Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние ультрафиолетовой-Б радиации на содержание фитогормонов и рост мутантных линий арабидопсиса

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние ультрафиолетовой-Б радиации на содержание фитогормонов и рост мутантных линий арабидопсиса"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИИ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи УДК 581.1.03 : 535—31 ЖАЛИЛОВА Фируза Хасановна

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ-Б РАДИАЦИИ НА СОДЕРЖАНИЕ ФИТОГОРМОНОВ И РОСТ МУТАНТНЫХ ЛИНИЙ АРАБИДОПСИСА

(03.00.12 — физиология растений)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена в лаборатории природных и синтетических регуляторов Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева Российской академии наук.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор В. И. Кефели.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Н. П. Кораблева, кандидат биологических наук В. Н. Ложникова.

Ведущее учреждение — Главный ботанический сад РАН.

Защита состоится 28 декабря 1993 г. в 10 часов на заседании специализированного совета по присуждению ученой степени кандидата биологических наук К.002.45.01 при Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН по адресу: 127276, Москва, Ботаническая ул., 35.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии растений им. К- А. Тимирязева РАН.

Автореферат разослан Л б ноября 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета — канд. биол. наук

Л. И. Сергеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Повреждение озонового слоя стратосферы, вызываемое различными факторами антропогенного происхождения, приводит к увеличению ультрафиолетовой радиации в диапазоне длин волн 280-320 нм (УФ-Б), достигающей поверхности Земли (Frederick et ai., 1989). Это оказывает негаишное влияние на рост и развитие многих видов растений (Канаш и др., 1988). УФ-Б излучение приводит к морфологическим нарушениям, снижению биомассы (Anderson, 1990), повреждениям генеративного аппарата и гормональным сдвигам (Akihisa et ai., 1991; Lindoo et al., 1979). При ПОВЫШвНИИ УРОВНЯ УФ-Б рЭДИаЦИИ возможны изменения структуры растительных сообществ вследствие вытеснения чувствительных к УФ-Б ВИДОВ толерантными (Teramura, 1986). В связи с этим актуальны исследования механизмов адаптации растений к УФ-Б радиации, изучение причин различной устойчивости к данному фактору.

Устойчивость растений к неблагоприятным факторам часто связывают с возрастающим уровнем эндогенной абсцизовой кислоты (Кефели и др.,1989). От способности растений к увеличению содержания АБК зависит степень их устойчивости, так как накопление этого гормона происходит в процессе восприятия стресса, и, возможно, запускает последующие адаптивные ответы (Gaff,Loveys,1984). Как и другие стрессовые факторы (засуха, высокая и низкая температура, поранения), УФ-радиация вызывает

В растениях усиленную ПРОДУКЦИЮ ЭТИЛена (Rajagopal, 1989).

Повышенное выделение этилена ' при стрессах наблюдается до появления внешних признаков повреждений и может использоваться для оценки реакции растений на неблагоприятные воздействия (Bucher,1984).

Влияние УФ-радиации на растения изучается, как правило, на генетически разнородных объектах, что создает определенные трудности в интерпретации результатов. Большие возможности для отбора генетически близких растений с достаточно подробно изученным генотипом и контрастных по устойчивости к УФ-Б радиации представляет коллекция чистых мутантных линий АгаЫаорэ1з ^аИапа Отдела общей генетики АН Таджикистана (Усманов, 1984).

Цель и задачи работы. Целью работы было исследование роли фитогормонов - АБК и этилена- в устойчивости к УФ-Б радиации чувствительных и толерантных растений арабидопсиоа. В связи с зим были поставлены следующие задачи:

1.Среди генетически близких линий арабидопсиса отобрать контрастные по устойчивости к УФ-Б свету.

2.Сравнить отобранные линии по изменению роста и выживаемости при действии разных доз УФ-Б света.

3ЛЮследовать действие УФ-Б света на изменение содержания АБК ® ¡растениях исследуемых линий.

4.Определить динамику выделения этилена растениями различных линий при УФ-Б стрессе.

5.Выявить взаимосвязь мевду устойчивостью к УФ-Б радиации и изменением уровня фитогормонов.

