Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние солевого стресса и регуляторов на рост и морфогенез изолированных тканей и органов винограда

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние солевого стресса и регуляторов на рост и морфогенез изолированных тканей и органов винограда"

РГ6 Оа

2 О СЕП ¡ь-

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ им. К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

АБЕД АЛЬ АЗИЗ АЛЬ АЛИ

УДК 581.143.5:634.84

ВЛИЯНИЕ СОЛЕВОГО СТРЕССА И РЕГУЛЯТОРОВ НА РОСТ И МОРФОГЕНЕЗ ИЗОЛИРОВАННЫХ ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ ВИНОГРАДА

(03. 00- 12 — физиология растений)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена на кафедре физиологии /растений и дарвинизма Дагестанского государственного университета им. Б. И. Ленина (1990 — 1993 гг:)

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор А. Г. Юсуфов.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Л- Д. Прусакова;

доктор сельскохозяйственных наук, (профессор К. В. Смирнов.

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт В|Инопрада;рства и виноделия, Новочеркасск-

Защита состоитср «4» октября 1993 года в «16» часов нг заседании специализированного совета Д-120:35-07 в Московской сельскохозяйственной академии имени К- А. Тимирязева по защите диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук-

Адрес: 127550, Москва И-550, ул: Тимирязевская, 49; сектор защиты диссертаций ТСХА-

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА-

Автореферат диссертации разослан «¿1.» Сс^/яЩ^А993 г-

Ученый секретарь специализированного совета — .

кандидат биологических наук ^у/ /7„ р А- С Лосгва

с7/{ЛМ ~

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рост и морфогенез растений-интегральный результат реализации генетической программы в определенных условиях. В них проявляется адаптивность и, в конечном итоге, предпосылки жизнедеятельности и продуктивности индивидуума. Этим объясняется неослабевающий интерес к исследованию явлений роста и морфогенеза в физиологии растений.

От успеха реализации процессов роста и морфогенеза во многом зависит продуктивность растений. Указанные процессы отличаются исключительной лабильностью, они меняются даже при кратковременных стрессовых ситуациях. В естественной же обстановке практически не удается обеспечить оптимальные условия для роста и морфогенеза растений в течении всего онтогенеза. В связи с этим важнейшей задачей остается изучение механизма действия и последствий стрессов на растения и поиск возможностей ослабления их отрицательного эффекта.

R стрессам исключительно чувствительны изолированные органы и ткани. В практике часто приходится сталкиваться с резким снижением приживаемости черенков и ухудшением состояния саженцев у растений из-за нар утаения режима полива и поднятия грунтовых вод. Задача состоит в уточнении не только последствий солевого стресса для жизнеспособности черенков (в том числе и такой культуры, как виноград), но поиска возможностей ослабления его результатов.

В познании закономерностей онтогенеза растений, специфики действия разных условий велика роль метода культуры изолированных клеток, тканей и органов (Турецкая, 1001; Вутенко, 1964, 1977; Уоринг и Филлипс, 1983; Graham, Warelng, 1976). Тем не менее перспективы использования данного метода в ряде равделов ботаники и растеневодства недостаточно осознаны. В конкретизации сказанного и поставлена задача изучения процессов роста и морфогенеза черенков и изолированных структур ткани и органов винограда In vitro при сочетании солевого стресса и действия регуляторов роста.

Педь и задачи исследования. Цель работы - изучение действия регуляторов роста на процессы роста и морфогенеза черенков и изолированных тканей In vitro в условиях засоления среды. Для ее решения поставлены следующие задачи:

- оценка чувствительности процессов роста и морфогенеза при регенерации черенков и эксплантов разных структур винограда In vitro к режимам засоления среды;

- изучение возможностей блокировки эффекта засоления среды введением в ткани регуляторов роста;

- выявление свяви между процессами роста побегов и ризогенеза у черенков при изменении режима засоления среды;

- изучение последействия стрессовых условий на жизнеспособность черенков и саженцев; i

- сравнение физиологического состояния саженцев из черенков, культивировавшихся в различных условиях солевого стресс'а.

I

Основные положения выносимые на защиту: 1

1. Степень отрицательного аффекта солевого стресса различна для черенков и эксплантов In vitro, она не всегда корродировалась с солеустойчивостъю сортов.

2. Для оценки солеустойчивости растений изучение процессов регенерации у черенков дает большую информацию, чем эксплантов In vitro.

3. Специфика объектов и моделей в солеустойчивости проявляется только при умеренных режимах стресса.

4. Различные этапы морфогенеза у черенков и эксплантов отличаются по чувствительности к солевому стрессу.

б. Регуляторы роста (HUR и ВАЛ) оказывают неодинаковое влияние при введении их в ткани до и после контакта с солевым стрессом.

в. Эффект солевого стресса проявляется в морфологии и физиологии, он необратим в случае превышения пороговых доз.

Научная новизна. В работе воедино связаны задачи изучения процессов роста и регенерации черенков и изолированных структур при действии регуляторов роста и солей.

- Б -

Каждый иэ изученных вопросов мог бы , несмотря на уже достигнутые успехи в исследовании процессов регенерации у черенков (Дубровицкая, 1961; Турецкая, 1061; Гартман и Кастор, 1В63; Та-расенко, 1907 и др.), изолированных структур (Бутенко, 1077; Уо-ринг и Филлипс, 1083) и физиологии действия регуляторов роста (Кулаева, 1973; Кефали, 1974; Дюрфлинг, 1983; КафеЛИ и Прусако-ва,198Б;Кефели и др., 1988), а также в использовании метода культуры изолированных структур для изучения солеустойчивисти (Смирнов, 1970; Pandey, Dlvate, 1976; Walker, Dumbroff, 1981), служить предметом специального изучения даже применительно к объекту с учетом его значимости для производства. В работе объ-еденены разные проблемы под углом решения обвей задачи и в таком комплексном плане процессы регенерации еще мало исследованы.

