CC BY
66
The structure of self-seeding Pinuspallasiana D. Don plantations around 30-35 per annum on a big heap of iron ore in Krivoy Rog. It was established that the restoration of varying intensity in the last 10 years is every year, the area of self-seeding 2,4-21,5 times greater than a mother plantation area, and the density of healthy young plants up to 80 individuals per 100 m2. With the biometric features 10-year-old self-seeding on iron ore dumps little self-seeding yields the ashes in natural populations of P. pallasiana Mountain Crimea. Allelic diversity of self-seeding in iron ore dumps in poorer Deputy 20.5 % 16 polymorphic isozyme loci than 80-100 trees per annum of the Crimean population, although the level of heterozygosity they differ little. In the iron ore dumps actually in the process of formation of extra-zonal populations ofP. pallasiana by self-seeding trees initial planting and restoration of young plants that have reached the reproductive stage of development.
УДК 57.018.6:634.723
ДИНАМ1КА ВМ1СТУ ПЛАСТИДНИХ П1ГМЕНТ1В У ЛИСТКАХ СМОРОДИНИ ЧОРНО1 (RIBES NIGRUM L.)
А.Ф. ЛЫанов1, М.С. Рожко2, А.А. Клюваденко3, С.М. Костенко4
Проведено ш^вняльну оцшку вмюту хлорофшв та каротино'лдав у листках смороди-ни чорно! сорйв Радужна та Прем'ера. Встановлено, що сезонна динамжа вмюту плас-тидних шгментш у листках описувалась логнормальною залежшстю. У рослин, як роз-множувались мшроклонально, пор1вняно з отриманими живцюванням, вмiст пластид-них шгментш (хлорофшв i каротино'лдав) у листках збшьшувався в 1,2-1,6 разiв i був стабшьншим протягом всього перiоду вегетацн. У вегетативно розмножених рослин вмiст хлорофшу а в листках шдвищувався у фазi квiтування. Зниження кшькост хлоро-фiлiв було синхронiзовано iз входженням рослин у фазу плодоношення - вiд початку зав'язування плодiв до масового збирання ягiд. Мшроклонально розмноженi рослини зниження загального вмiсту хлорофiлiв в перiод плодоношення не показали, що зумов-лено бшьш активним розвитком !х коренево! системи.
Ключовi слова: Ribes nigrum L., листки, пластидш пiгменти, хлорофiли, каротино'л'ди.
Важливим показником ефективностi роботи асимшяцшного апарату рослин, 1х здатносп акумулювати продукти первинного метаболiзму е BMicT у листках пластидних пiгментiв i передусш хлорофiлiв. Шгментний комплекс рослин бере участь у процесах фотосинтезу i створюе основу для синтезу багатьох оргашчних сполук, котрi залежно вiд стадш розвитку, фенологiчних фаз i умов вирощування рослин виконують регуляторнi, антиоксидантш, захиснi та iншi важливi функцц [8]. Пiгментний комплекс рослин - складна i надзвичайно сенситивна система, яка динамiчно реагуе на широкий спектр зовшшшх стимулов [9]. Стан фотосинтетичного апарату е одним з показнитв екологiчноí пластич-ностi рослин, а вмiст i спiввiдношення хлорофiлiв використовують як маркери 1х загального стану та потенцшно! продуктивностi [4, 5, 7, 13]. За умов пос-тiйноí штенсивносп свiтла концентрацiя хлорофшу лiнiйно залежить вiд трива-лостi перiоду освилення [1, 2, 6, 13]. Вщомо також, що рослини, фотосинтез яких вiдбуваеться в оптимальних умовах, у пластидах мктять зазвичай бiльший
1 доц., ст. наук. спгвроб. А.Ф. Л1ханов, канд. бюл. наук - НУБ1П Украши;
2 пров. фах1вець М.С. Рожко, малстр - НУБ1П Украши;
3 ст. наук. сп1вроб. А. А. Клюваденко, канд. с.-г. наук - НУБ1П Украши;
4 наук. спгвроб. С.М. Костенко, канд. с.-г. наук - НУБ1П Украши.
