Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Воздействие разных по структуре физиологически активных веществ на ДИ- и тетраплоидные растения гречихи

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Воздействие разных по структуре физиологически активных веществ на ДИ- и тетраплоидные растения гречихи"

_ 9 "'НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БОТАНИКИ им. В.Ф.КУПРЕБИЧА

УДК 581.14:[577.171.7+577.175.1].02

Павлова Ирина Валерьевна

ДЕЙСТВИЕ РАЗНЫХ ПО СТРУКТУРЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ДИ- И ТЕТРАГШОИДНЫЕ РАСТЕНИЯ ГРЕЧИХИ

03.00.12 - физиология растений

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Минск, 1998

Работа выполнена в Институте экспериментальной ботаники НАНБ

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

ДЕЕВА В.П.

Официальные' оппоненты: доктор биологических наук

РУПАСОВА X.А.

кандидат биологических наук ШУКАНОВ В.П.

Оппонирующая организация - Белорусский Государственный.

Университет

Зашита состоится " Jb'-ШОШ 1998 г. JiL часов на заседании совета по защите диссертаций Д.01.38.01 при Институте экспериментальной ботаники им. В.Ф.Купревича HAH Беларуси по адрес: 220072-, г. Минск, ул. Академическая, 27.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке им. Я.Коласа НАНБ

Автореферат разослан "_

у ■■ 199В

Ученый секретарь совета по защите диссетртаций 'У' / ' И. В.Рогульчен:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Широкие возможности биологически активных вешеств в регуляции роста и развития растений, их способность повышать устойчивость растительных организмов к неблагоприятным факторам среды, увеличивать урожайность сельскохозяйственных культур делают применение фиторегуляторов важным фактором повышения эффективности растениеводства. Однако отдельные виды растений в широком спектре объектов, на которых используются регуляторы роста, до сих пор остаются мало изученными. Гречиха входит в их число.

Важность совершенствования технологии возделывания гречихи в Беларуси делает актуальной решаемую в диссертации задачу поиска эффективных, стабильно действующих регуляторов роста, которые наравне с селекционными методами помогут увеличить семенную продуктивность растений, низкую из-за биологических особенностей культуры. В настоящее время проводится мало работ по изучению действия регуляторов на рост, развитие и Физиолого-биохимические процессы растений гречихи /Бодовская, 1995, Киселев и др., 1985 и др./. Энтомофильность данной культуры и использование ее в качестве диетического продукта делает необходимым подбор безопасных регуляторов роста. В связи с этим представляют интерес перспективные отечественные, экологически безопасные препараты разной природы: квартазин<Кв) и 24-эпибрасси-нолид(Эб). Кв на данной культуре не испытывался, а по Эб имеются единичные работы /Бойценюк и др., 1995/. Наряду с использованием отдельных препаратов в настоящее время большое значение приобретает создание рострегулирующих композиций на их основе. В нашей стране подобные исследования развиты слабо. К настоящему времени установлены принципы недостаточности и комплексности действия экзогенных регуляторов в композициях (Калинин, 1996). Однако вопросы, о механизме , этих эффектов на растения и их зависимость от генотипическо-го фактора недостаточно выяснены. На примере гречихи разного уровня плоидности решалась одна из важнейших задач о генотипической обусловленности реакции растений на воздействие регуляторами роста.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа велась в рамках темы фундаментальных и прикладных исследований: "Изучение физиолого-биохимических основ взаимодействия разных по структуре и направленности действия регуляторов роста в растениях в зависимости от генотипических особенностей" (№ госрегистрации 01900013051). Диссертационная работа связана с Республиканской программой "Биотехнология" по разделу "Действие брассиностероидов

на накопление витаминов в продукции сельскохозяйственных растений

Цели и задачи исследований. Цель работы - выявление особенно] тей действия квартазина, 24-эпибрассинолида и композиции на их о нове на рост, развитие, физиолого-биохимические процессы и проду тивность ли- и тетраплоидных растений гречихи и разработка способ увеличения их урожайности.

Для достижения цели решали следующие задачи:

1) Установить особенности действия Кв, Эб и композиции на ро и развитие разных генотипов растений гречихи в онтогенезе.

2) Выявить изменения мембранного потенциала и электрическо сопротивления плазматической мембраны модельного объекта и АТФаэн активности плазмалеммы и компонентов клетки ди- и тетраплоидн проростков гречихи под влиянием Кв, Эб или их композиции.

3) Определить влияние Кв, Эб и их композиции на компонента состав белков ди- и тетраплоидных проростков гречихи.

4) Выяснить характер действия Кв, Эб или их композиции на к чественный состав флавоноидов и содержание характерного для гречи гликозида - рутина в*проростках ди- и тетраплоидной гречихи, а те же в генеративных органах и ядрице.

5) Установить влияние способа применения, концентрации и ос бенностей препарата на урожай и его качество у генотипов гречихи разных условиях выращивания.

• Научная новизна полученных результатов. Получены новые дата по регуляторному действию Кв, Эб и их композиции на рост, разви! и Физиолого-биохимические процессы в ди- и тетраплоидных растет-гречихи. Впервые показаны особенности характера действия регуляа ров роста на активность АТФаз плазмалеммы и компонентов цитоплазм на качественный состав белков и на накопление флавоноидов в рас! ниях гречихи, отличающейся по плоидности. На основе Кв и Эб впер! создан композитный препарат, обладающий специфическим по сравнег с его отдельными компонентами действием на рост, развитие, физиo^ го-биохимические процессы растений гречихи, а также повышающий урожай и качество продукции. Получена приоритетная справка на вш чу патента "Способ регуляции содержания рутина в гречихе".