Результаты изучения процессов регенерации и солеустойчивости черенков и эксплантов использованы для обсуждения вопроса о путях реализации адаптивной стратегии растений в стрессовых условиях.

Практическая ценность. Результаты работы могут быть использованы в практике размножения растений черенками для увеличения выхода посадочного материала и при оценке солеустойчивости растений.

Апробация работы. Материалы доложены на ежегодных научных конференциях ДГУ (1991 - 1993 гг.) региональных конференциях по Флоре Северного Кавказа и Дона (Ростов, 1091) и регенерации растений (Махачкала, 1001). По теме опубликовано б сообщений.

Объем и структура. Диссертация изложена на 145 стр. машинописи, вклпчает 60 табл. и 14 рис. Она состоит ив введения и 5 глав текста, заключения и выводов. В библиографии 152 названий, иэ них вв иностранные.

- 6 -

OFbEKTU И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Опыты проведены на районированных в Дагестане сортах винограда (Vitls vlnlfera L.), известных по своей хорошей (Агадаи), средней (Гюляби) и слабой (Жемчуг Саба) солеустойчивости. В некоторых же экспериментах дополнительно использованы также ива (Salix alba 1.). тополь (Populus deltolles Marsh) и традесканция (Tradesoantla vlrldes Hort).

Для опытов нарезали 2-3 глазковые черенки винограда с вызревшей лоаы прошлого года. Черенки культивировали в кристаллизаторах при температуре 22 - 24 С на искусственном освещении (лампы накаливания - 500 вт/м2 ). Черенки были разделены по вариантам обработки и режимам культивирования (см. ниже). В неделе 1 раз меняли среду культивирования черенков.Для обработки черенков использованы индолин-3-масляная кислота(ИМК-производство "Serva" -60 мг/л), 6-бензиламинопурин (БАП - производство "Chemapol", Прага - 26 мг/л) и вода.

В опытах In vitro материал (экспланты черешка, побега, пластинки листа и апексы) брали с побегов проращиваемых черенков. После соответствующей подготовки (стерилизация раствором 0,01£ сулемы в течение 7-15 мин.) экспланты культивировали на среде Цурасиге-Скуга (MC) с добавлением регуляторов роста и некоторых солей, (см. ниже).

Для создания режимов засоления использованы водные растворы НаС1, НагБОд, CaS04 (Ю-3 - Ю-1 М) с осмотическим давлением (4 - 0,46 атм). Основная схема опытов по сочетанию условий засоления и регуляторов роста сводилась к изменению их концентраций и последовательности воздействия, а также продолжительности действия стресса. У черенков учитывали сроки, типографию и мощность развития корней, интенсивность пробуждения почек, рост побегов, тип и степень повреждения. Состояние черенков (и саженцев) оценивали также по содержанию хлорофилла (Еажанова и др., 1964), белка (Loury et al, 1951) и свободных аминокислот (Benson, Cordon, Patterson, 1967; Козаренко и др., 1981), кальция, натрия,

калия (атомно-аОсорбционнш методой; 1065), анионов (ме-

тод высокоэффективной хромотографии на приборе Цвет 3006), по активности эндогенных регуляторов роста (Кефели и др, 1973). Учитывалось и изменение концентрации исходных растворов солей в ходе последующего культивирования черенков.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ПРОЦЕССОВ РОСТА И РЕГЕНЕРАЦИИ У ЧЕРЕНКОВ К ЗАСОЛЕНИЮ СУБСТРАТА

Исследованные сорта винограда обнаруживали различия в ризоге-Н989 и прорастании почек в водной культуре. Так, у черенков Жемчуг Саба развитие корней и пробуждение почек происходило на 28-38, Агадаи - на 32-44 и Гпляби - 30-30 день посадки. Растянутость процесса пробуждения почек составила соответственно 16, 8 и 12 дней. Кроме того, у черенков Жемчуг Саба и Гпляби пробуждение почек опережало развитие корней на несколько дней. По этой причине соотношение величины биомасса побегов + листьев / биомасса корней (коэффициент полярности -КП) снижается в направлении: Жемчуг Саба - Агадаи - Гпляби. Высокая величина КП - результат угнетения риэогенеаа при активной пробуждении почек и росте побегов. По этой причине для черенков всех сортов высокая величина КП была характерна в варианте с обработкой ВАЛ по сравнении варианта ИЫК.

Постоянное культивирование черенков в растворах Ю-1 II (независимо от сорта винограда и состава солей) приводило к летальному исходу - происходило обезвоживание и загнивание их тканей. В растворах солей умеренных концентраций (10~г - 10"3 Ы) черенки проявляли жизнеспособность, хотя и при этом черенки Жемчуг Саба оставались угнетенными (табл. 1).

Ингибирование ризогенеза у черенков Агадаи в солевых растворах меньше выражено. Процессы ризогенеза более чувствительны к солевому стрессу, тогда как пробуждение почек происходит и при воздействии стрессора. Культивирование в растворе СаБОд оказывает более отрицательное влияние, чем в растворе ЫаС1.

Таблица 1

Риэогвнеэ и пробуждение почек у черенков при культивировании в солевых (1СГ2 и) растворах (опыт 7. 12. 198Вг)

Сорта

Среда культивирования

Вода

N801

СаБ04

Агадаи 1 2 3

Гюляби 1 г з

Жемчуг Саба 1 2 3

43

70.8

41.3

37

40.0

90.0

41

20 100

41

70.8 41.3

37

46.0 70.0

41

10.3 00.3

42

55.8 37.8

36 10.0 80.0

О 100

Примечание: день начала ризогенеза (1), на 42-45 день посадки укореняемость (2) и пробуждение почек в 7. (3).