пул хлорофшу а. Отже, визначення вмкту у листках пластидних шгменпв -хлорофшв i каротиновдв - дае важливу шформацда для анал1зу ф1з1олог1чного стану i продуктивностi рослин [3, 6, 10, 11]. Водночас мало вивченими залиша-ються питания впливу технологи мжроклонального розмноження ягiдних культур на загальний стан i динамшу складу пiгментного комплексу рослин-регене-ранпв за умов 'х вирощування у вщкритому грунт! З огляду на це, метою njei роботи е вивчення сезонно' динамiки вмiсту хлорофшв i каротиноíдiв у листках рослин смородини чорно' в оитогенезi за рiзних способiв отримання садив-ного матерiалу.
Матерiали та методи дослвдження. Рослини-регенеранти смородини чор-но!' сортiв Радужна i Прем'ера шсля адаптацií до умов вiдкритого грунту було висаджено на дослвдш дшянки НДП "Плодоовочевий сад" НУБiП Украши. Для дослiдження вiдбирали листки вiдповiдно до фази вегетацiйного перiоду. Мате-рiалом для дослiджень були рослини шсля культури in vitro й адаптоваш до умов ввдкритого грунту, та рослин, що розмножувались живцюванням.
Для дослiджения пiгментного комплексу наважку 1 г листюв розтирали у 10 мл метилового спирту. Спиртовi екстракти центрифугували 5 хв при 12 тис. об/хв. Готовi зразки збертали у морозильнiй камерi за температури -20 °C. Оп-тичну густину метанольних екстрактiв вимiрювали на сканувальному спектро-фотометрi Optizen POP (Пшденна Корея). Кiлькiсний вмiст хлорофшв та каро-тино'дш розраховували за формулою [12]:
са (мг/мл) = 16,72А665,2 - 9,16Аб52,4 сь (мг/мл) = 34,09А652,4 - 15,28А665,2 C(x+c) (мг/мл) = (1000А700 - 1,63 са - 104,96сь)/221.
Статистичне оброблення даних здiйсиювали за допомогою комп'ютерно!' програми Statistica 7.0. Pегресiйний аналiз i математичне моделювання сезонно!' динамши вмiсту пластидних пiгментiв у листках виконували в програмi Sigma Plot 12.0.
Результати дослвдження та ix обговорення. Успiшна адаптацiя рослин-регенерантв до умов вiдкритого грунту шсля культури in vitro дала змогу ощ-нити ефективнкть бiотехиологiчного способу отримання садивного матерiалу i з'ясувати його переваги перед живцюванням. Унаслвдок проведених досль джень, якi тривали протягом всього вегетацiйного перiоду вщ початку розпус-кання бруньок до осшнього забарвлення листкiв, з'ясовано, що за комплексом важливих показникiв фактично пiдтверджуеться перевага бiотехиологií над тра-дицiйними способами розмноження смородини чорно'. Так, у рослин, що пройшли процедуру мiкроклонального розмноження, поршняно з тими, що от-риманi способом живцювання, характеризувались пiдвищеним вмiстом пластидних шгментш. У вегетативно розмножених рослин сезонна динамiка вмiсту хлорофшу а виявила значне пiдвищения кшькосп пiгмеиту в фазi квiтувания рослин, шсля яко' спостерiгалось його тривале зменшення. Така тенденцiя була синхрошзована iз входженням рослин у фазу плодоношення вiд початку зав'язування плодiв до масового збирання ягiд (рис. 1).
Рис. 1. Сезонна динамЫа eMicmy хлорофШв та каротиноШв у листках сморо-дини чорно'1 сорту Радужна заpi3Hux способа ii розмноження: 1) розпускання бруньок; 2) формування бутотв; 3) квтування; 4) формування зав'яз1; 5) початок плодоношення; 6) масовий зб1р плод\в; 7) закладання генеративних бруньок;
8) опадання листк1в
Враховуючи той факт, що плоди смородини чорно! мштять значну кть-юсть мкроелеменпв, зокрема мщь, замзо i марганець, яю беруть безпосередню участь у сиш^ хлорофшв i формуваннi свiтлозбирального комплексу, зни-ження показникiв бiосинтезу тгменпв може бути наслiдком складного пере-розподту важливих елементiв живлення в рослинному органiзмi. Варто також зазначити, що цей ефект е достатньо стабшьним i спостерiгався в усiх дослщже-них сортiв. Водночас сезонна динамка мала i мiжсортовi вщмшносп, якi визна-чались амплiтудами i характером коливального процесу (див. рис. 1, 2).
Дослщження динамiки стану пластидних пiгментiв показало, що тсля культивування рослин в умовах in vitro рослини-регенеранти в перюд адаптацп поступово збтьшують загальний пул хлорофту а, втiм iнтенсивнiсть цього процесу мае певний сортоспецифiчний характер.