Научная новизна и практическая значимость. Отличительной особенностью работы было использование генетически близких линий арабидопсиса, отличающихся . между собой " по чувствительности к УФ-Б свету.

В результате проделанной работы получены новые данные, позволяющие лучше понять действие УФ-Б радиации на рост и содержание растительных гормонов - АБК и этилена. Показано,

что устойчивость растений к УФ-Б излучению связана с изменением содержания гормонов под действием этого фактора.

Впервые показано увеличение содержания АБК в растениях арабидопсиса под действием УФ-Б света, которое зависит от дозы УФ-Б радиации и чувствительности растений.

Под влиянием УФ-Б света в растениях происходит быстрое интенсивное образование и выделение этилена, которое также зависит от дозы радиации. Количество выделяемого этилена определяется различиями в генотипе линий, отличающихся по устойчивости к УФ-Б свету. Наибольшее УФ-индуцируемое выделение этилена характерно для растений устойчивой линии, а наименьшее - для чувствительной.

В целом показано, что именно генетические особенности определяют реакцию растений арабвдопсиса на УФ-Б свет. Так, наследственное изменение в одном или нескольких генах определяет значительные отличия в устойчивости растений к УФ-Б радиации.

Полученные результаты вносят вклад в понимание механизмов адаптации и генетического контроля устойчивости растений к УФ-Б ' свету. Предложенные в работе методические подходы,, результаты и выводы могут быть . использованы в дальнейших исследованиях роли гормонов в адаптации к УФ-Б свету, а так же и к другим стрессовым факторам.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на Международном симпозиуме по зеленению (Пущино, 1991), конференции "Этилен - физиология, биохимия и практическое применение" (Пущино, 1992), 3 съезде ВОФР (Санкт-Петербург, 1993), 2 Тимирязевской конференции по регуляторам роста и развития растений (Москва, 1993). Диссертация доложена и

обсувдена на расширенном семинаре лаборатории природных и синтетических регуляторов ИФР РАН (1993). Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 109 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц, 6 рисунков, список литературы включает 225 наименований, из которых 185 на иностранных языках.

ОБЪЕКТУ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом исследования служили растения арабидопсиса (Arabidopsis thaiiana (L.Heunh.)) трех ГбНвТИЧвСКИХ ЛИНИИЙ: раса Enkheims и мутантные линии е* glabra и vc'er'gi'an. Раса Enkheims названа по местности б Германии, где была собрана ее ■ природная популяция, она обладает генотипом без мутационных' отклонений и нормальным фенотипом. Мутантная линия Еб glabra получена путем химического мутагенеза из дикого типа расы Enkheime. Она обладает точечной мутацией, которая проявляется в тройном плейотропном эффекте - отсутствием опушения на листьях, нарупением синтеза флавоноидов, и, вследствие этого, желтыми семенами (у дикого типа - коричневые). Такое проявление мутантного гена было названо синдромом ttg и описано Коорннифом (Koornneef, 1981). МуТЭНТНаЯ ЛИНИЯ vc'er'gi'an получена на основе расы Columbia, которая является подрасой Enkheime, в результате специальных скрещиваний для объединения четырех рецессивных мутантных генов с соответствующими признаками: более утолщенными стручками 'и узкими листьями и отсутствием опушения и воскового налета на

- 7 -стеблях и листьях (Redei,i975). Данные генетические линии были отобраны из коллекции Отдела общей генетики Академии наук Таджикистана как линии, контрастные по чувствительности к УФ-Б радиации.

Выращивание растений проводили в условиях фитотрона ИФР РАН (в климатической камере ) под люминесцентными лампами ЛБ-65 при освещенности 8-12.тыс.люкс/мг, при длине светового периода -16 часов и температуре 22-23 С°на свету и 19-20° С в темноте. Определения длины главного побега и количества стручков проводили в конце вегетационного периода. (50-60 дней после посева), для этого растения выращивали в керамических горшках в песчано-почвенной культуре. Для определения сырой и сухой биомассы, выживаемости, концентрации хлорофилла и абсцизовой кислоты растения выращивали в чашках Петри, а для определения этилена в пенициллиновых флакончиках на агаризованной минеральной среде, затем на стадии розеточных листьев (12 дней после посева) проводили облучение УФ-Б светом.