При смене сред культивирования реакция черенков разных сортов сохраняет своп специфику. Так, при культивировании черенков в растворе N301 (10~2 и в течении 12 суток) и последупцэм их переносе в воду черенки Жемчуг Саба вновь выделяются наибольшим угнетением. У черенков содеустойчивого Агадаи в этих условиях ин-гибирование риэогенеаа менее выражено. Перевод черенков ив воды в солевой раствор (после 12 суток) имеет менее отрицательные последствия ввиду наибольшей чувствительности к стрессу начальных этапов ризогенеза.

Предварительная обработка ИЫК и ВАЛ принципиально не меняет реакцию черенков на солевой стресс. В табл. 2 представлены данные опыта (7. 12. 1989г) по культивированию в растворах солей (Ю-2 К) черенков, обработанных ИДО (50 мг/л) и БАЛ (25 мг/л).

Риэогенеэ черенков винограда при сочетании ляторами роста и солевого стресса.

-г

-г

Варианты обработки и

Гюляби

т-г

культивирования| 1 2 3 1 1 2 3

Вода |

Вода (а) | 38 40 100 45 I 62 50

ЫаС1 (б) | 38 40 90 42 | 62 50

Са504(в) | - 0 90 46 1 43 57

ИКК |

(а) | 35 60 90 38 1100 37

(б) I ЗБ 80 60 38 |100 37

(в) | 38 20 90 35 | 87 12

БАП |

(а) | 38 30 80 45 | 50 87

(б) 1 38 20 60 42 | 50 37

(в) 1 40 10 60 45 1 37 50

Агадаи

Т-Г"

Таблица 2 обработки регу-

I 1 I

Жемчуг Оаба |

1

н

2 I 3 |

■ I I

42 42

40

40

20 20 О

1100 | |100 | 1100 | II

40 |100 20 |100 О |100

О О О

|100 | 80 1100

_1_

Примечание: 1 и 2 см. в табл. 1; 3 -. пробуждение почек у черенков в X на 38-42 день. Ч Иа табл. 2 видно, что наибольшее угнетение ризогенеза £арак-. терно для черенков Жемчуг Саба при активном цробуждении .почек.. Культивирование в растворе СаБ04 приводит к большим . отрицательным последствиям, чем в растворе ИаС1. Предварительная обработка. БАП еще более угнетает риэогенеэ у черенков Жемчуг Саба в ' уело-виях солевого стресса. Обработка в растворе ШК вызывает ускоре- . ' ние темпов развития корней и повышает укореняемость че£ендав«г Черенки разных вариантов заметно отличались по величине биомассы корней, листовой пластинки и побега. Наибольшие различия по этр- -му показателю присущи сортам, меньше вариантам обработки и куль- .'. тивирования (табл. 3).

Таблица 3

Сырая биомасса (в мг) корней (К) и побегов(П) в зависимости от обработки ругулятораыи роста и условий культивирования черенков (Данные на 74-й день опыта)

1- I Варианты | см. табл. 2 т- | Гюляби ----- п | Агадаи -1 Жемчуг Саба|

1 к 1 1 п 1 1 к 1 1 п 1 К 1 ■ 1 п | 1 >

1 Вода а I Б0 1 | 780 I 50 1 11020 20 1 1 | 700 |

С | 110 | 720 | 70 11100 10 I1890 |

в | 70 11090 | 50 | 680 10 1 530 |

| ИМК а I 100 I 860 I 80 11180 10 11730 |

б | 150 11200 | 160 11530 10 | 600 |

в | 90 1 960 | 90 11380 10 1 350 |

| БАП а | 110 11240 | 30 | 530 5 | 590 |

б | 100 I 920 | 110 11340 10 I1290 1

в | 30 | 660 | 50 11150 10 1 810 |

• 1 1 1 1 1 к

Различиями в исходной биомассе корней и побегов обусловлены и отклонения в величине КП по сортам и вариантам. По всем вариантам у черенков сорта Жемчуг Саба величина КП оказалась выше иа-аа явного дисбаланса развития корней и роста побегов. Ввиду, большей уравновешенности черенков в вариантах обработки ИМК и 1ЧГЛТивирования в растворе ЫаС1 эта величина соответственно снижается.

В одном из опытов проводилось постоянное культивирование черенков в смеси растворов (Ю-2 М) ИаС1 + Маг504 (Б) или в воде (А). Растворы отдельных солей окапываются менее отрицательными для черенков, чем их смеси (табл. 4). Тем не менее, и в этом опыте сорта сохраняли четкие различия в ризогенеае и росте побегов. Во всех случаях предварительная обработка ИМК приводила к увеличению числа и длины корней. Положительный эффект ИМК больше проявляется при культивировании черенков в воде, тогда как солевой стресс ослаблял его.

ТаОлица 4

Влияние обработки регуляторами роста и условий культивирования на черенки винограда.

т-1

Распускание почекД

Сорта и условия культивирования

Агадаи

Гшшби

А Б А Б

Жемчуг Саба А Б

РизогенезД

75 62 92 75 30 13

-г

75 84 91 58 33 О

58 25 67 67 20 О

Т

8 О 75 92 100 87

25 О 91 67 100.. 67

О О 67 58 100 50

Примечание: Черенки до посадки выдержаны в течении 12 часов в воде, в растворах ИНК и БАП (1-3), А и Б см. в тексте. Данные на 45-й день черенкования.

