролера ДД при обработав побега ГАз переход к репродуктивному развитию наступает на 2-3 дня позже по сравнению с яровой пшеницей.Ш 20дневного возраста у двуручки задерживается рост наиболее молодых листьев. После 20-х суток очевидны признаки снятая ювенильности длинным днем: стимулируется рост 4-го листа: зачатки остальных листьев по длине "догонят" контроль Сза исключением последне-го,7-го):в развитии стеблевого апекса наступает III этап органогенеза. Динамика ацидофишрушей активности корней строго соответствует нарастанию ростовой активности в субапикальной зоне верхушечной меристемы побега: снижение по сравнению с контролем скорости Н^-оттока до 20-дневного возраста сменяется ее подъемом до уровня контроля к 22-му дню.

озимой пшеницы на ДД при отсутствии яровизации экзогенный гибберел-ин не приводит к переходу растений к репродуктивному развитию. Обра-отка надземной часта растений озимой пшеницы ГАз затормаживает рост пекса побега и ближайших к нему примордиев.Снижение меристематической ктивности в верхушке побега сопровождается снижением ацидофицирушей ктивности корней.

Реакция Н+-насосов на кратковременный непосредственный контакт орней с раствором ГАз С1.5-10-4 ГО перед рН-тестом у пшениц, выращен-ык на ДД. отличалась от результатов постоянной обработки надземной асти гиббереллином: корни озимой пшеницы не реагировали на ГАз. у яро-эй после стимуляции калием Н+-отток заметно усиливапся.у двуручки Н+--гток усиливался только у растений, перешедших к началу репродуктивно-э развития.

2._влияния питпкишна на рост, оргатотагез в конусе

нарастания ппбрга и аиилгапипирудяую активность корней у пшрнин разных биотипов.

3.1. Короткий день, в неиндуктивных Фотопериодических условиях га КД) цитокинин Сраствор 6-БАП), нанесенный на надземную часть пше-*ц, не приводит к каким-либо значительным отличиям от контроля ни од-эго из исследуемых параметров растений, за исключением стимуляции рога двух наиболее молодых листовых примордиев у озимой Формы.При этом,

озимой пшеницы, как и в контроле на КД, скорость работы Н^-насосов эрней постепенно увеличивается на фоне более быстрого,чем у остальных ютипов, роста массы корней. При кратковременном (2-часовом) контакте раствором 6-БАП корней пшениц, выраженных на КД, реакция н+-насосов зрневых клеток на цитокинин обнаруживалась только у взрослыхС20 и 22-тевных) растений и проявлялась в снижении ацидофицирушей активности.

Вероятно, основной причиной отсутствия характерной или типичной закции растений на экзогенный цитокинин (стимуляции роста, развития, гтрагирущей способности и функционирования листьев: стимуляции пог-зтительной активности корней) является специфика опыта - выращивание з бессолевой среде (0.1 мМ р-ре СаБ04) и неиндуктивный фотопериод.

3.2. Длинный день. В условиях длинного дня наблюдается стимулиру-дее влияние экзогенного цитокинина (6-ЕАП), нанесенного на надземную ють, на процессы роста и развитая в конусе нарастания побега расте-1й пшеииц.Все отличия от контроля становятся заметными и достоверными наиболее взрослых (22-дневных) растений и в момент резкого изменения |да онтогенеза - перехода к Формированию цветочной меристемы. В наших [ытах возрастание меристематической активности проявляется в различ-к зонах верхушечной меристемы побега и специфично для каждого биоти-I. Так,у яровой пшеницы к моменту измерений в 22-дневном возрасте (на

этапе органогенеза) ответная реакция на 6-БАП проявилась в субапи-шьюй зоне (местах расположения и активного роста 4 и 5 листьев) и