Облучение УФ-Б светом производилось от ртутно-кварцевых ламп ЛЭ-30 при интегральной интенсивности в спектральном диапазоне 280-320 нм - 8-9 вт/м2 в течение 10, 30, 60, 90 и 180 минут. Так как интенсивность УФ-Б света в наших опытах была постоянной, то время облучения соответствовало дозам.

Концентрацию хлорофлллов определяли в розеточных листьях через 3-5 дней после облучения по экстинции гомогената в 96% этаноле (Гавриленко и др., 1975).

Определение содержания АБК и этилена. Количественное определение АБК проводили с помощью метода газо-жидкостной хроматографии (Dorffling, Tietz,1983) на газовом хроматографе "Кристалл-2000" (СССР) с детектором по захвату электронов. В

качестве внутреннего стандарта использовали Н3АБК. Определение выделения этилена проводили методом газовой хроматографии на газовом хроматографе Хром-4 (ЧССР) с пламенноионизационным детектором используя концентрирующую систему для ввода образцов большого объема (Ракитин В.Ю., Ракитин Л.Ю., 1986). Все эксперименты проведены в 3-6 кратной повторности.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Скрининг контрастных по устойчивости к УФ-Б свету генетических линий арабидопсиса. Чувствительность к УФ-Б радиации определяли по ее воздействию на рост главного побега в длину, который измеряли у девяти жизнеспособных и дающих фертилькое ¡потомство генетических линий (табл. I).

Таблица I.

Влияние УФ-Б излучения (60 минут) на длину главного побега разных линий арабидопсиса в конце вегетации.

Название : Длина побега (см) Длина побега (см) УФ+/УФ~ "*100?

линии УФ", контроль УФ+. опыт

1ЕпкПе1гав 23.6 + 1,2 16.5 + 1,1 69,9 + 3,1

9 аХЫпа 27,2 + 0.9 . 22,6 + 0.9 83,1 + 2.9

127 хапЫга 21.5 + 0.4 10,7 + 0.3 49.8 ± Ь7

104 хап^а 20,2 + 0.5 17,7 + 0.4 87,6 + 2,9

24,4 + 0,4 11,2 + 0.3 45,9 + 1,5

315 23.3 +1,2 14.0 + 0.3 60,1 + '3,4

Е6 д1аЬга 22,3 + 0.7 11,5 + 0,6 51,6 + 2,3

ус'ег'д1'ап 19,1 + 0,4 18,8 + 0,5 98,4 + 2,6

130 23,6 + 0,2 15,3 + 0,1 64,8 1 1.7

За среднечувствитвльную ЛИНИЮ была принята раса Enkheims, которая имеет нормальный фенотип и генотип без мутационных отклонений. Длина главного побега у облученных растений этой расы на 30 % меньше, чем у контрольных (табл. I). Как наиболее устойчивая была отобрана мутантная линия vc'er'gl'an. УФ-Б свет почти не подавлял рост побегов этой линии. В наибольшей степени УФ-Б излучение влияло на рост главного побега четырех мутантных ЛИНИЙ: 127xa, triplex, 315 И Ее glabra. ДЛЯ дальнейших исследований был отобран один из чувствительных мутантов Еб glabra (50% подавление роста), так как у растений этой линии нарушен синтез флавоноидов, которые являются своеобразными защитными пигментами от повревдавдего действия УФ-Б радиации (Murphy et al.,1979; Schmelzer et al.,1988).

■ Действие УФ-Б света на выживаемость.. Выживаемость рассчитывали в процентах'выживших после УФ-обработки растений от числа всех взошедших. Нежизнеспособными считали растения, у которых . полностью потерян тургор, произошло сильное обесцвечивание и лизирование. Эти признаки проявлялись уже на 5-7 день после облучения.

Таблица 2.

< Выживаемость растений трех линий арабидопсиса - после обработки УФ-Б светом ( SO минут).