У слабосолеустойчивого сорта Жемчуг Саба распускание почек опережало развитие корней, особенно в варианте Б.- У Агадаи, наоборот, при этом формирование корней предшествовало распускании почек. У Гвляби разрыв между распусканием почек и развитием корней был минимален. Регуляторы роста не снимали отрицательный эффект солевого стресса у неустойчивого к засолению Жемчуг Саба.

Одним из показателей для оценки состояния черенков служит характер связи между пробуждением почек и ризогенезом. Для трудно черенкуемых форм быстрое пробуждение почек имеет особенно отрицательные последствия (Правдив, 1938; Лобинский, 1957; Гартман и Кестер, 1963; Комиссаров, 1964).

Вычисление коэффициента корреляции показало, что у черенков сорта Жемчуг Саба отсутствует связь между указанными процессами ввиду резкого угнетения корнеобразования. Точно также у всех сортов при обработке БАП подобная связь Нарушена. Она наиболее

выражена у черенков Гпляби, особенно в варианте БЛП. В варианте ИЫК связь между риаогенезом и пробуждением почек нередко имеет отрицательный знак, как результат стимуляции процесса корнеобра-зования.

Солевой стресс заметно сказывается на состоянии саженцев иг черенков. В этих же целях была определена жизнеспособность черенков после отторжения всех новообразований и перевода в водную ^тльтуру. Оказалось, что у черенков Жемчуг Саба, ^льтивировав-шихся в условиях солевого стресса, вообще не происходит развитие корней и побегов после их отторжения. Отрастание лучше шло у черенков Агадаи, несколько слабее - у Гюляби.

Саженцы из черенков, испытавших длительный солевой стресс, имели разные некротические пятна на пластинке, слабый рост корней и побегов, часто у них наблвдалось отмирание точек роста побегов и высыхание листьев. По степени повреждения сорта занимали следующий возрастающий ряд: Агадаи - Гпляби - Жемчут Саба. Сильные повреждения отмечены у саженцев из черенков, культивированых в растворе N^334 и СаБОд. Предварительная обработка черенков регуляторами роста не способствовала полному устранению повреждаемости саженцев, хотя, несомненно, в варианте с БАЛ наблюдалась тенденция ее ослабления. Варианты и сорта заметно отличались между собой по частоте встречаемости разных типов повреждения у черенков, что отражалось и на состоянии саженцев.

Повторение опытов на черенках ивы, тополя и традесканции подтвердило положение, что специфика реакции объектов на солевой стресс проявляется только при определенных концентрациях. Обработка регуляторами роста принципиально не меняет ее. Чувствительность черенков к солевому стрессу возрастала в ряду : тополь - традесканция - ива. И для них более летальными оказались соли серной кислоты.

На примере исследованых растений обнаружено, что разные этапы регенерации у черенков отличаются по чувствительности к солевому стрессу. Так, процессы ризогенеза более чувствительны, чем пробуждение почек. В ризогенеге наиболее чувствителен этап заложения корней, в побегообразовании - рост побегов.

- 13 -

ОСОБЕННОСТИ РОСТА И МОРФОГЕНЕЗА ИЗОЛИРОВАННЫХ СТРУКТУР ВИНОГРАДА IN VITRO

Экспланты листовой пластинки, черешка, побега и изолированные почки одного и того же сорта обнаруживали неодинаковые потенции к пролиферации и росту. Наименее они проявлялись у эксплантов листовой пластинки, несмотря на способность изолированных листьев с черешком у винограда к укоренению (Юсуфов, 1988). Как правило, на мелких жилках у эксплантов листовой пластинки формировался только слабый каллус даже после долгого культивирования. У сравниваемых эксплантов развитие каллуса находилось в обратной зависимости от их роста. Так, изолирование почки, проявляя высокую активность к росту, в формировании каллуса и корней уступали эксплантам побега и даже отчасти черешка. В то же время на каллусах у эксплантов побега (особенно черешков) почки развивались реже, чем на каллусах у изолированных апексов. На эксплантах у Жемчуг Саба каллус формировался быстрее, чем на эксплантах Ага-даи и Гюляби. У эксплантов всех сортов развитие каллуса опережало корнеобразование и ризогенеэ часто не сопровождался дифференциацией почек на каллусах. '

Опыты In vitro по солеустойчивости эксплантов проводились по Солее развернутой схеме.

Некоторые ее варианты приведены ниже (табл. 5)

1. Контроль - минимальная среда МС

2. Среда + ИМК, 1 мг/л.

3. Среда + БАЛ, 1 мг/л.

4. Среда + NaCl, БО мг/л. Б. Среда + ИМК + БАЛ (1:1).

6. Среда + И11К + БАЛ (1:1) + NaCl, 50 мг/л.

7. Среда + ИИК + БАЛ (1:1) * NaCl, 100 мг/л.

Реакции эксплантов на солевой стресс по результатам ризогене-за нечетко выражена (табл. 5). С учетом выживаемости, каллусоге-неэа и темпов развития корней можно говорить о наличии .тенденции ухудшения показателей жизнеспособности при дополнительном введении в среду NagSo4 и использовании растворов NaCl 'и NagSOa в концентрации 100 мг/л. Ухудшение жизнеспособности особенно резко

Таблица 5

Риэогенеэ (в 7. на 50-й день) у изолированных почек (П), эксплантов побега (Пб) и пластинки листа (Л) у сортов винограда

1 ------ -

| Варианты 1 Агадаи Гюляби Жемчуг Саба 1

1_ -1

1 1 1 1 1

1 И 1 -1------f 1 ю 1 Пб | _ __1 Л п 1 по | Л П Пб Л 1 А 1

| 1 г 0 I 0 14 1 0 | 0 0 0 0

1 2 1 40 | 50 | 0 29 1 43 | 0 - - - 1

1 з 1 0 | 30 | 0 14 1 14 | 0 - - 1

1 4 1 20 | 30 | 0 0 1 0 | 0 0 - I

1 5 1 ю | 40 | 0 14 1 14 | 0 0 20 0 1

1 6 1 0 | 20 | 0 29 1 14 I 0 0 20 0 1

1 7 1 0| 30 | 0 40 1 29 | 0 0 2D 0 1

■ 1 1 1 | " 1— я

проявлялось у эксплантов Жемчуга Саба, а у других сортов, в основном, на листовой пластинке. Зкспланты побега и черешка проявляли большую толерантность к солевому стрессу, чем даже изолирование ПОЧКИ.