Практическая значимость полученных результатов. Результаты I боты имеют как теоретическое так и прикладное значение. Данная диссертации сравнительная характеристика биологических эффектов I Эб и их композиций расширяет представление о механизме дейст]

различных по природе Физиологически активных веществ на растения. Разработанные способы применения регуляторов и их композиций для различных генотипов гречихи могут быть использованы в сельскохо-зяйстенном производстве.

Экономическая значимость полученных результатов. Использование установленных способов применения Кв, 36 и композиций в технологии выращивания гречихи позволит получить существенную экономический эффект за счет повышения продуктивности культуры и улучшения качества урожая.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:

- Характер действия Кв, Эб и их композиции на рост и развитие ци- и тетраплоидных растений гречихи.

- Особенности действия регуляторов роста на Физиолого-биохими-1еские процессы растений.

- Факторы, влияющие на эффективность действия Кв, Эб и композиции на рост, развитие и продуктивность генотипов гречихи.

Личный вклад соискателя состоит в том, что весь эксперимен-'альный материал получен лично автором. Выбор условий эксперимента, итерпретация результатов и анализ данных проведены соискателем са-юстоятельно. Экспериментальный материал, получен с использованием современных физиолого-биохимичёских методов.

Апробация результатов диссертации. Основное содержание диссер-'ации доложено на III международной конференции " Регуляторы роста развития растений" (июнь, 1995, Москва), на IV конференции "Брас-иностероиды - биорациональные, экологически безопасные регуляторы оста и продуктивности растений" (июль, 1995, Минск), на II съезде елорусского общества физиологов растений (октябрь 1995 г., Минск), а конференции молодых ученых в честь 50-летия ИФиГР HAH Украины октябрь, 1996, Киев), на международной конференции "Регуляторы оста растений" (Калгари, 1996).

Опубликованность результатов. Результаты диссертации изложены 4 статьях и 6 тезисах конференций.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, об-эй характеристики, трех глав, выводов и списка литературы (174 ис-эчника), на 107-и страницах, включая 22 таблицы и 11 иллюстраций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований были диплоидные сорта гречихи посевн (Fagopyrum esculentum): Черноплодная - с обычным морфотипом, Сму лянка - с детерминированным ростом апикальных меристем и автоте раплоид сорта Черноплодная. Вычленяли коротко (К) и длинностолбч тые (Д) формы гречихи. Образцы получены в лаборатории гречихи Бе НИИЗиК в г. Жодино. Как модель использовали Nitella flexills.

Регуляторы применяли по-отдельности и в композиции путем ин рустации семян (Кв - 16-600 мг/л; Эб - 0.01-1 мг/л), опрыскивая растений: 5-дневных проростков или в фазу бутонизации (Кв -мг/л, Эб - 0.01 мг/л) или путем обработки семян одним препаратов последующим опрыскиванием вегетируюших растений другим.

Исследования электрического потенциала и сопротивления плази леммы проводились на клетках харовой водоросли Nitella flexills методу (Галактионов и др., 1980). Использовали растворы Физиолог чески активных веществ возрастающих концентраций: Кв (10-Б-10~2 N Эб (10-е-10~е М) и Эб (Ю-7 М) + Кв ( 10-е-10-2 М), и при предва! тельной обработке клеток Эб (Ю-7 М) испытывали Кв (10_B-10-2 M).

Выделение органелл и мембранных систем из проростков rpeMt проводили в градиенте полотности сахарозы по Родионову (1990).

Определение активности АТФаз проводили по Родионову(1990). I личество неорганического фосфора определяли методом Фиске-Субба! (Рыбальченко, Коганов, 1988). Активность плазмалеммной АТФазы иде тифицировали по ингибированию активности уабаином (Досон и Д1 1991) или ортованадатом (Юрин, Соколик, Кудряшов, 1991), АТФазы i нопласта (внутриклеточных органелл) - диэтилстильбзстролом (Bue Wang, 1995). Суммарную АТФазную активность рассчитывали как инте рал АТФазной активности всех Фракций клеточных компонентов.

Получение ядер из проростков и выделение из них белков вели Родионову (1990). Для экстракции белков использовали 0.01 Trls-Glicln буфер рН 6.7, содержащий 1% Triton Х-100.

Компонентный состав белков в проростках анализировали метол одномерного вертикального электрофореза в полиакриламидном rt (ПААГ) по Laemmli, 1970. Экстракцию вели в Trls-Glicln буфере 6.7 с 1% Triton Х-100. В нативных условиях электрофорез осушести ли в градиенте ПААГ 12-24%, в 0.025 M Tris-Glicin буфере, рН f

[ри низкой температуре. Полипептпдный состав белков исследовали с юмощью SDSNa-электрофореза в 12% ПААГ в 0.125 М Trle-Gllcln буфе->е, pH 8.0. Белок окрашивали Кумасси G-250. Молекулярную массу ком-юнентов определяли по Weber и Osborn, (1969). Содержание суммы спорофиллов в листьях гречихи измеряли по Arnon (Гавриленко, 1975). Содержание рутина в проростках, соцветиях и ядрице определяли по largna (1969) методом тонкослойной хроматографии. Фракционировали елки ядрицы по Соколову (1983). Индекс соотношения зерна и соло-ы расчитывали как отношение массы семян с растения к массе соломы, ырахенное в процентах, зерно Фракционировали на ситах. Классифици-'овали эффекты композиций как конкуренцию препаратов, частичный ан-агонизм, аддитивность или синергизм. Величину ожидаемого эффекта омпозиции рассчитывали по Colby (1967). Вероятность положительных ФФектов регуляторов на урожайность рассчитывали как отношение чис-а наблюдавшихся стимуляций к числу исследовавшихся вариантов, вы-аженное в процентах, эффективность вероятной стимуляции рассчиты-али как среднее между величинами положительных эффектов (в процен-ах от контроля).

РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ ГРЕЧИХИ ПРИ ДЕЙСТВИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Установлены различия в росте и развитии ди- и тетраплоидных астений гречихи при действии Кв, Э6 и композиции. После обработки емян регуляторами у дилоидной гречихи увеличивалась высота расте-ий в период активного роста (июнь), а у тетраплоидных - вплоть до знца вегетации (июнь-август), в большей степени при использовании в и Эб в повышенных концентрациях. При опрыскивании спектр положи-зльно действующих препаратов для диплоидных растений сужался (Кв и 5 в повышенных концентрациях), а для тетраплоидных охватывал все римененные варианты, причем максимальные эффекты возникали после зйствия большинства вариантов композиций. Обработка семян диплоид-IX растений регуляторами вызывала появление и раскрытие 1-го и -го настоящих листьев, а также дифференциацию бутонов в конусах 1растания на 1-3 дня раньше, чем в контроле. При использовании жпозиций наблюдалась тенденция к увеличен» накопления хлорофиллов единице площади листа при повышении площади листовой поверхности, тетраплоидных растений обработка семян препаратами по-отдельности разных концентрациях не влияла на скорость развития или замедляла

ее, а композиция при малых концентрациях компонентов стимулирова. развитие растений. Кв и Эб интенсифицировали развитие пазушных п< чек у тетраплоидных растений, а композиция - у растений гречи: обоих уровней плоидности. Таким образом чувствительность растего гречихи к регуляторному воздействию препаратов изменялась по-раз» му в зависимости от уровня плоидности. Также показаны отлич] спектра биологических эффектов регуляторов в композициях по сравн< нию с их отдельными препаратами. Очевидно, морфологические измен ния растений были связаны с физиолого-биохимическими процессами и первую очередь с состоянием плазматической мембраны.

ВЛИЯНИЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕШЕСТВ НА МЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЛАЗМАЛЕММЫ

Благодаря использованию специфического для электроФизиолог ческих исследований модельного объекта - Ы^еНа :Е 1ехИ , показ но, что Кв, Э6 и композиционный препарат на свету по-разному дей твовали на мембранный потенциал и электрическое сопротивление пла малеммы(ПМ). Стимуляция Кв (Ю-4 М) в течение достаточно длительн го промежутка времени накопления отрицательного заряда на внутре ней стороне ПМ (Табл.1), возможно вызвана поступлением в клетку градиенту С1~, образующегося в результате диссоциации молекул Кв. увеличение при этом электрического сопротивления-являлось приспос бительной реакцией ПМ.

Таблица.1.

Влияние регуляторов роста на мембранный потенциал и

электрическое сопротивление (Л Ю плазмалеммы клеток Ы^е11а

Вариант Д(р , мВ Д й, Время развит.

опыта, М КОм*см2 Дф, мин.

Кв -2± 5 1± 1 28± 2

Эб ' 4± 5 2- 2 9± 1

Композиция 1± 2 -2- 2 28- 2

Эб 1ч + Кв ч/з 24 ч -4+ 3 2- 1 10± 1

Эб С Ю-0 М) относительно быстро деполяризовал мембрану и уве-тичивал ее электрическое сопротивление, что может свидетельствовать эб изменении активного транспорта ионов. Механизм сходного с Эб действия композиции на мембранный потенциал, вероятно, опосредовался способностью Эб увеличивать ионселектиЕность плазмалеммы к С1~, образующемуся при диссоциации Кв, и снижать активный транспорт катионов наружу.

Композиционный препарат увеличивал проницаемость мембраны к юнам, так как снижал ее электрическое сопротивление. При раздель-гом использовании Эб и Кв (через 24 часа) сокращалось время раэви-'ия потенциала действия Кв и увеличивалась амплитуда отклонений па->аметров. Следовательно, специфическое действие Кв, Эб и композиции ¡ыстро проявлялось на внешней мембране клетки. Естественно, что из-генения электрофизиологических характеристик ПМ при действии регу-[яторов так или иначе бьши связаны с работой АТФ-зависимых электро-■енных насосов.