апексе, гле быстрее, чем в контроле,начались развитие цветочной меристемы и дифференциация колосковых бугорков: у двуручки - только в наиболее отдаленной от апекса части субапикальной зоны Св месте заложена 5 листа). У озимой пшеницы, вследствие рецессивности генов vrn и ppd остающейся ювенильной на ДД без яровизации.чувствительными к обработке побега 6-БАП оказались вегетативный апекс и наиболее близко расположенный к нему листовой примордий - их развитие также ускорилось. В ответ на обработку побега цитокинином обнаруживается снижение скорости работы Н^-насосов корней только у ювенильных растений, находящихся нг II этапе органогенеза - двуручки до 17-дневного возраста и озимой пшеницы во всем изучаемом возрастном диапазоне.У озимой пшеницы под влиянием 6-БАП с возрастом активность корней продолжает падать и тормозится рост массы корней, а у двуручки активность корней быстро возрастает до уровня контроля на III этапеск 20 дню), т.е. одновременно с переходом растений к Формированию генеративных органов. У яровой пшеницы онтогенез на ДД осуществляется быстрее, чем у двух других биотипов благодаря доминантным генам vrn и ppd, поэтому II этап завершается уже к 17 дню и дальнейшее репродуктивное развитие происходит на Фоне возрастающей, как в контроле, активности корней, как показал подсчет коэффициентов корреляции, при обработке надземной части раствором 6-БАП нг ДД. у яровой пшеницы,как и в контроле.остается высокой (близкой к Фун-.кциональной) степень связи между ростом листьев, апекса, массы корне! и изменением скорости работы Н^-насосов клеток корней: у двуручки также сохраняется достоверная положительная корреляция между указанным! параметрами: у озимой пшеницы, как и в контроле, наблюдается отрицательная корреляция между ростовыми процессами в корне, конусе нарастани! побега и скоростью Н+-оттока из корневых клеток. Обработка растворо! 6-ЕАП С4.4-10-5 М) на ДД только корней пшениц в течение 2 часов пере, pH-тестом стимулировала ацидофицирущув активность корней яровой пшеницы: в 17-дневном возрасте скорость работы н+-насосов была выше,чем i контроле на 0.154 мкМ/ч-г (27.2%), в 20-дневном возрасте - на 0.3 мкМ/ч-г С59.3%),в 22-дневном возрасте - на 0.29 мкМ/чг(43.3%Хвезде п=20:Р<0.001). У двуручки стимуляция ацидофицируицей активности корне при их кратковременном контакте с раствором 6-БАП наблюдалась у 22-дневных растений, скорость работы Н+-насосов при этом превышала конт роль на 0.05 мкМ/ч-г (7.7%)Сп=20:Р<0.05): у более молодых растений ак тивность корней соответствовала контролю. У озимой пшеницы обработк корней цитокинином не привела к каким-либо изменениям в их способност секретировать ионы Н+.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам наших исследований, существует зависимость способ ности корней секретировать ионы Н+ от ростовой активности зоны моло дых и зачаточных листьев, стеблевого апекса, и роста корня, обуслов

нньш Фотопериодическими условиями и биотипом пшениц. Зоны с повышен-й ростовой, а следовательно, акцепторной и аттрагирущей активнос-ю, вероятно, являются местом возникновения сигналов, регулирущих боту Н^-помпы корней.Увеличение ростовой активности в каждой из этих н сопровождается усилением действия сигналов и стимуляции донора --насосов клеток корней. Снижение активности зон роста сопровождается лаблением сигналов и функционирования протонных насосов корней.

Ростовая реакция на обработку побега фитогормонами - гибберелли-м и цитокинином - у разных биотипов пшениц специфична, зависит от апа онтогенеза и, вероятно, компетенции зон роста к восприятию этих рмонов. Тем не менее, эффекты стимуляции или торможения в указанных нах роста под влиянием обработки побега Фитогормонами сопровождакгг-соответствущими изменениями в способности корней секретировать Н"* -активизации или подавлении.

В опытах с кратковременным контактом корней интактных растений с створами, содержащими ГАЗ или 6-БАП обнаружено, что гиббереллин сталирует работу корней только у тех биотипов пшениц, у которых на дан-м этапе онтогенеза происходит интенсивный рост в какой-либо из зон -рня Су озимой на КД) или развиващихся листьев и апекса су яровой и уручки на ДД): цитокинин ослабляет работу Н^-насосов корней на КД у ех биотипов, но на дд стимулирует работу корней у биотипов с уско-нным ростом и развитием апекса, листьев и корня Су яровой и двуруч-). Следовательно, эффекты действия гиббереллина и цитокинина непос-дственно на Н-- помпу клеток корней зависят от ростовой активности к апикальной меристемы побега, так и ростовой активности корня, что кже указывает на существование сигнальной связи между зонами роста в лом растении и протонной помпой корней.