В принципе, трудно выделить общие особенности реакции сортов на солевой стресс по всем эксплантам In vitro. Если рассматривать устойчивость разных зксплантов, то сорта занимают следующий возрастающий ряд:

1) по выживаемости и активности роста листовой пластинки -(Агадаи - Гюляби - Жемчуг Саба);

2) по активности каллусообразованип - (Агадаи - Гюляби - Жемчуг Саба);

3) по активности ризогенеаа - (Жемчуг Саба - Гюляби - Агадаи).

Независимо от сорта преимущества в выживаемости н ризогенезе в условиях солевого стресса имеют зкспланты побега, а затем изолирование почки. У изолированных почек развитие корней происходило медленно из за активного роста побега.

Активность роста побега заметно задерживает корнеобразование на изолированных почках In vitro, как и при росте побега у черенков.

Между солеустойчивостыо стеблевых черенков у. изученных Сортов, и реакцией эксплантов разных структур на засоление среды нет параллелизма. Можно говорить лишь о тенденции большей активности в реализации отдельных реакций у эксплантов побега, черешка и изолированных почек у солеустойчивых сортов в условиях засоления среды. В связи с этим вопрос о возможности использования реакции эксплантов In vitro на засоление среды, как экспресс-метод для оценки солеустойчипопти винограда нуждается в дальнейшем изучении.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕРЕНКОВ, КУЛЬТИВИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ЗАСОЛЕНИЯ

Состояние черенков (точнее, саженцев из них) после воздействия разнообразными факторами является одним из важных показателей, характеризующих направленность изменения физиологических процессов, морфогенеза и роста.

В ряде исследований показано, что на разных этапах регенерации в тканях изолированных органов и структур происходят сложные метаболические изменения (Турецкая, 1961; Гартман и Кестер, 1963; Бутенко, 1964; Кефели,'1974 и др.). В то же, время все еще, актуальны исследования в этом направлешш, особенно для оценки состояния полученного потомства - регенератов.

Как показали наши исследования , солевой стресс оказывает последействие на физиологическое состояние саженцев из черенков. Так, после культивирования черенков в растворе NaCl (5*10-2 М) резко возрастает в листьях содержание Naf и С1-. По уровню их содержания саженцы сорта Жемчуг Саба заметно превосходят Агадаи. Обработка черенков регуляторами роста не оказывала существенного влияния на уровень содержания катионов и/ анионов в листьях (табл. 6). При культивировании в условиях солевого стресса меняется не только содержание ионов, содержащихся в растворе, но1и соотношение других катионов и анионов друг к другу (AI - Saldi et al., 1984, 1985). Степень повреждения корневой системы и выпада черенков (показатели слабой солеустойчивости) хорошо коррелируется с уровнем накопления в листьях'катионов и анионов у сортов, вариантов обработки и культивированйя.

По вариантам культивирования и обработки меняется пул свободных аминокислот и содержание белка в листьях. Листья у саженцев ив черенков Жемчуг Саба исходно характеризовались большим содержанием белка, чем Агадаи. Культивирование в условиях солевого стресса сопровождается снижением содержания белка в листьях у сортов.

Таблица в

Содержание некоторых катионов и анионов в листьях у саженцев винграда, полученных из черенков после различных воздействий.

Дата анализа В.02.1992 г.

« -г ■

| Сорта, варианты | В мг/г сухой биомассы

| пог ли гшзприиаппл | 1 1 1

| и обработки Ыа+ | и К+ | Са2+ | С1- БОгг' 1

п

| Агадаи 1 1 1

| Вода контроль(1) | 1,5 | 44 1 0,1 | 0,1 21,5 |

| Ник, 50 мг/л (2) | 1.3 | 13 1 0,9 | 1,2 20.0 |

| ВАЛ, 25 мг/л (3) | 2,0 | 13 1 0,5 | 1,0 3,5 |

| ЫаС1, 5*10-1 М I 1 1 1

| контроль (4) | 29,0 | 54 1 1,8 | 3,1 9,3 |

1 пик (5) | 29,0 | 50 1 1,5 | 30,0 7,8 |

| ВАЛ (6) I 10,0 | 21 1 2,0 | 27,0 3,1 |

| Жемчуг Саба (1) 1 0,5 | 51 1 0,09 | 1,3 23,0 |

(2) | 1,3 | 69 1 0,12 | 1,8 21,0 |

(3) I 1.7 | 34 1 0,04 | 3,0 15,0 |

(4) I 37,8 | 88 1 0,03 | 50,0 15,0 |

(5) | 41.0 | 89 1 0,48 | 53,0 17,0 |

(в) 1 53,0 | 110 1 0,61 | 80,0 20,0 1

■ 1 1 ■ 1 1

В то же время оно более заметно падает у сорта Жемчуг Саба в отличии от Агадаи. Предварительная обработка черенков регуляторами роста не предотвращает падения уровня содержания белка в листьях (табл. 7).