[ вептаци
Рис. 2. Сезонна динамжа вм^ту хлорофШв та каротиноШв у листках смородини чорног сорту Прем'ера зарiзних способiв и розмноження (умовт познач-
ки - див. рис. 1)
Рослини, яю пройшли стадш мшроклонального розмноження, вираженого спаду в синтезi тгменпв у перюд плодоношення не показали. Можливою причиною, що зумовлюе стабшьшсть вмiсту хлорофiлу а в листках смородини чорно!' е оптимальний розвиток i висока фiзiологiчна актившсть коренево! системи. Розвинена коренева система е одтею з головних умов фiзюлоriчноi' стабшьнос-
Ti рослинного оргашзму. Забезпечення тканин i оргашв потрiбною кiлькiстю макро- i мкроелементк вiдбуваeться завдяки збiльшенню площi всмоктування коренево1 системи. Обстеження мiкроморфологií коренево1 системи показало, що пiсля культури in vitro штенсивнкть росту коренк значно зростае.
Функцiональну активнiсть свклозбирального комплексу, який дае змогу ефективно використовувати енергда свiтла, виконувати захист мембран тилако-1дк вiд фотоокислення, забезпечують допомiжнi пiгменти - каротино'ди. 1х синтез зазвичай потребуе вiдносно тривалого часу i е важливою складовою части-ною процесу формування адаптацiйноí системи рослинного оргашзму. Стосовно допомiжних тгментк (хлорофку b i каротиноíдiв) спостерiгалась аналогiчна, проте за характером дещо зглажена, динамка коливального процесу. Вдаошен-ня зелених пiгментiв до каротиновдв у рослин у перюд культивування in vitro було найбшьшим для цих сорив, пiсля адаптацií до умов ввдкритого грунту цей показник iстотно зменшувався, що свiдчить про посилення у рослин захисних оптично активних систем. Потенцшну фотопродуктивнкть рослин характеризуе сума i спiввiдношення зелених пiгментiв. У дослщжуваних сортах iндекс Хл а/Хл b перевищував одиницю, i найвищим цей показник був для обох сорив у фазi квiтування. Сезонна динамка нагромадження хлорофiлу а характеризува-лась логнормальною залежнiстю, яка математично описувалась рiвнянням
( 1 (1 хл /00 = Уо + а • exp -— • I -к— 2x I b x0
V у
де: у о - концентрация хлорофку у тканинах листкiв на початкових етапах веге-тацп; а, b - емпiрично визначенi коефiцiенти, з яких перший характеризуе наси-ченкть системи пiгментом, другий - визначае швидккть та iнтенсивнiсть його нагромадження; х0 (х0 Ф 0) - показник шерцшноси, який визначае швидккть ввдгуку системи на зовнiшнi та внутршш чинники; х - тривалкть вегетацií.
а) б)
Рис. 3. Сезонт вiдмiнностi в динамщ вм^ту хлорофйгу а у рослин сорту:
а) Радужна; б) Прем'ера (умовт позначки - див. рис. 1)
Точнкть апроксимацц (Я2 = 0,94) емшричних даних визначеними ркнян-нями достатня для того, щоб використовувати !х як функцюнальш моделi для
дослвдження фiзiологiчних процесiв у тканинах листкiв рослин, ят розмноженi традицiйним способом i методом культури in vitro (рис. 3,а).
У рослин сорту Прем'ера, що розмноженi традицшним шляхом, динамша вмiсту хлорофiлу а представляе коливальний процес, який описуеться рiвиян-ням загасаючо! синусо'ди (рис. 3,б):
У = Уо + a ■ e
. f 2px sin I--+ c
I b
де: у0 - концентрацiя хлорофшу у тканинах листкв на початкових етапах веге-тацц; а, b, d - емпiрично визначенi коефщенти, з яких перший зумовлюе наси-ченiсть системи пiгментом, другий - визначае швидккть коливального процесу, останнш - зумовлюе затухания коливального процесу; х - тривалiсть процесу (вегетацп).
Для апроксимацií коливального характеру динамши фiзiологiчного процесу пiдiбрано коефщенти рiвияния (R2 = 0,87), яю мали такi значення: a = 2,6906; b = 4,8291; с = 3,5602; d = 5,8925; y0 = 4,7134. За постановкою емшрич-но отриманих коефiцiентiв рiвняння мае вигляд
x
5,8925
y = 4,7134 + 2,6906 • e ^5,8925> sin(0,4142px + 3,5602).