АРАКТЕР ДЕЙСТВИЯ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА АТФазную АКТИВНОСТЬ ПЛАЗМАЛЕМШ И ДРУГИХ КОМПОНЕНТОВ КЛЕТОК ДИ- И ТЕТРАПЛОИДНОЙ ГРЕЧИХИ

Эб через 0.5 ч ингибировал активность АТФаз нативной плазма-еммы(ПМ) у обоих генотипов гречихи (Рис.1, фракции 2-6). Сопостав-ение этого факта со способностью препарата деполяризовать ПМ харо-ой водоросли, свидетельствует о быстром ингибировании именно ак-ивного транспорта катионов из растительной клетки в начале дейс-вия стероида на растительную ПМ вообще. АТФазная активность натив-ой ПМ проростков диплоидной гречихи при действии Кв снижалась, а зтраплоидной - не изменялась. То есть изменения зависели от гено-ипа, определяющего структурную организацию мембраны, что подтверж-ает предположение о влиянии Кв в большей степени на пассивный ранспорт ионов у Ы^еНа £1., также зависящий от структуры ПМ. 1ыты с изолированной ПМ из проростков гречихи показали способность з и Эб стимулировать активность плаэмалеммных АТФаз при отсутствии таяния компонентов цитоплазмы (КЦ). Эб значительно активировал АТ-1зы изолированной ПМ из проростков с большим уровнем плоидности. шравленность действия композиции на активность АТФаз ПМ зависела г генотипа гречихи, что сходно с действием Кв.

Показано, что Кв снижал активность АТФаз КЦ у ди- и тётрапло-зных проростков, Эб ингибировал у диплоидных, стимулировал у тет-

раплоидных, композиция действовала сходно с Эб. (См. Рис.1, фраки 9-15).

а)

6)

кМ(Фя) iWr (5emca.) 120

123456789 10 И 12 13 14 1S

_ Номер

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 фрмзга

12 34 5 е 7 8 9 10 11 12 13 14 1S

12 J4 5 Í 7 8 9Ю1112»ИН

Номер фражххяв

— Ковтропъ

Композиция ín vivo

8С4 — Композиция in vitro .

ео< 40' 20 0>

— Клггролъ Композиция in vivo

— Композиция ш vitro />

У.

1 2 34 5 б 7 8 9 1011 12 13 1415

1 i'Ъ 4 Í б 7 В ¿ 10 11 1213 1415 фршо.

Рис.1. Влияние регуляторов роста на АТФазную активность в пр< ростках а) ди- и б) тетраплоидной гречихи.

Так как нет совпадения в направленности действия регулятор« на активность плазмалеммных АТФаэ и АТФаз КЦ, мохно предположит! что регуляторы способны влиять и на активность цитоплазматичест АТФаз не связанных с мембранами. Показано, что Кв и композиция меньшей, а Эб в большей степени влияли на активность АТФаэ иэолир< ванных КЦ. Отличия результатов опытов in vivo и In vitro свидетел! ствуют о детерминации эффектов препаратов in vivo. Вследствие pa: ных уровней активности АТФаэ дифференцированных компонентов клетс гречихи, основной вклад в суммарную активность АТФаэ вносили АТФа;

КЦ. Поэтому закономерности влияния на нее препаратов совпадали с их действием на АТФазные системы цитоплазмы. Следовательно, увеличение уровня плоидности растений гречихи способствовало большему разнообразию реакции клеточных АТФаэ на действие регуляторов in vivo. Изменения в течение 0.5 часа действия препаратов активности АТФ-рас-щепляющих Ферментов ПМ и, в большей степени КЦ свидетельствовали о быстрых перестройках обменных процессов в клетках.

ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ ПРОРОСТКОВ ДИ- И ТЕТРАПЛОИДНОЙ ГРЕЧИХИ

В частности известно, что действие регуляторов роста затрагивает метаболизм белков. Действительно Кв, Эб и композиция вызывали быстрые (через 0.5 часа) изменения компонентного состава белков гречихи, сходные у ди- и тетраплоидных растений (Рис.2,а). При этом увеличивалась доля компонентов с м.м. 28.5 и 22.1 кД и исчезал белок с м.м. 26.2 кД. Специфика действия Кв и композиции выражалась в появлении компонентов м.м. 20.0 и 21.0 кД. Эффекты препаратов были кратковременными. Изменения, вызываемые действием препаратов на компонент м.м. 26.2 кД у ди- и тетраплоидных, а также Кв и композиции на компонент м.м. 20.0 кД у тетраплоидных растений через 0.5 часа были аналогичны тем, которые происходили с этими компонентами в контроле через 24 часа. Одновременно анализировали изменения по-пипептидного состава белков. Через 0.5 часа у ди- и тетраплоидных лроростков Эб или Кв увеличивали содержание полипептидов с м.м. 34.4, 20.4, 19.5, 19.0 кД, а композиция - вызывала накопление поли-тептидов м.м. 26.7-23.5 кД и исчезновение полипептида 19.0 кД (См. ?ис.2,6). В начале экспозиции Эб изменял содержание компонента с 4.М. 20.4 кД в большей степени у диплоидных растений. Через 24 часа эксперимента с использованием регуляторов у ди- и тетраплоидных 1роростков отмечалось увеличение относительного содержания полипеп-гидов с м.м. 20.4-19.0 кД, а при действии Кв или Эб по отдельности юявлялся дополнительный компонент 17.9 кД.

Зависимость действия Эб на полипептидный состав белков от ге-ютипа и ее отсутствие при действии Эб на компонентный состав бел-:ов свидетельствует о том, что механизм начального действия Эб мо-:ет быть связан с конформационными изменениями белковых молекул. 1оявление в составе белков компонентов м.м. 21.0, 20.0 кД при крат-:овременном действии Кв и композиции и одновременно отсутствие при

их действии новых полипептидов, возможно, связано с высвобождение белков из связанного состояния. Стимуляция появления дополнительны полипептидов при действии Кв и Э6 по-отдельности через 24 ч, воз можно, отражала трансляцию новых компонентов.