иежду уровней содержания белка и пулом свободных аминокислот имеется корреляция. Так, сорта и варианты, у которых обнаружено низкое содержание белка, отличались, как правило, повышенным пулом свободных аминокислот в листьях. Даже у черенков сорта Ага-даи в вариантах, где наступает резкая депрессия ризогенеза и роста побегов (ИаС1 + МагБОд), удалось отметить скачок в величи-. не свободных аминокислот, не говоря уже о том, что такое явление было общим для Жемчуг Саба(табл.8}

Таблица 7

Содержание белка (мг/г сырой биомассы) в листьях у саженцев винограда,полученных из черенков винограда разных условий культивирования (В февраля 1992г)

1-г | Сорта и варианты | ■ 1 1 М + п | 1 СУ, 7. т-1 в7. к контролю|

1 1 | Агадаи 1 | 2,68*0,2 | 15,6 100 |

1 2 | 2,50*0,1 | 10,0 93 |

1 3 1 2,66*0,3 | 14,2 99 |

1 4 1 1,96*0,1 | 16,8 73 . ' |

1 5 | 2,46*0,6 | 44,7 91 . |

1 б | 1,75*0,4 "| . 38,8 65 |

| Жемчуг саба 1 | 3,43*0,4 | 27,4 100 > ^

1 2 1 2,81*0,3 | 22,0 81 ' > 1

1 3| 3,38*0,2 | 16,8 ЭЙ" |

1 4 1 2,42*0,4 | '36,3 70 |

1 5 | 2,42*0,2 | 23,1 ■ 70

1 б | 2,68+0,1 | 11,5 78 : .- |

К. - . -1_ ,_ .. „,. ... 1. 1. — ,„........ я

Примечание: Обозначения 1 - в в табл. 6.

При культивировании в условиях солевого стресса у черенков.,-Жемчуг Саба отмечено значительное повышение содержания лизина,-гистидина, аспарагиновой кислоты, серина, глицина и цистеина,-менее значительно - треонина, пролина, метионина, изолейцина, лейцина и тирозина. У сорта Агадаи в этих же условиях уровень содержания свободных аминокислот мало изменился по сравнении с контролем. В варианте с депрессией у черенков Агадаи (ИаС1 + Ыаг^) возрастало содержание таких аминокислот, как лизин, ас-

парагиновая кислота, треонин, аланин, метионин, лейцин и фенила-пвин; особенно серии, пролин и гдутаминовая кислота. Как известно глутаминовая кислота участвует в азотном обмене растений (Андреева, 1988), занимал ключевш позиции в метаболизме большинства аминокислот (Брей, 198В). Возможно, нарушением азотного обмена и обусловлено резкое повышение содержания глута-миновой кислоты в листьях у черенков, культивируемых в условиях солевого стресса. Как результат его наблюдается изменение содержания других аминокислот. Суммарные же данные показывают, что нарушения в азотном обмене у сорта Жемчуг Саба более значительны. Так, при культивировании в одинаковых условиях у Жемчуга Саба содержание свободных аминокислот оказывается намного выше, чем у Агадаи. Черенки же Агадаи приближаются к Жемчугу Саба только в варианте ЫаС1 + МагЭДд.

Таблица 8

Суммарное содержание аминокислот(тМ/г свежей ткани) в листьях саженцев винограда Агадаи (А) и Жемчуг Саба (Б) из черенков,

культивированных в разных режимах

■ I )■

| Варианты | тМ/г | в Z 1

| культивирования |--—i-------1--------1

I | А | Б | А | Б |

I-1-1-Н-1-1

| Контроль (вода) | 5,74 | 6,80 | 100 | 100 |

I NaCl, Б*10"2 М | 3,96 | 12,99 | 69 | 180 |

| NaCl + Na2S04(l:l) | 13,62 | отмирание| 232 | - |

■ 1_i_i_i_i

Содержание хлорофилла в листьях - важный показатель уравновешенности растений в стрессовых условиях (Шлык, 1965; Леопольд, 1808; Иокроносов, 1981; Клейтон, 1984), в том числе и при солевом стрессе (Строганов, 1963). Сорта отличаются по содержанию хлорофилла даже в нормальных условиях. В условиях стресса, когда наблюдается ингибирование ризогенеза без летального исхода, у черенков Агадаи содержание хлорофилла оказывается почти на уров-

не контроля. Предварительная обработка черенков регуляторами роста не способствовала сдвигу в содержании хлорофилла в листьях, хотя варианты отличались по величине биомассы побегов (табл.

3).

В другом опыте (9.03.1991 г.) была поставлена задача выяснить влияние б, 10, 15, и 20 суточного пребывания в растворе НагБОд (10_1и) после предварительной их обработки в растворе ИМК и ВАЛ.

Лобая продолжительность культивирования черенков в растворе Иаг^ снижает жизнеспособность, что было заметно по инг.иОирова-нию процесса ризогенеза и роста побегов. Наибольшее, ингибирова-ние было характерно для черенков сорта Жемчуг Саба. У черенков Жемчуг Саба, выдержавших в растворе 10 суток, полностью отмирали начавшие рост почки. Тогда как у 501 черенков Агадаи побеги оставались зелеными даже после пребывания в растворе в течении 20 суток. У черенков Гюляби такой же результат был обнаружен после пребывания в растворе в течении 15 суток, тогда как ризогенез полностью подавлялся уже на 10 сутки экспонирования в растворе. Предобработка регуляторами роста не способствовала повышению толерантности черенков.