Название линии Выживаемость в % по отношению к контролю

Enkheime Eg glabra vc'er'gl'an 52,8 + 1,2 43,2 + 3,3 79,1 +3,1

- ю -

Низкие дозы (до 60 минут обработки) почти нэ влияли на выживаемость растений всех изучаемых линий. При 90 минутном облучения начиналась гибель проростков на 5-6 день после облучения. Под действием такой дозы гибло около половины

растений ЛИНИИ Enkhelme, ПОЧТИ 60% ЛИШИ Еь glabra, И 20% линии vc'er'gi'an (табл. 2). Таким образом, наиболее устойчива по этому показателю линия vc'er'gi'an, у которой даже при максимальной дозе облучения (180 минут ) выживало 18-20% растений, тогда как растения двух других линий гибли полностью.

Изменения сырой и сухой биомассы под действием УФ-Б света определяли ежедневно в течение 12 дней. Сырая масса Не ПОДВерГШИХСЯ ОбЛуЧеНИЮ растений ИСХОДНОЙ расы Enkheime

возрастала почти линейно в течение 12 дней. В первый день определения она составляла 4,5 мг на одно растение и на 12 день - 12,6 мг (рис. 1,А). При 10-минутной обработке сырая масса облученных растений почти не отличалась от контрольных. Уке 30-минутная обработка негативно влияла на рост растений. Сырая биомасса снижалась после первого дня облучения в течение трех дней, затем, к пятому дню восстанавливалась до исходного уровня, однако массы необлучешшх растений она так и не достигла. 60 и 90 минутная обработка также приводила к резкому снижению сырой биомассы в течение первых трех суток после УФ облучения. При обработке 180 минут наблюдалось наибольшее падение сырой биомассы и на 5-7 день гибель растения. Таким образом, степень уменьшения сырой массы зависела от времени облучения.

Сходные закономерности наблюдались при иэшрешш сырой

массы растений ЛИНИИ Еб glabra (рис. 1,Б).

Время после обработки, дни

Рис. I. Изменение сырой массы растений арабидопсиса после УФ-Б обработки. 10,30,60,90 и 180 - время облучения в минутах. А-среднэчувствительная, Б - чувствительная, В- устойчивая линии.

Несколько иная картина паблгдалась при измерении сырой биомассы растений линии vc'er'gi'en. Рост ее контрольных растений был. более интенсивны;/, чем у линий Enkhalme и е« glabra, хотя в первый день определения масса бала несколько меньше, чем у двух других линий (3,5 мг), но на 12-й день она составляла 17,1 мг на одно растение (рис. 1,В). Три дозы облучения (10, 30 и 60 минут) практически на влияли на изменение сырой биомассы растений этой линии. Только

90-минутное облучение вызывало некоторое снижение массы в первые дни после обработки, но с 4-го дня вновь наблюдалось ее возрастание. 180-минутноэ 'облучение вызывало сильное уменьшение биомассы, однако гибель наблюдалась позже, чем у растений других линий.

Определение сухой биомассы показало, что при небольших дозах - 10 и 30 минут она практически не изменялась (рис.2,А,Б,В).

0 4 8 12 0 4 8 12,

Время после обработки, дни

Рис. 2. Изменение сухой массы растений арабидопсиса посла УФ-Б обработки., 10, " 30, 60, 90 и 180 - время облучения в минутах. А-среднечувствлтельная, Б -чувствительная, В - устойчивая линия. Более высокие дозы облучения приводили к подавлению накопления

сухой массы, но не к падению, которое, как правило, наблюдалось при определении сырой биомассы. Это говорит о том, что снижение сырой массы после УФ-Б воздействия происходило за счет потери побегами воды. Наиболее значительные различия между лшшями наблюдались при 90-минутной обрзботке - сухая масса у исходной и устойчивой линий была на 45 % меньше, а у чувствительной на 62% меньше по сравнешш с контролем на 12-й день после облучения (рис.2, А,Б,В).