Сорт Черноплодная

*> 6) »234 «Л I 2 3 Л

12 3 4

12 3 4

Ш)

Я ....

я Щ

}

7S.4-S7.2 "> 6CXO.se.«

У 27.0*24,3

"У ao-o-ia.s

Ш

Тетр агахоидный сорто обр яэец ■) 6) 1 2 3 4 «Д J 2 3 4

12 14

12 3 4

£

J 75 * 57 2 > «0.0-3S.4

} тмм

J 20.0-12.3

ff! @й

Рис.2. Влияние регуляторов роста (1-Контроль, 2-Кв, 3-Э 4-Комиозиция) на компонентный состав общих белков I), полипептид II) и белков клеточных ядер III) проростков ди- и тетраплоидн гречихи, а) - через 0.5, б) -через 24 часа экспозиции.

Влияние регуляторов на компонентный состав белков клеточн ядер, в некоторой степени отражающий функциональную активность я ра, впервые отмечалось через 24 часа экспозиции (См. Рис.2, е Максимальные изменения вызывал Эб. Влияние Кв практически отсут твовало. У композиции проявлялась доля действия Эб в зоне белк м.м. 58.4-60.0 кД- Следовательно, зависимость от уровня плоиднос

проростков в характере действия на компонентный состав белков проявлялась только для стероида. Сочетание разных подходов к электро-Форетическим исследованиям позволило обнаружить особенности начального действия разных по природе регуляторов на состояние клеточных белков, как первичного продукта генной активности. Однако, под влиянием препаратов возможны изменения в накоплении и вторичных метаболитов. Среди них при исследованиях гречихи наибольший интерес представляют флавоноиды.

ДЕЙСТВИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА СОСТАВ ФЛАВОНОИДОВ И СОДЕРЖАНИЕ РУТИНА В ГРЕЧИХЕ

После совместного дробного или применения препаратов в композиции, если Кв наносился на листья растения, в составе Флавоноидов семян растений появлялось два дополнительных компонента.

На Фоне сложной зависимости содержания рутина от генотипа (уровень плоидности, К-, Д-Форма), возраста растения и вида органа проявлялось также действие регуляторов роста. Эб стимулировал накопление рутина в проростках, в большей степени в тетраплоидных, Кв уменьшал, а композиция несколько стимулировала в диплоидных. В фазу бутонизации-начала цветения направленность и степень изменений содержания рутина в соцветиях после применения регуляторов зависела от вида препарата и в большой степени определялась генотипом растений. У К-растений наблюдалось существенное (от 1.34 до 2.75 раза) увеличение накопления рутина, а у Д-формы, характеризующейся повышенным содержанием гликозида, незначительные колебания от контроля. Степень и направленность эффектов регуляторов на содержание рутина в семенах обработанных растений зависела от вида, концентрации и способа применения препаратов. Стимулировали его накопление Кв после обработки семян и Кв или Эб после опрыскивания. Синергитическую стимуляцию (на 13%) вызывало дробное применение Кв и Эб. Таким образом, показана разнонаправленность действия регуляторов разной структуры на накопление рутина в гречихе.

ВЛИЯНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И КАЧЕСТВО УРОЖАЯ ГРЕЧИХИ

Показанные изменения морфологических и физиолого-биохимических параметров растений гречихи при действии Кв, Эб и их композиции в

конечном итоге отражались на урожайности растений. В онтогенезе : ди- и тетраплоидных растений по-разному изменялась их чувствител: ность к действию регуляторов, так как для диплоидных было эффекта: но опрыскивание, а для тетраплоидных - опрыскивание и обработка с мян. Амплитуда положительных отклонений урожайности растений большей степени зависела от концентрации Эб, чем Кв. Варьирован) концентраций препаратов вызывало изменение характера их эффектов композиции от антагонистического до синергизма. Показано, что ув< личение урожайности гречихи при действии регуляторов в ряде вариа: тов обусловлено возрастанием после действия регуляторов индекса о отношения зерна и соломы(ИСЗС), используемого в качестве критер] отбора при селекции гречихи(Рис.З). В частности, в условиях вегет, ционного опыта Кв увеличивал урожайность гречихи диплоидного сор1 Черноплодная, а Эб тетраплоидных растений при обработке семян инг: бируя нарастание вегетативной массы. Эб стимулировал увеличение о разования семян крупной и средней Фракций у ди- и тетраплоидн растений, кроме варианта с опрыскиванием детерминантного сорта. П вышение урожайности Кв сопровождалась ростом массы 1000 семян кру; ной фракции и натуры средней только у сорта Смуглянка при опрыск вании. Действие композиции характеризовалось увеличением доли кру; ных семян при опрыскивании ди- и тетраплоидных растений и при обр ботке семян гречихи сорта Черноплодная.

эо -ао -

О.с. Опр. О.с. . Опр. О.с. Опр. урожайности. •/« Сорт Черноплодная Сорт Смуглянка Тетрапп. образец ОТ1СОИТРОШ1

Рис.3. Сопоставление изменения урожайности гречихи и изменен ИСЗС при действии регуляторов (1 -Эб, 2-Кв, З-Композиция).