Из табл. 9 видно, что листья у черенков 15 и 20 .суточного пребывания в растворе соли по содержанию хлорофилла не уступают другим вариантам после перевода их в водную культуру. Объясняется это тем, что варианты 5 и 10 дневйой -экспозиции отличались более активным ростом, чем варианты 15 и 20 суточйого экспонирования. Здесь вновь сталкиваемся с фактом обратной корреляции между интенсивностью роста растений и содержанием хлорофилла в -листьях, что показано во многих опытах. В целом, у черенков Агадаи после переноса в водную культуру стабилизация достигается быстрее, чем у Жемчуг Саба.

Сравнение черенков разных сортов и вариантов культивирования и обработки по содержанию эндогенных регуляторов роЬта, показало наличие различий между ними. В листьях у черенков Жемчуг Саба в . среднем (по всем вариантам) преобладающими оказались ингибиторы роста, а у Агадаи - все зоны хроматограммы содержали вещества более или менее стимулирующие рост колеоптилёй. У черенков Агадаи после предобработки ИМК и БАП при культивировании в воде

Таблица 9

Сроднив показатели содержания хлорофилла(мг/г сырой Сиоиассы) в листьях у саженцев из черенков, культивированных в растворе №2504 (Ю-1 М)

Продолжитлъность культивирования п растворе, суток

Жемчуг Саб а

Агадаи

-ь-

в

а/в

-1

а/в |

-1

3,0 | 3,0 I 2,4 |

2,9 1 3,0 |

О Б 10 15 20

вода

1,96 0,69 0,93 1,16 1,05

0,69 0,23 0,36 0,42 0,38

2,7 3.0 2,6 2,7 2.7

0,93 1,11 1,07 1,09 0,68

0,32 0,36 0,42 0,37 0,23

происходило снижение уровня активности эндогенных стимуляторов в виду интенсивной их метаболизаций на рост. В варианте с культивированием в растворе N301 заметна тенденция увеличения числа стицулирутцих зон на хромотограммах, тогда как в растворе НагЗОд - их уменьшение. В тканях у черенков Жемчуг Саба в вариантах с культивированнием в растворе N32504 преобладают зоны ингибиторов с ИГ 0,6-1,0, Агадаи - с ИГ 0,1-0,5.

В системе использованных растворителей (Н-бутанол: этанол: вода - 4:1:1) И" АБК лежит в ингибирующей зоне 0,80-0,92. АЕК обычно накапливается в стрессовых условиях. Подавление роста и опадение листьев у черенков в растворе Наг504, возможно, есть результат усиления биосинтеза этилена под влиянием накопления АЕК (Кефели и др., 1989). Несмотря на тенденцию преобладания эндогенных ингибиторов в листьях и почках у черенков при депрессии роста (вариант ИагБОд), особенно у слабо солеустойчивого Жемчуга Саба, все же трудно сделать широкие обобщения о влиянии засоления среды на уровень их активности по результатам проведенных опытов.

а

а

в

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Замечена тенденция угнетения процессов роста и регенерации у черенков в условиях засоления, особенно у не солеустойчивого Жемчуг СаОа. С другой стороны, очевидно, что разные этапы регенерации и морфогенеза, а также различные структуры одного и того же растения-отличаются по чувствительности к засолению.

По степени угнетения процессов роста и регенерации у черенков в условиях засоления сорта занимают следующий возрастающий ряд: Агадаи - Гюляби - Жемчуг Саба, что соответствует их полевой со-леустойчивости. При культивировании же черенков в воде (контроль) по активности процессов роста и регенерации сорта обычно располагаются в обратном порядке. В контроле и в условиях солевого стресса у черенков Жемчуг Саба распускание почек обычно опережает ризогенез, тогда как у Агадаи - эти процессы значительно синхронизированы. По этой причине у черенков Агадаи поддерживается благоприятное соотношение между биомассой корней и побегов.

Культивирование в условиях солевого стресса сопровождается развитием некротических пятен на листовой пластинке, уменьшением размеров листьев, задержкой роста побегов, отмиранием точек роста побегов и корней. Все это ведет к снижению выживаемости и последующего отрастания черенков, даже после перевода их в водную культуру. Подобные отрицательные эффекты наиболее выражены у черенков Жемчуг Саба, менее - у Агадаи. Специфика реагирования сортов на засоление проявляется только при определенных концентрациях. С нарастанием концентрации растворов (т.е. с усилением общей их токсичности) сортовые различия у черенков не проявляются из-за усиления летального эффекта (Bersteln et al, 19Б6; Ehllfif, I960; Alexander and Woolham, 1968; Dowton, 1977).

Депрессия роста и ризогенеза у черенков в условиях засоления среды корродируется с изменением концентрации и соотношения катионов и анионов, пула свободных аминокислот в тканях листа, содержания белка, хлорофилла и активности эндогенных регуляторов.

Обнаружены различия как по сортам, так и вариантам культивирования, что особенно заметно было в накоплении анионов и катионов (Alexander at al, 1971; Klshore et al. 1986; Ruhl, 1989). Черенки Жемчуг Саба в физиологическом отношении оказались менее сояеустойчивыми. Такое же состояние у черенков Агадаи проявлялось только в вариантах с резкой депрессией роста и нарушением равновесия между биомассой корней и листьев (NaCl + Na2S04). Физиологическая уравновешенность черенков долгое время не восстанавливается даже после снятия солевого стресса при - переводе в водную культуру. Наиболее продолжительно последствия засоления сохранялись у черенков Жемчуг Саба. Предобработка черенков в растворах ИЫК и БАП не способствовала заметному смещений реакции сортов на засоление, т.е. не блокировала его отрицате!пьный эффект.

