CC BY
31
ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЗДОРОВЫХ И ПОРАЖЕННЫХ
ТРИПСОМ ЛИСТЬЕВ ОГУРЦА
С.А. ПОЗДНЯКОВ, асп. каф. энтомологии РГАУ- МСХА им. К.А. Тимирязева,
Л.Э. ГУНАР, доц. каф. хранения, переработки и товароведения продукции растениеводства
РГАУ - МСХА им. К. А. Тимирязева, канд. биол. наук,
B.А. КАРАВАЕВ, проф. каф. общей физики МГУ им. М.В. Ломоносова, д-р физ.-мат. наук, М.К. СОЛНЦЕВ, доц. каф. биофизики МГУ им. М.В. Ломоносова, канд. физ.-мат. наук,
C.А. ГЛАЗУНОВА, студентка каф. общей физики МГУ им. М.В. Ломоносова, Е.А. КУЗНЕЦОВА, доц. каф. физики МГУЛ, канд. физ.-мат. наук
Западный цветочный, или калифорнийский трипе, ГгапкИтеНа оссхйеМаИх (Ре^апс1е) в настоящее время является главным вредителем тепличных культур во всем мире. Он поражает многие виды овощных и цветочных культур и обладает резистентностью к широкому ряду применяемых инсектицидов. Прокалывая эпидермис, трипе выделяет в ранку ферменты, способные вызвать у растения реакцию сверхчувствительности. В результате площадь поврежденной поверхности листа значительно превышает зону питания. Первоначально это вызывает появление желтых некротических пятен, а при нарастании численности вредителя - к появлению некрозов и отмиранию участков растительной ткани.
Известно, что повреждения, вызываемые трипсом, могут влиять на размещение углерода в растении и размер листа [4]. Вместе с тем влияние поражения трипсом на фотосинтетический аппарат листа до конца не изучено. В данной работе исследованы люминесцентные показатели здоровых и пораженных трипсом листьев огурца, отражающие эффективность первичных процессов фотосинтеза и структурно-функциональную организацию фотосинтетического аппарата.
Представлены результаты двух опытов, проводившихся летом 2005 г. (опыт № 1) и в зимне-весенний период 2006 г. (опыт № 2). Огурцы выращивали в лабораторных условиях в рассадных горшочках объемом 500 см3 до стадии трех настоящих листьев. После этого половину растений каждого варианта поражали трипсом: на каждое растение высаживали по две личинки II возраста и 1 имаго
трипса. В опыте № 1 растения были поражены 01.07.2005, в опыте № 2 - 01.03.2006. В опыте № 2 за два дня до высаживания личинок все растения опрыскивали дистиллированной водой. В опыте № 1, кроме того, использовали листья трехмесячных растений огурца со значительными следами поражения трипсом. Эти растения выращивались в специальной камере для культивирования трипсов.
Исследовали медленную индукцию (МИФ) и термолюминесценцию (ТЛ) листьев растений. МИФ регистрировали по методике, описанной в [1]. Лист отрывали от стебля, помещали в держатель и адаптировали к темноте в течение 5 мин. Флуоресценцию возбуждали широкополосным синим светом (50 Вт/м2), а регистрировали на длине волны 686 нм. При измерениях ТЛ образцы подвергали предварительному освещению при комнатной температуре светом с длиной волны 725 нм в течение одной минуты. Затем их быстро охлаждали до -30 °С и облучали насыщающим белым светом (30 Вт/м2) в течение 3 мин. После этого лист охлаждали до -80 °С, а затем нагревали до 80 °С со скоростью около 30 град./мин; ТЛ регистрировали в процессе нагрева.
Результаты опыта №1. Характерные кривые МИФ здоровых и пораженных трипсом листьев растений представлены на рис. 1.
Согласно общепринятым представлениям, высокие значения интенсивности флуоресценции в первые секунды освещения связаны с восстановлением первичного акцептора электронов фотосистемы 2 (ФС 2). В последующий период начинают работать регуляторные механизмы, обеспечивающие
оптимальное функционирование системы фотосинтетических реакций, и флуоресценция уменьшается. Тушение флуоресценции на стадии -» обычно подразделяют на фотохимическое и нефотохимическое. Первое связано с окислением первичного акцептора ФС 2, второе - с рядом процессов, не связанных напрямую с состоянием ()А. Главные из этих процессов - образование протонного градиента на тилакоидной мембране и диффузия подвижных светособираю-щих комплексов в ту область хлоропласта, где концентрируются комплексы ФС 1. В качестве параметра МИФ использовали отношение - где - интенсивность флуорес-
ценции в максимуме индукционной кривой, Рт - стационарный уровень флуоресценции. Ранее было показано, что относительные изменения этого флуоресцентного показателя соответствуют относительным изменениям фотосинтетической активности в расчете на хлорофилл [5].