Сравнение результатов полевого и модельного опыта для диплои

ных растений показало, что при недостаточном водоснабжении расширялся диапазон отзывчивых к стимулирующему действию регуляторов типов тканей и увеличивалась эффективность действия препаратов как по-отдельности, так и в композиции. В вегетационных опытах показана возможность синергитической стимуляции Кв и Эб в композиции урожайности растений разных генотипов при опрыскивании, а при обработке семян - тетраплоидных растений. Показано, что в течение ряда лет положительное действие препаратов на величину урожая гречихи не было стабильным. Для наглядности была рассчитана вероятность отмечав-иихся положительных эффектов. При постоянной концентрации препаратов она в разной степени зависела от способа применения, генотипа растений и погодных условий. Применение композитных препаратов позволило увеличить вероятность положительного эффекта на урожайность тезависимо от генотипа при увеличении эффективности.

В полевых опытах повышение урожайности сорта Черноплодная до 1.5% под влиянием Кв и Эб происходило за счет тенденции к увеличению 1родуктивности Д-растений. При последовательном применении препаратов стимулирующее урожайность Д-гречихи действие Эб проявлялось гастолько, что в популяции Д-растения начинали превосходить по проективности короткостолбчатые на 12%. Увеличение урожайности гречи-си на 67% после опрыскивания композицией происходило за счет увели-1ения доли более устойчивых и продуктивных К-растений. Применение Регуляторов роста отражалось также и на качестве урожая, в частности на содержании белка и рутина в обрушенных семенах (ядрице). Ком-юзиция наравне с препаратами по-отдельности вызывала увеличение [акопления белка во фракции альбуминов и глобулинов. Степень изме-1ений находилась в пределах 2-24% в зависимости от вида, концентрами и способа применения препаратов.

ВЫВОДЫ

1. Установлено регуляторное действие Кв, Эб и их композиций на 'ост, развитие, некоторые физиолого-биохимические процессы и проективность ди- и тетраплоидной гречихи, величина и направленность оторого зависела от особенностей препаратов, их концентраций, спо-обов применения.

2. Регуляторы роста оказывали существенное влияние на морфофи-иологические процессы растений гречихи в онтогенезе. Обработка сеян гречихи Кв, Эб и композицией вызывала ускорение развития 1-го и

2-го настоящих листьев, более раннюю дифференциацию бутонов в kohj сах нарастания, интенсифицировала развитие пазушных почек, ускорят цветение, увеличивала площадь листьев и содержание хлорофилла. Ог рыскивание растений в Фазу бутонизации регуляторами роста ускорят цветение. В зависимости от особенностей препарата, концентрации генотипа проявлялись различия в действии отдельных регуляторов.

3. Показаны особенности действия регуляторов роста на мембра! ный потенциал и электрическое сопротивление плазмалеммы клето! Действие Кв на плазмалемму растительной клетки, вероятно, в больше степени связано с изменениями пассивного транспорта ионов, так кг при избыточной концентрации снаружи С1_, образующегося при диссощ ации Кв, происходило относительно медленное накопление отрицател! ного заряда на внутренней стороне плазмалеммы и снижение ее прош цаемости к ионам. Эб действовал на активный и пассивный транспо) ионов через плазмалемму, так как быстро (до 10 минут) деполяризов; мембрану и снижал ее проницаемость к ионам. Эб изменял чувствител1 ность плазмалеммы к Кв в композиции и при последействии.

4. Кв, Эб и композиция ингибировали активность нативных кл< точных АТФаз диплоидных проростков. Увеличение уровня плоиднос растений гречихи способствовало разнообразию реакций плазмалеммш АТФаз на препараты: снижалась чувствительность АТФаз плазмалеммы действию Кв in vivo, стимулмровалась их активность композицией увеличивалась амплитуда изменений активности изолированной плазм< леммы при действии Эб. Активность АТФаз компонентов цитоплазмы растений обоих генотипов ингибировалась Кв. Композиция, сходно i направленности с действием Эб, ингибировала ее у диплоидных и cti мулировала у тетраплоидных растений. Изменения величины суммарн( активности АТФаз при действии Кв, Эб и композиции определяли' главным образом изменениями активности АТФаз компонентов цитопла: мы, так как уровень их активности значительно преобладал над пла: малеммным.

5. Показаны быстрые (в течение 0.5 часа) после воздействия К: Эб и композиции изменения качественного и количественного состояи низкомолекулярных белков проростков гречихи. Регуляторы вызыва. исчезновение компонента м.м. 26.2 кД и увеличение содержания белк< с м.м. 22.1, 28.5 кД. Специфичность действия Кв и композиции проя: лялась в стимуляции появления белков м.м. 21.0 и 20.0 кД. Бол-длительные изменения при действии регуляторов роста наблюдались компонентном составе полипептидов. Уровень плоидности в данном сл;

чае влиял на характер действия только стероида.

6. Выявлены сходные у ди- и тетраплоидных растений изменения в составе белков клеточных ядер из проростков гречихи через 24 часа после воздействия регуляторов роста. Эб стимулировал появление компонентов в средне- и низкомолекулярной областях электрофоретическо-го спектра, комплексный препарат - только в среднемолекулярной зоне , сходно с действием Эб, а Кв не вызывал изменеий.

7. Кв снижал накопление рутина в большей степени в диплоидных проростках гречихи. Направленность действия Эб и композиции зависела от времени после обработки у диплоидных растений. При действии композиции на тетраплоидные растения проявлялся эффект Кв. Применение регуляторов увеличивало содержание рутина в соцветиях короткос-толбчатых растений, а в соцветиях длинностолбчатых растений изменения были разнонаправлены и менее значительны.