Реакция эксплантов черешка, пластинки листа и побега(, а также изолированных почек на засоление не всегда отличалось, наличием четких сортовых градаций. На примере результатов культивирования разных структур In vitro выявлена обратная связь между степенью их специализации и активностью к регенерации (Кренкэ, 1950; Mouseth, Halperln, 1975; Юсуфов, 1982). Во всех случаях наиболее чувствительными к засолению среды оказались экспланты листовой пластинки, более толерантными - побега и черешка. В среднем по солеустойчивости всех эксплантов сорта располагаются в убывающем порядке: Агадаи - Гюляби - Жемчуг Саба. В то же время отмечена большая чувствительность к засолению среды у эксплантов In vitro по сравнении с черенками соответствующих сортов. В целом нет строгой корреляции между солеустойчивостыо черенков и эксплантов соответствующих сортов.

Поскольку устойчивость к стрессам представляет собой феномен организменного уровня, связанный с наличием комплекса структурных и функциональных приобретений, постольку и не следует ожидать строгого соответствия реакции черенков и эксплантов разных структур на засоление. С ослаблением способности к самостоятельной жизни у структур их чувствительность к засолению возрастает.

В результате отбора у растений вырабатывается специфическая адаптивная стратегия реагирования на стрессы - механизмы обеспечения репродуктивного успеха. В ее основе лежит комплекс приобретений на разных уровнях (от клетки до организма). Этому критерию менее отвечают сорта, у которых нарушена связь между процессами ризогенеэа и роста побегов, а также активно накапливаются в тканях катионы и анионы в условиях засоления среды. Все это ведет к энергетическому истощению черенков и последующему их отмиранию или снижению способности к отрастанию после снятия стресса. Обработкой ИМК и ВАЛ не удается существенно изменить адаптивную стратегию реогирования сортов на стрессы.

ВЫВОДЫ

1. Стеблевые черенки и экспланты разных структур у винограда проявляют различную активность к регенерации и росту в условиях солевого стресса. Толерантность к солевому стрессу более выражена у исследованых структур Агадаи по сравнению с Жемчуг Саба.

2. Ингибирующий эффект солевого стресса проявляется в комплексе морфологических и физиологических изменений, что сопровождается снижением жизнеспособности черенков и эксплантов. Депрессивное состояние в морфологии коррелируется с изменением в содержании катионов и анионов, белка и хлорофилла, пула свободных аминокислот в стрессовых условиях. Изменения в активности эндогенных регуляторов роста в листьях у черенков оказались менее специфичными.

3. Степень ухудшения физиологического состояния у изолированных структур в условиях солевого стресса зависит от солеустойчит вости сортов.Она сильнее проявляется у структур слабо солеус-тойчивого сорта Жемчуг Саба, чем солеустойчивого Агадаи.

4. Сортовые различия черенков и эксплантов проявляются только при низких концентрациях растворов (10-3 и 10-2 Ы). Высокая концентрация раствора (10-1 М) оказывается токсичной независимо от сорта и продолжительности культивирования. Сдли, содержащие ионы серы и кальция, оказались более токсичными, чем содержащие ионы натрия и хлора.

Б. Лобая продолжительность жесткого стресса (10-1 Ы) снижает жизнеспособность черенков. Черенки несолеустойчивых сортов даже при экспозиции 5-10 дней в растворе испытывают сильное угнетение и теряют способность к отрастанию после возвращения в водную культуру.

6. Предобработка регуляторами роста ускоряет (ИМК) или подавляет (БАП) риэогенез у черенков. На пробуждение почек влияние ИМК и БАП противоположно. Специфика действия регуляторов роста более заметна при введении их в ткань до начала солевого стресса, чем после воздействия стресса (12 суток). Отрицательный эффект солевого стресса не удается блокировать предобработкой черенков регуляторами роста.

7. Экспланты разных структур более чувствительны к солевому стрессу, чем черенки соответствующих сортов. Реакция эксплан-тов на солевой стресс к тому же не всегда специфична и корре-лируется с солеустойчивостыо черенков. Тем не менее просматривается тенденция снижения солеустойчивости эксплантоб в ряду: Агадаи - Гюляби - Жемчуг Саба.

8. Различия изолированных структур в реагировании на солевой стресс зависят от адаптивной стратегии сортов - способности поддерживать равновесие между разными этапами морфогенеза. Обработка регуляторами существенно не меняет адаптивную стратегию винограда.

- 26 -

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Абед аль Азиз, Юсуфов А. Г. Влияние солевого стресса на черенки винограда, обработанных ШК и БАП // Процессы регенерации в онтогенезе растений. Махачкала. Дагестанский университет, 1991. С 57-64.

2. Юсуфов А. Г.., Абед аль Азиз. О возможности оценки солеус-тойчивости винограда по процессам регенерации у черенков // Регенерация растений. Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции. Махачкала: Дагестанский университет, 1991. С 57-58.

3. Абед аль Азиз, Полецкая Т. Л. Пролиферация и ризогенез винограда при засолении среды // Регенерация растений. Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции. Махачкала: Дагестанский университет, 1991. С 59-60.

4. Юсуфов А. Г., Абед аль Азиз. Процессы регенерации сортов винограда при засолении субстрата как проявление их адаптивной стратегии // Флора нижнего Дона и Северного Кавказа: структура, динамика, охрана, проблемы использования. Тезисы докладов научно-практической конференции. Ростов н/Д: РГУ, 1991. С 116-117.

5. Абед аль Азиз. Связь процессов укоренения и роста виноградной лозы при различных воздействиях // Сборник статей студентов, аспирантов и преподователей университета (естественно -технические науки). Махачкала: Дагестанский университет. 1992. С 7-10.

6. Магомедова М. А., Абед аль Азиз. О возможности повышения стрессоустойчивости растений регуляторами роста //Тезисы докладов 3-го Всероссийского съезда физиологов растений, 6, С-ПО,1993. С 665.