на основании результатов исследований нами предполагается следую-я схема Срис. 3) взаимодействия между изменением ростовой активности [икальной меристемы побега и корня, с одной стороны, и динамикой аци-фицирующей способности корней, с другой стороны, отражающая участие ггопериода и роль Фи то гормонов в регуляции процессов роста в целом ¡стении и работы Н^-насосов клеток корней у пшениц трех разных биоти-в в период ювенильности и перехода к репродуктивному развитию.

В условиях короткого дня СКД) пшеницы всех биотипов остаются на этапе органогенеза, их меристематическая активность в верхушке пота существенно снижена, сигналы от апикальной меристемы к Н+-насо-iM корней слабы и незначительны. У яровой пшеницы cVrn + PpdD и дву-'чки Cvm + PpdD сигналы, идущие от медленно растущего корня, также [абы, работа Н^-насосов СН*) замедляется CID Срис. 3, а). У озимой кницы Cvrn + ppdD Срис. 3, б) интенсивен рост корня и он является ггочником сигнала С CK), повышающего Ct) ацидоФицирущую активность t*). Возможно, с действием сигнала здесь связан синтезируемый мерис-

КД

КД

im*Ppd

wn*ppd

Рис. з. схема взаимодействия между ростовыми процессами в конусе нарастания побега и Н+-секрешей корней у пшениц разных биотипов. ише

темой корня цитокинин СЦЮ.

В условиях длинного дня СДГО • у яровой пшеницы CVrn + PpdD на ill и IV этапах органогенеза Срис. 3. в) зона интенсивно растущих молодь» листьев под апексом при переходе к репродуктивному развитию является источником мощного сигнала СCA), вызывающего быстрое ускорение Ct) Н+-оттока СНГ) из корней. Возможно, появление сигнала и его действие связано с синтезом в листьях гиббереллина (ГА) на ДД и поступление», его в корень. Сходные по действию сигналы к протонным насосам возни-

:ают и в самом корне с СЮ, который также интенсивно растет. Возмож-ю, появление сигнала в корне связано с синтезируемым здесь цитокини-юм СЦЮ. У двуручки Cvrn + Ppd) в условиях длинного дня (рис. 3, г ) [нтенсивный рост молодых листьев и III этап органогенеза апекса начи-[аются позже, чем у яровой, соответственно, мощность сигналов от раз-■иващихся листьев (CA) нарастает постепенно, благодаря чему лишь к IV iTany возрастает (t) скорость Н^-оттока из корней (№■). возможно, уверение синтеза гибберелинов (ГА) в листьях у двуручки на дд также 1мет связь с регуляцией Н^-отгока из корней. Как и у яровой, у двуруч-:и возможно появление сигналов к Н^-насосам в самом корне (CK) и влия-;ие образущегося в меристеме цитокинина (ЦЮ. У озимой пшеницы Cvrn + pd) на Жрис.З. д),вследствие невозможности перехода к III этапу без ровизации, меристематическая активность в конусе нарастания побега и . корне существенно снижена и сигналы от апикальной меристемы побега и ярня слабы,что снижает работу (*) протонных насосовСiro корней.

вывода

1. У пшениц трех биотипов (яровой, двуручки и озимой) обнаружена рямая взаимосвязь процессов роста и развития в апикальной меристеме обега, роста корня и интенсивности выделения ионов Н"* корнями (ацидо-ицирущей активности).

2. Фотопериод, индуцируиций переход апекса побега к репродуктив-ой фазе развития (длинный день, дд, 18 ч. света) у яровой пшеницы и вуручки ускоряет рост стеблевого апекса, молодых и зачаточных лис-ъев, что сопровождается возрастанием способности корней к секреции tt*-.

У озимой пшеницы на ДД (без яровизации) развитие конуса нараста-ия побега задерживается в вегетативную Сазу и одновременно снижается цидоФицирущая активность корней.

3. аотопериод, не индуцируиций переход к репродуктивному разви-ию (короткий день, КД. 8 ч. света), задерживает рост апекса и лис-ъев у пшениц.