8. Действие регуляторов роста на урожай ди- и тетраплоидных растений гречихи по-разному проявлялось в зависимости от концентраций, способов применения и условий выращивания. Регуляторы изменяли соотношение массы вегетативных и генеративных частей растений гречихи. Для сорта Черноплодная показано увеличение доли крупных семян на растении при действии Эб и композиции. Под влиянием всех регуляторов роста усиливаллось накопление альбуминов и глобулинов в ядрице, а Кв и комплексный препарат увеличивали содержание рутина. Повышение урожайности данного сорта при использовании прераратов по-отдельности происходило за счет стимуляции плодообразования длинностолбчатых, а композиции - короткостолбчатых растений. Применение композиции способствовало увеличению стабильности и эффективности стимуляции урожайности генотипов гречихи в условиях ряда лет по сравнению с действием препаратов по-отдельности.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Павлова И.В., Деева В.П. Действие эпибрассинолида, кварта-зина на проницаемость плазмалеммы клетки И^еНа 1Г1ех111в к ионам // Регуляторы роста и развития растений: Тез. докл. Трет, междунар. конф. - Москва, 1995. - С. 88-89.

2. Павлова И.В., Деева В.П. Влияние эпибрассинолида на рост и продуктивность гречихи / Брассиностероиды- биорациональные, экологически безопасные регуляторы роста и продуктивности растений: Тез. докл. симп. Минск., 1995,- С. 25.

3. Павлова И.В., Деева В.П., Анохина Т.А. Реакция разных плоидности сортов гречихи на действие квартазина и эпибрассиноли / Современные проблемы генетики и селекции: Тез. докл. респ. кон

- Минск, 1995. - С. 55.

4. Павлова И.В., Деева В.П. Влияние зпибрассинолида, квартаз на и их совместное действие на полипептидный состав цитоплазмат ческих белков проростков гречихи сорта Черноплодная / Втор, съе Белор. об-ва физиол. раст.: Тез. докл. - Минск, 1995. -С. 28-29.

5. Влияние зпибрассинолида на АТФазную активность плазматиче ких мембран гречихи разных по плоидности сортов /Павлова И.В., Де ва В.П., Басалаев М.В., Шевцова Т.С.// Втор, съезд Белор. об-ва <t зиол. раст.: Тез. докл. - Минск, 1995. -С. 29-30.

6. Deeva V.P., Pavlova I.V., Khrlpach V.A. The effect 24-epibraeslnolide on ATPase activity of plasmalemma and cytople matic components in different buckwheat genotypes /Twenty-third e nuel meeting "Plant growth regulation society of America".- Cal£ ry, 1996. - P. 32-35.

7. Павлова И.В., Деева В.П., Басалаев M.B. Взаимодейстг квартазина и 24-эпибрассинолида на активность АТФазной системь проростках ди- и тетраплоидной гречихи / В сб. Актуальн1 пробле Ф1э1ологИ рослин i генетики:. Тез. допов1д. VI Конф. молодих вче

- Ки1в.- С. 53-54.

8. Павлова И.В., Деева В.П. Влияние зпибрассинолида на АТФс ную активность плазмалеммы и других компонентов клетки из пророс ков гречихи разного уровня плоидности /Доклады АН Беларуси.- 19S

- Т. 40. * 1. -С. 91-94.

9. Деева В.П., Мазец Х.Э., Павлова И.В. Влияние эпибрассино; да и квартазина на полипептидный спектр различных белков в проро< ках гречихи и ДТ-линий пшеницы Чайниз Спринг // В сб.: Успехи фи: ологии и биохимии растений. - Днепропетровск. - 1996. - С. 81-90

10. Фиэиолого-биохимические основы адаптивных реакций отде. ных генотипов при воздействии экзогенных физиологически актив! веществ / Деева В.П., Санько Н.В., Веденеев А.Н., Павлова И.В. , сб.: Проблемы экспериментальной ботаники. - Минск.- Бел. на] 1997.- С. 355-367.

РЕЗЮМЕ

Павлова Ирина Валерьевна Действие разных по структуре физиологически активных веществ на ди- и тетраплоидные растения гречихи Ключевые слова: АТФазная активность, белки, влияние, гречиха, квартаэйн(Кв), композиция регуляторов, мембранный потенциал, полипептиды, урожайность, рутин, зпибрассинолид(Эб).

Объекты исследований - гречиха (Раноругит езси1епЪит) ди- и тетраплоидного уровня, М^е11а £1ех111з. Цель работы - выявление особенностей действия квартазина, 24-эпибрассинолида и композиции на их основе на рост, развитие, Физиолого-биохимические процессы и продуктивность ди- и тетраплоидных растений гречихи и разработка способов увеличения их урожайности. Методы исследований - внеклеточная регистрация электрофизиологических параметров плазмалеммы, гаопикническое разделение компонентов клетки в градиенте плотности Захаровы, электрофорез в полиакриламиде, тонкослойная хроматография. Аппаратура - камера для электрофизиологических исследований, трибор для вертикального электрофореза, центрифуги, фотокалориметры , коллектор фракций.