Таким образом, можно заключить , что УФ-Б свет подавляет рост растений всех изученных линий, определяемый по длине побега в конце вегетации и изменениям сырой и сухой биомассы. Второй важный вывод заключается в том, что влияние УФ-Б радиации определяется генотипом растений, так как близкородственные, отличающиеся всего несколькими генами линии арабидопсиса совершенно по-разному реагируют на ее увеличение. Так, раса Er.kheime почти по всем ростовым показателям имеет промежуточную реакцию по сравнешш с устойчивой к УФ-Б свету линией vc'er'gl'an И ЧуВСТВИТвЛЫЮЙ Еб glabra. МОЖНО бЫЛО бЫ

предположить, что эти различия определяются конкретными мутантными генами или их отсутствием, а в случае лишгл vc'er'gl'an совокупностью измененных генов, взаимодействие которых определяет большую устойчивость этой линии.

Изменение содержания хлорофиллов под действием УФ-Б света. Подавляющее действие УФ-Б света на растеши шюгда связывают с уменьшением концентрации хлорофиллов при облучении в клетках листа (Tevini et al., 1981). СОДОр^аШЮ Хлорофилла а В необлученных ЛИСТЬЯХ чувствительной ЛИНИИ Еб glabra Н8КН0Г0 меньше, чем у двух других линий (табл. 3). Возможно, вследствие этого, растения зтсй лишш фенотипически выглядят

светло-зелеными, в отличив от ярко-зеленых растений Епкье1те и Темно-зеленых ус'ег'д1'ап.

Таблица 3.

Содержание хлорофиллов в листьях арабидопсиса после 60-минутного облучения УФ-Б светом (в мг на грамм сырой массы).

Название линии Хлорофилл а Хлорофилл b ХЛОрОфИЛЛ а+Ь

контр. опыт контр. опыт контр. опыт

Enkheime 1,000 0,714 0,248 0,199 1.252 0,914

Е, glabra о 0,655 0,578 0,244 0,189 0.899 0,767

vc'er'gi'an 1,070 0,885 0,269 0,237 1,339 1,122

При 90-МИНУТНОМ облучении у растений ЛИНИИ Enkheime содержание хлорофилла а уменьшалось на 30 %, хлорофилла ь на 20%; у линии vc'er'gi'an хлорофилл а уменьшался на 17%, ь - на 12%, а у линии Ее glabra концентрация хлорофилла а была меньше на 12%, хлорофилла ь pa 23% по сравнению с контрольными растениями. Таким образом, показано, что УФ-Б свет вызывал снижение содержания как хлорофилла а, так и хлорофилла ь во всех исследуемых линиях. Однако у устойчивой линии это повреждающее действие было заметно меньше, чем у исходной и чувствительной линий. Кроме того, можно отметить, что у линии Enkheime особенно НвуСТОЙЧИВ- ХЛОРОФИЛЛ а, у Es glabra -хлорофилл Ь. У vc'er'gi'an - как ХЛОРОФИЛЛ a, T3K И Ь относительно устойчивы к действию УФ-Б облучения.

Влияние УФ-Б радиации на содержание збсцизовой кислоты. Сравнение контрольных растений исследуемых линий показало, что уровень АБК в растениях исходной расы Enkheime был примерно в два раза меньше, чем у мутантных линий (табл. 4).

Таблица 4.

Содержание АЕК в растениях трех линий арабидопсиса после УФ-Б облучения (нг / грамм сирой массы)

Название Время после Доза облучения

линии облучения.ч. контроль 90 минут ieo минут

2 4,3 + 0,5 9,1 + 0,1 14,9 + 0,3

Enkheima 4 3,0 + 0,6 6.3 + 0,8 8,1 + 0,4

24 3,8 + 0,4 8,6 + 0,5 21,4 + 1,2

2 7,1 + 0,1 11,7 + 0,6 13,0 + 0,5

Е, glabra о 4 7,7 + 0,4 8,5 + 0,3 14,4 + 0,2

24 5,9 + 0,6 9,2 + 0,1 10,1 + 0,4

2 9,5 + 0,8 9,4 + 0,2 12,6 + 0,5

vc'er'gl'an 4 8.0 + 0,4 8,1 + 0,5 14,6 + 0,1

24 10,4 + 0,3 15,5 + 0,7 26,2 + 0,3

У контрольных растений внутри одной линии содерзание АЕК несколько отличалось в разное время суток. Причиной этого могли быть суточные колебания содержания АЕК, известные по Литературным ДаННЫМ (Henson ot al., 1986).