У яровой пшеницы и двуручки КД тормозит рост корней и снижает их цидоомциру вдую активность.

У озимой пшеницы КД способствует росту корней и стимулирует спо-обность к выделению Н+.

4. В условиях индуктивного Фотопериода (ДД, 18 ч. света) гиббе-еллин (ГАз, 1.5-10-4 М) при обработке побега стимулирует рост лис-ъев яровой пшеницы, у двуручки - задерживает рост наиболее молодых истовых примордиев и ускоряет рост более взрослых, у озимой пшеницы -ормозит рост апекса и ближайших к нему примордиев. При этом у двуруч-и до репродуктивной фазы выделение Н^ снижается, при ускорении роста истьев - увеличивается: у озимой способность корней к секреции Н- по-авляется.

5. При неиндуктивном коротком дне СКД, 8 ч. света) обработка побега газ стимулирует рост всех развивающихся листьев и усиливает Н^-отток у яровой пшеницы, у двуручки и озимой пшеницы - ускоряет рост ближайших к апексу листовых зачатков, замедляет рост более взрослых листовых примордиев и снижает ацидофишрущую активность корней.

6. В условиях индуктивного Фотопериода СДД. 18 ч. света) цитоки-нин Сб-бензипаминопурин. 6-БАП, 4.4dO-5 M) при обработке побега ускоряет рост самых взрослых листовых примордиев и дифференциацию апекса у яровой пшеницы, у двуручки - ускоряет рост 5-го листа и апекса, у озимой пшеницы стимулирует рост вегетативного апекса и ближайших к нему зачаточных листьев. При этом у двуручки до репродуктивной Фазы выделение н* снижается, при ускорении роста 5-го листа - увеличивается: у озимой способность корней к секреции Н+ подавляется.

7. При неиндуктивном коротком дне СКД. 8 ч. света) обработка побега 6-БАП у озимой пшеницы ускоряет рост наиболее молодых зачаточных листьев, при этом ацидоФицирущая активность корней растет аналогично контролю.

8. Кратковременный С2-часовой) контакт корней интактных растений пшениц с раствором ГАз ci.5-10-4 M) на КД стимулирует Н+- отток у озимой, на ДД - У яровой и двуручки. в аналогичных условиях контакт корней с раствором 6-БАП С4.5-10-5 М) на КД ослабляет н^-отток у всех биотипов, на ДД усиливает Н+-отток у яровой и двуручки.

Список работ, опубликованный ,пп материалам листггаиии;

1. Полольный В.З., Коняев U.C.. Егорова H.H.. Хрянин В.Н.. Чайлахяь М.Х. Влияние Фотопериодических условий на ростовые процессы и активность н^-насосов у молодых растений яроаой пшеницы // докл. АН ссср. 1992. Т.322. №3. С. 614-618.

2. Коняев И.С., Егорова H.H., Хрянин В.Н. Интенсивность ростовых процессов и активность Н+-помпы в различных фотопериодических условиях // Тез.докл.Ш съезда ВОФР.С.-Петербург. 1993.T.3. С.334.

3. Коняев НС., Хрянин В.Н. Действие фотопериода и фитогормонов на работу протонных насосов у пшениц разных биотипов // тез.докл. ш съезда ВОФР. С.-Петербург,1993. Т.З. С. 335.

4. Коняев U.C.. хрянин В.Н. Влияние гиббереллина на работу протоннш насосов у пшениц разных биотипов // Тез.докл. Второй конФ. "Регуляторы роста и развития растений". М..1993. 4.1. с. 35.

5. Коняев И.С., Хрянин В.Н. Влияние Фотопериода и гиббереллина на ростовые процессы и активность Н+-насосов у молодых растений яровой пшеницы // Тез.докл. 6-го коорд. семинара - совещания "Совершенствовани научно-теоретического и методического уровня преподавания физиологи! растений". Смоленск. 1993. С. 49.

6. Коняев И.С.. хрянин В.Н. Влияние цитокинина на рост, органогенез активность корней у пшениц разных биотипов // Тез. докл. Третьей межд конф. "регуляторы роста и развития растений". - м.. 1995. с. 25-26.