Виражений коливальний характер свiдчить про надзвичайну пластичнiсть пластидного комплексу, яка синхрошзована з фазами вегетацií. Водночас варто враховувати також погоднi умови, вщ яких iстотно залежить загальний стан рослин.
Сезонна динамiка вмiсту хлорофшу а у рослин шсля культури in vitro опи-сувалась логнормальним рiвияниям (R2 = 0,97) подiбним до тих, що було пвдб-рано для сорту Радужна. Коефщенти рiвияния логнормально! залежностi для вегетативно розмножених й адаптованих до умов вщкритого грунту рослин, пiсля культури in vitro, наведено у табл.
Табл. Коеф^енти логнормальнихрiвнянь, яК описують динамг'ку BMicmy флаво-
Сорт Споиб розмноження a b х0 Уо R2
Радужна вегетативний 11,2411 0,3346 3,6461 3,3946 0,91
пiсля in vitro 22,2853 0,4679 5,3407 1,8809 0,94
Прем'ера вегетативний - - - - -
тсля in vitro 28,6739 0,6363 6,6407 1,9413 0,97
В умовах in vitro також виявлено нерегулярш коливання в штенсивносп нагромадження пластидних пiгментiв у листках рослин чорно! смородини (рис. 5). Цей феномен мае значно менший вплив вiд зовнiшнiх чинникiв, оскшь-ки бiльшiсть основних ресурсов, !х доступнiсть е регулярною протягом року. У примщенш для культивування рослин шдтримуеться вiдносно стабiльна температура (25-26 °С), освiтленiсть i 16-годинний фотоперiод, вологiсть повiтря i склад живильного середовища. Останнiй за умов дотримання протоколу е вирь шальним чинником дотримання однорiдностi умов культивування рослин.
Отже, на особливу увагу заслуговують показники кшькосп пасажування, генетично детермiнованi бiологiчнi ритми регенерантк, а також геофiзичнi чин-ники, вплив яких не може бути повнктю виключений (геомагнiтне поле, гравь тацiйнi явища тощо). У наших дослкженнях процес мiкроклонального розмно-ження мав чiтку регламентованiсть i векторну спрямованiсть у часi. Якщо при-пустити, що кiлькiсть пасажiв е вирiшальним регуляторним фактором, ввд якого залежить синтез хлорофкк, то динамка вмкту мала б лшшну або iншу склад-ну математичну залежнiсть, яка описувала б поступову стабшзащю або зни-ження кшькосп хлорофiлiв.
Рис. 5. Сезонна динамта вмкту хлорофiлiв i каротино'Шв у листках смороди-ни чорноЧ за умов культивування in vitro (умовт позначки - див. рис. 1)
Отже, найвiрогiднiшим видаеться мехашзм генетично!' детермкованосп перкдичного коливання стану фотосинтетичного апарату, який був за^пле-ний у хода еволюцп i синхрошзований iз сезонними коливаннями клiмату.
Отже, встановлено, що у рослин сортк Радужна i Прем'ера сезонна динамь ка вмiсту хлорофiлiв у листках характеризувалась логнормальною залежнiстю. У м^оклонально розмножених рослин, порiвняно з саджанцями, якi отриманi живцюванням, вмiст пластидних пiгментiв у листках (хлорофкк i каротинощк) був вищим в 1,2-1,6 разк i стабiльнiший протягом всього перкду вегетаид.
Лiтература
1. Ан^анова Ю.Е. Хлорофилл и продуктивность растений / Ю.Е. Андаанова, И.А. Тарчевский. - К. : Вид-во "Либщь", 2000. - 135 с.
2. Головацкая И.Ф. Оптимизация русловий освещения при культивировании Solanum tuberosum L. микроклонов сорта Луговской in vitro / И.Ф. Головацкая, В.Ю. Дорофеев, Ю.В. Медведева // Весник Томского государственного ун-та, 2013. - № 4. - С. 23-37.
3. Жученко A.A. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы) / А.А Жученко. - Кишинев : Изд-во "Штиинца", 1990. - 432 с.
4. Запрометов М.Н. Фенольные соединения. Распространение, метаболизм и функция в растениях / М.Н. Запрометов. - М. : Изд-во "Наука", 1993. - 272 с.