Содержание АЕЧ увеличивалось при облучении линии Enkheirao в течение 90 и 180 минут в 2,1 - 3,5 раз соответственно по сравнению с контролем через 2 часа поело обработки (табл. 4). Через 4 часа поело таких обработок уровень ЛИС несколько ешизлея. Однако, через сутки ее уровень рновь возрастал и бал з И,7 раза Только контрольного при SO-минутном и в 5,6 рзз irpu м'жешпльнем облучении.

У чувствительной .'лепга п» glabra не наблюдалось :-Ha4jtve.'u horo увеличения содержания АНК как через 2 и 4 часа

посла 90 минутного облучения, так и через сутки. После 180 минутной обработки уровень АБК увеличивался почти в 2 раза спустя 4 часа ив 1,7 раз через сутки по сравнению с контрольными растениями.

В растениях устойчивой линии vc'er'gi'an после 90 минутного облучения содержание АБК увеличивалось только через сутки. После максимальной обработки (180 минут) уровень АБК возрастал в 2,5 раза через сутки.

Таким образом, после 180-минутной обработки содержание АБК возрастало в большей степени, чем при 90 минутном облучении у всех исследуемых линий.

При сравнении линий между собой по уровню эндогенно! АБК, следует отметить, что ее абсолютное содержание при облучении максимальной дозой наименьшее у чувствительной линии Еб glabra (10,1 кг/г сыр. массы) и наибольшее у устойчивой vc'er'gi'an (26,2 нг/ г сыр. массы) через сутки после обработки. Эти данные согласуются с тем, что высокий уровень эндогенной АБК характерен для устойчивых растений, например, к засухе и воздушным поллютантам (Meyer et ai., 1987).' Кроме того, у устойчивой и исходной линий содержание АБК возрастает через сутки после облучения, и в меньшей степени у чувствительной линии. Вероятно, большая способность реагировать на стресс повышением уровня эндогенной АБК отражает их более высокую устойчивость. Такие примеры приведены и в других работах, у проростков риса при озоновом стрессе отмечалось меньше повреждений у сортов, содержащих более высокие уровни эндогенной АБК (Jeong et al., 1980).

Таким образом, из представленных результатов можно сделать заключение, что уровень АБК увеличивался при интенсивном УФ-Б

облучении у всех линий. Это повышение содержания АЕК происходит медленно, в первые часы после обработки оно, как правило, незначительное и максимальных значений достигает только через сутки после облучения. Существует заметное различие по изменению уровня АЕК между генетическими линиями -более высокое содержание показано у исходной и устойчивой линий, наименьшее у чувствительной линии после УФ-Б облучения. Выделение этилена растениями после УФ-Б облучения. Выделение этилена у необлученных контрольных растений всех линий было небольшим и примерно одинаковым (около 0,5нл/грам • час).

А Б В

Рис.3. Д!шэмикч выделения этилена растешшли эрабидопсиса после УФ-Б облучения. 50, 60, 90 и 180 - время облучения в минутах. А-среднечувствлтельная, Б - чувствительная, В-устойч1'.взя лннлл.

Однако,уже при ЗО-минутном облучении выделение этилена заметно возрастало у всех исследуемых линий (рис.3). При дальнейшем увеличении УФ-Б экспозиции до 180 минут выделение этилена возрастало в 10-16 раз по сравнению с необлучешшми растениями.

Усиленное выделение этилена у всех линий происходило в основном в первые 2-4 часа после УФ-Б обработки, а затем резко снижалось и в течении последующих двух суток было близко к его выделению контрольными растениями (рис.З,А,Б,В).