Установлены особенности действия Кв, Эб и их композиции на пост, развитие, формирование листьев и урожайность гречихи в зависимости от концентраций, способов применения препаратов, от уровня тлоидности растений и условий выращивания. Показана специфика на-«ального действия регуляторов на мембранный потенциал, электричес-:ое сопротивление плазмалеммы модельного объекта, на активность АТ->аз плазмалеммы и компонентов цитоплазмы растений гречихи ди- и ?етраплоидного уровня. Выявлены особенности действия отдельных регуляторов роста на компонентный состав белков и полипептидов про-юстков гречихи. Показана разнонаправленность влияния регуляторов [а содержание фенольных соединений в растениях гречихи. Результаты 1меют существенное значение для понимания механизма регуляторной юли физиологически активных веществ в росте и развитии ди- и тет->аплоидной гречихи, а разработанные способы применения Кв, Эб и юмпозиции, повышающие урожайность гречихи, могут стать эффективны-[и технологичными приемами на ее посевах.

РЭВШЕ

Паулава 1рына Еалер-еуна. Уздзеянне розных па структуры $1з1елаг1чна активных рэчыва?

на да1- 1 тэтрашкндныя раслнш грэчк1 Ключавня словы: АТФазная актыунасць, бялка, уплыу, грэчк. квартаз1н(Кв), кампаз1цыя, мембранны патэнцыял, подхпептыд! ураджайнасць, рутын, эп1брас1нал1д(Эб).

Аб' екты даследванняу - грэчка (Рагоругшп езси1еп1ит) дз1-тэтраплохднага узроуню, НИеПа ПехШз. Мэта работы - высвятлен] асабливасцей дзеяння квартаз1ну, эп1брао1нап1ду 1 1х кампазхцьй ] рост, раав1цце, ф1з1елага-б1ях1м1чныя працэсы, а таксама ураджа: насць Д81- 1 тэтраштднай грэчк! 1 распрацоука спосабау павышэш яе ураджайнаац > Метады даследванняу - пазаклетачная рэг1страц1 электраф1з!ялаг1чных параметра^ плаэмалемы, хвапхгаичнае раздзяле] не кампанентау клетк1 у градз1енце плотнасщ сахарозы, электрафар: у пол1акрылам1дзе, тонкаслсйная храматаграф!я. Апаратура - каме] для электраф1з1ялаг1чных даследванняу, прыбор для вертикальна] электрафарээу, цэнтрыфут, фотакаларыметры, каллектар фракций.

Устаноулены асабл1васц1 двеяння Кв, Эб 1 ¿х кампаз1цы1 I рост, развхцце, фарм!раванне л1сцця 1 ураджайнасць грзчк1 у зале? насцх ад канцэнтрацый, спосабау ужывання прзпаратау, ад узроу! шнпднасщ расл1н 1 умоу вырошчвання. Паказана спецыфхка пачатков; га дзеяння рэгулятарау на мембранны патэнцыял, электрычнае сапрац: уленне плазмалемы мадельнага аб'ъекту, на актыунасць АТФаз плазм,-лемы 1 кампанентау цытаплазмы расл1н грэчк1 дз1- 1 тэтрашклднш узроуню. Высвелены асаблхвасщ двеяння асобных регулятарау на кш панентны склад бялкоу 1 полхпептыдау праросткау грэчкз.. Наказа! разнанатраванасць уплыву рэгулятарау на утрыманне флавано1дау раслхнах грэчкь Еынхк! маюць значэнне для панхызння механ1зму р; гуляторнай рол1 ф1з!ялаг1чна актыуных рэчывау у росце 1 развд.щ грэчк1, а устаноуленыя спосабы ужывання Ке, Эб 1 кампазд.цы1, сц1м> л1руючыя ураджайнасць грэчк1, ыогуць стаць зфектыуныш тэхналапл шла приемам на яе пасевах.

SUMMARY Pavlova Irina Valerievna

Influence of quartazine, epibrasslnolide and their compositions of dl- and tetraplold buckwheat

Key words: ATPase activity, proteins, effect, buckwheat, quartazine, kompoalcion, membrane potencial, polypeptide, grain Jield, rutyn, epibrasslnolide.

The research subject - dl- and tetraplold plants of buckwheat (Fagopyrum esculentum) and as model objekt single cell water-plant Nitella flexilis. The purpose of dissertation was to exposure the influence of quartazine, epibrasslnolide and their composicions on growth, developmrnt, physiological and biochemical processes and crop formation in di- and thetraploid buckwheat; and work out methods to increase the grain jield of this crop. The methods used in research: out of cell registration plasmalemma membrane potencials, division cell components in gradient density of saccharose, elect-roforesis in PAAG, chromatography. Apparatus apllance for electro-foresis <n3<i>A, USSR), colorimetrical anallser (C3>-24, K<J>K-2, USSR).

Special influence of quartazine, epibrasslnolide and their compositions on the growth, development, leaves forming and grain Held of di- and tetraplold buckwheat was determined. It was rewea-led the specific influence of growth regulators on the membrane potencial, electric resi3tence of the Nitella cell and activity of plasmalemma ATPase and ATPase of cytoplaematic components of di-and tetraplold buckwheat. Also it was shown the tendency of changing protein components and flavone accumulation. Theses and conclusions started in dissertacion are of great Intherest in practice is they offer some methods of plantgrowth applications to increase jrain Jield of buckwheat.

Павлова Ирина Валерьевна

Действие разных по структуре физиологически активных веществ на ди- и тетраплоидные растения гречихи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано к печати 29.04.1998 Формат 60*64 1/16 усл. печ. л. 1,5 Уч.- изд. л. Тираж 100 экз. Заказ

Институт физики им. Б.И.Степанова НАНБ 220072 г. Минск, пр. Скорины, 68 Отпечатано на ризографе ИФ НАНБ. Лицензия ЛП №20 от 20.08.97.