5. Костенко С. М. Вмгст та сшвввдношення фотосинтетичних тгменпв у листках представникв роду Philadelphus L. насаджень м. Киева / С.М. Костенко, А.Ф. Жханов, С.Б. Ковалевський // Науковi доповiдi НУБiП Украгни : зб. наук. праць. - К. : Вид-во НУБШ Украгни. - 2014. - № 6. - 143-142.
6. Маляровская В.И. Влияние спектрального состава света на рост и развитие Lilium caucasicum в условиях культуры in vitro / В.И. Маляровская, Т.М. Коломиец, Р.Н. Соколов, Л.С. Самарина // Научный журнал КубГАУ. - 2013. - № 94(10). - С. 46-52.
7. Пентелюк О.С. Динашка вм1сту шшфенолш у листках рослин пркокаштана звичайного (Aesculus hippocastanum L.) / О.С. Пентелюк, А.Ф. Жханов, 1.П. Григорюк // Бюресурси i природокористування : зб. наук. праць. - 2016. - Т. 7, № 1-2. - С. 5-12.
8. Полевой В В. Физиология растений / В.В. Полевой. - М. : Изд-во "Высш. шк.". - 1989. -
464 с.
9. Починок Х.Н. Методы биохимического анализа растений / Х.Н. Починок. - К. : Вид-во "Наук. думка", 1976. - 336 с.
10. Титова М.С. Содержание фотосинтетических пигментов в хвое Picea abies и Picea koraiensis / М.С. Титова // Вестник Оренбургского государственного университета : сб. науч. тр.
- 2010. - № . 12. - С. 9-12.
11. Халил Д.А. Концентрация и активность хлорофилла как индикаторы биофизического мониторинга окружающей среды / Д.А. Халил. - Кишинэу : Изд-во Национального ин-та экологии Республики Молдова, 2012. - 346 с.
12. Handbook of Food Analytical Chemistry: Pigments, Colorants, Flavors, Texture, and Bioactive Food Components - Ed. by E. Wrolstad ... [et. al.] / Pigments and colorants - 2005. - F. 4. -Pp. 175-176.
13. Plant pigments and their manipulation. - Ed. by K.M. Davies // Annual plant reviews. - 2004.
- Vol. 14. - 352 p.
Надтшла до редакцп 26.09.2016р.
Лиханов А.Ф., РожкоМ.С., Клюваденко А.А., Костенко С.Н. Сезонная динамика содержания пластидных пигментов в листьях смородины черной (Ribes Nigrum L.)
Проведена сравнительная оценка содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях смородины черной сортов Радужная и Премьера. Установлено, что сезонная динамика содержания пластидных пигментов в листьях описывалась логнормального зависимостью. В листьях растений, размножаемых микроклонально, по сравнению с полученными черенкованием, содержание пластидных пигментов (хлорофиллов и ка-ротиноидов) увеличивалось в 1,2-1,6 раз и было более стабильным в течение всего периода вегетации. У вегетативно размноженных растений содержание хлорофилла а в листьях повышалось в фазе цветения. Снижение количества хлорофиллов было синхронизировано с вхождением растений в фазу плодоношения - от начала завязывания плодов до массового сбора ягод. Микроклонально размноженные растения снижения общего содержания хлорофиллов в период плодоношения не показали, что обусловлено более активным развитием их корневой системы.
Ключевые слова: Ribes nigrum L., листья, пластидные пигменты, каротиноиды, рН-дифференциальная спектрофотометрия.
Likhanov A.F., Rozhko M.S., Kliuvadenko A.A., Kostenko S.M. The Dynamics of Plastid Pigments Content in Leaves of Blackcurrant (Ribes Nigrum L.)
Comparative evaluation of pigments and carotenoids content in leaves of blackcurrant varieties Raduzhna and Prem'iera was held. Seasonal dynamics of accumulation chlorophylls in leaves was characterized by lognormal dependence. Content of plastid pigments (chlorophylls and carotenoids) in leaves of microclonal propagated plants was higher 1,21,6 times than plants propagated by cutting. During all vegetation period quantitative indices were more stable in microclonal propagated plants. Chlorophyll a content in leaves of vegetative propagated plants was increased on flowering stage. Decreasing of chlorophylls amount was synchronized with starting of fruiting stage. In microclonal propagated plants chlorophylls amount wasn't decreased on fruiting stage. It is supposed to be caused by more active development of root system.
Keywords: Blackcurrant, Ribes nigrum L., leaves, plastid pigments, chlorophylls, carotenoids.