Однако, линии, контрастные по устойчивости к УФ-Б свету, существенно отличались по интенсивности и динамике выделения этилена. При дозах 30 и 60 минут наибольшее выделение этилена наблюдали у устойчивой линии через 4 часа после облучения, у средне чувствительной - через 2-4 часа, и до 2-х часов у чувствительной линии. Высокие дозы облучения вызывали значительную продукцию этилена у растений устойчивой линии (рис.3,В). После 90 минут облучения выделение этилена у этой линии было в 2 раза выше, чем у среднечувствительной и чувствительной, а после 180 минут - на 15% больше, чем у среднечувствительной и в 1,7 раз больше , чем у чувствительной линии. То есть, при всех изученных дозах УФ-Б, растения устойчивой линии vc'er'gi'an выделяли больше этилена по сравнению С растениями расы Enkheime И ЛИНИИ Е6 glabra (рис.3).

Таким образом, было показано, что продукция этилена зависит от дозы УФ-Б облучения и от степени устойчивости различных линий арабидопсиса к ультрафиолетовой рздиацш.

Различные стрессы, такие как температурный, солевой, водный дефицит вызывают повышенный синтез этилена б растениях

(Kasperska, Kubacka-Zebalska, 1989; Yang et al., 1990;

Кузнецов и др., 1991;). Предполагается, что стрессовый этилен может образовываться в растениях не только с участием этиленобразующего фермента (Gora, ciijsters, 1989), но и через превращение АЦК в этилен неферментатившм путем

(Kasperska, Kubacka-Zebalska, 1989), Которое М0Ж9Т бЫТЬ

вызвано различными перекисями и свободными радикалами (Legge

et al., 1982; Мс Rae et al., 1982). ПОСКОЛЬКУ ИЗВ6СТНО, ЧТО

УФ-повреждешш включают фотоокисление мембранных структур, образование перекисей и связанное с этим увеличение продукции свободных радикалов (Murphy, 1990; Acosta et al., 1990), TO вполне вероятно образование этилена в наших опытах как первым, так и вторым путем.

УФ-Б облучение вызывает резкое возрастание выделения этилена у всех трех исследованных линий арабидопсиса, причем продукция этилена повышается с увеличением дозы УФ-Б радиации. Следует отметить, что растения устойчивой линии продуцируют больпее количество этилена, чем чувствительной и среднечувствителыюй линии (рис.3,В). Очевидно, увеличение образования этилена является характерной реакцией растений на стресс и однш из признаков устойчивости к УФ-Б радиации. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наше исследование позволило выявить зависимость между степенью устойчивости растений арабидопсиса к УФ-Б радиации и уровнем "стрессовых" гормонов - АБК и этилена.

Облучение УФ-Б светом тормозило рост главного побега, прирост сырой и сухой биомассы, уменьшало выживаемость и содержание хлорофиллов п растениях. Однако, эти реакции на УФ-Б излучение отличались у линий с разной чувствительностью к

нему. Линия Еб glabra была наиболее подвержена действию УФ-Б радиации, линия Enkheime проявила меньшую чувствительность к стрессовому воздействию, а линия vc'er'gi'an оказалась к нему самой устойчивой.

Использование растений с максимальным сходством генотипов, и в то же время контрастных по устойчивости к УФ-Б свету имело решающее преимущество в изучении изменения содержания гормонов под действием УФ-Б света и генетически детерминированной устойчивости к данному фактору.

Повреждающее действие УФ-Б света сопровождалось увеличением образования двух "стрессовых гормонов". Возрастание содержания АБК и выделения этилена так же, ,как и подавление роста, зависело от дозы УФ-Б облучения.

Динамика уф-индуцированного увеличения образования гормонов также была различной у контрастных по устойчивости линий арабидопсиса. Растения чувствительной линии отличались наименьшим выделением этилена и содержанием АЕК, тогда как устойчивой - наибольшим.

Выделение этилена более быстрая и чувствительная реакция на УФ-Б стресс, чем увеличение уровня АБК. Уже в первые 2-4 часа после облучения наблюдалась интенсивная продукция этилена, тогда как для заметного увеличения содержания АБК требовалось не менее суток после обработки и более высокие дозы УФ-Б радиации.

Тот факт, что в наших исследованиях для растений устойчивой линии было характерно более высокое выделение этилена и содержание АБК после стрессового воздействия, может

иметь значение для понимания общих механизмов адаптации.

\

Вероятно, усиление производства этилена и АБК не только один

из первичных ответов на стресс, но и необходимая защитная реакция растений.

Таким образом, работа дает основание заключить, что этилен и АБК принимают определенное участие в устойчивости растений арабидопсиса к УФ-Б радиации. Эти исследования являются начальным этапом перспективного изучения генетического контроля адаптации растений к ванному экологическому фактору - УФ-Б радиации. Роль исследований такого рода возрастает в последнее время в связи с возможной редукцией озонового слоя атмосферы и увеличением доли УФ-Б радиации, достигающей поверхности Земли.

вывода

1. Отобраны три различные по устойчивости к УФ-Б свету генетические линии арабидопсиса и охарактеризованы как: Es glabra - чувствительная, Enkheime- СреДНеЧУВСТВИТвЛЬНаЯ, vc'er'gl'an - уСТОЙЧИВЭЯ.

2. УФ-Б радиация подавляет рост главного побега, снижает прирост сырой и сухой биомассы, уменьшает выживаемость растений исследованных линий арабидопсиса.

3. Степень негативного влияния УФ-Б света возрастает с увеличением его дозы и зависит от чувствительности растений.

4. Содержание АБК и интенсивность выделения этилена растениями иследованных линий увеличивается с повышением дозы УФ-Б излучения.

5. Динамика увеличения содержания гормонов различна усиленное образование этилена происходит в первые часы после УФ облучения, тогда как подъем уровня АБК наблюдается через сутки.

6. Обнаружено соответствие между степенью устойчивости

различных генетических линий арабидопсиса к УФ-Б радиации и уровнем исследованных гормонов. Наибольшее содержание АБК и выделение этилена наблюдали у растений устойчивой линии, меньшее - у среднечувствительной и минимальное у чувствительной.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Mednik X.G., Usmanov P.D., Jalilova F.Kh. On the screening methods for dominant pigment mutations in Arabidopsis thaliana // Arabidopsis information service. -1985. -N.22. -P.125-130.

2. Усманов П.Д., Медник И.Г., Усманова О.В., Жалилова Ф.Х., Шишкин В.А. Изменение генофонда популяций высших растений при антропогенной деструкции озонового слоя // В сб. "Генетические последствия загрязнения окружающей среды мутагенными факторами" Всесоюзн.коорд. совещание - Москва-Самарканд. -1990. -С.177-178.

3. Жалилова Ф.Х., Власов П.В., Медник И.Г., Кефели В.И. Влияние экологической ультрафиолетовой радиации на активность и содержание некоторых фитогормонов у различных генетических линий арабидопсиса // В кн. "Экологические аспекты регуляции роста и продуктивности растений". -Ярославль. -С.97-101.

4.Jalilova F. , Rakitina Т., Vlasov P., Kefeli V. The influence of UV-B radiation on ethylene evolution in Arabidopsis thaliana // Abstr. Int. Conf. "Ethylene, Physiology, Biochemistry and Practical Application. Moscow-Puschino-St.Peterburg. -1992. -P.22.

5. Жалилова Ф.Х., Ракитина Т.Я., Власов П.В. Влияние УФ радиации на выделение этилена растениями арабидопсиса // Тез. докладов 3-го съезда Всеросс. общества физиологов растений.

— С.-Петербург,—1993,—T. 6,—С. 561.

6. Kefeli V. I., Rakitina T. Ya., Vlasov P. V., Jalilova F. Varios conditions of illumination and ethylene evolutions//In: Cellular and molecular aspects of the plant hormone ethylene. Ed. Pech J. C., Latche A., Bala-que C. —Dordrecht etc.: Kluwer Academic Publ. — 1933. — P. 347—352.

7. Жалилова Ф. Ракитина Т. Я., Власов П. В., Кефелн В. И. Действие УФ-Б радиации (280—320 им) на рост и выделение этилена у трех генетических линий Arabidopsis thaliana//Физиология растений.—1993.— Т. 40,—В. 5,— С. 764—769. .

Заказ 1533

Объем l'A п. л.

Тираж 100-

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва, Тимирязевская ул., 44