Рис. 1. Характерные кривые медленной индукции флуоресценции листьев огурца: 1 - здоровые растения; 2 - растения, пораженные трипсом (4-й настоящий лист, 20 дней после высаживания личинок); 3 - лист из специальной камеры (значительные следы поражения)
Растения, пораженные трипсом в ходе основного эксперимента, имели незначительные видимые признаки поражения (отдельные мелкие серо-бурые точки). Значения (7ГМ-7?Т)/.РТ при поражении уменьшались и составляли 70-90 % от контрольных значе-
ний, что свидетельствует о соответствующем снижении фотосинтетической активности. Это уменьшение было зарегистрировано у всех исследованных листьев и во все сроки отбора (табл. 1). У пораженных растений отсутствовал первый, «быстрый» пик МИФ, наблюдавшийся у здоровых растений (рис. 1). Этот пик обычно появляется через 1-3 с после включения освещения и характерен для относительно молодых листьев. Таким образом, можно констатировать, что поражение трипсом в данном случае вызывало ускоренное старение растений.
Листья растений из камеры для культивирования трипсов имели признаки сильного поражения: большая часть поверхности листа была покрыта некротическими пятнами. Первый, «быстрый» пик на кривой МИФ отсутствовал, тушение флуоресценции после достижения максимального значения было замедлено (рис. 1, кривая 3). Значения у этих листьев на всех стадиях эксперимента были стабильно низкими (табл. 1). Эти данные свидетельствуют о значительном поражении фотосинтетического аппарата растений.
/Ч " 'ч У \ «г 4
.40 -20 Ь "¡И..... я гв т, •«;'
А / V • «V А
40 -Ш С ¡¿О 4« «О »0 у «£
'ЧввИГ*
-40 -20 о га ¿о № ВС т
Рис. 2. Характерные кривые термолюминесценции листьев огурца: 1 - здоровые растения; 2 - растения, пораженные трипсом (3-й настоящий лист, 12 дней после высаживания личинок); 3 - лист из специальной камеры (значительные следы поражения)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2006
221
Таблица 1
Значения - Гт)/Р'.„ медленной индукции флуоресценции здоровых и пораженных
трипсом листьев растений
Срок отбора Здоровые Растения Растения, пораженные трипсом Сильное поражение трипсом
05.07.2005 1-й лист 0,51
0,86 (100 %) 0,76 (88 %)
' 12.07.2005 3-й лист 0,53
0,93 (100%) 0,74 (80 %)
20.07.2005 4-й лист 0,52
1,00(100%) 0,74 (74 %)
27.07.2005 5-й лист 0,55
1,15 (100%) 0,92 (80 %)
Характерные кривые ТЛ листьев растений представлены на рис. 2. Механизм возникновения отдельных полос ТЛ подробно описан в обзоре [3]. Широкую полосу в области температур от +20 до +60 °С можно соотнести с известной в литературе полосой В, за которую ответственна рекомбинация отрицательных зарядов с вторичного хинонового акцептора <3Н" и положительных зарядов от различных состояний кислород-выделяющего комплекса. Полоса в области более высоких температур известна как полоса С. Предполагается, что она имеет «нефотосинтетическую» природу и обусловлена взаимодействием с кислородом тех продуктов, которые появляются в результате деструкции мембран при замораживании и нагревании фотосинтетических объектов. Эта полоса обычно «разгорается» под действием неблагоприятных факторов (недостаток минерального питания, обработка некоторыми химическими агентами и т.п.).
При поражении растений трипсом наблюдалось заметное «разгорание» полосы С (рис. 2, кривые 2, 3), что свидетельствует об ухудшении структурно-функциональных характеристик мембран хлоропластов. Одновременно с этим увеличивалась интенсивность ТЛ при небольших положительных температурах (от 0 до 10 °С). Пик в этой области температур известен как гербицидный, или О-пик. Известно, что он появляется при обработке фотосинтезирующих объектов ингибитором диуроном, блокирующим цепь электронного транспорта между первичным и вторичным хиноновыми акцепторами элек-
тронов ФС 2. Пик В при поражении растений трипсом уменьшался по величине (рис. 2, кривая 2), а при сильном поражении смещался в сторону более низких температур (рис. 2, кривая 3). Эти эффекты, очевидно, обусловлены частичным прерыванием цепи электронного транспорта между фотосистемами, в результате чего при обратных реакциях ре-комбинируют электроны преимущественно с С>д~, а для этого необходима меньшая энергия активации и соответственно более низкая температура нагрева. Эти данные хорошо согласуются с результатами измерения МИФ.
Результаты опыта № 2. В этом случае изменения показателя ^ -Г МИФ растений, пораженных трипсом, зависели от номера листа и срока отбора (табл. 2). У первых настоящих листьев, со следами видимого поражения, значения (.Рм - К^АР.,. были ниже, чем у соответствующих непораженных растений. У более молодых листьев наблюдалась тенденция к увеличению значений (Рм- у пораженных растений по сравнению с непораженными. Этот эффект, очевидно, связан с ответными защитными реакциями растений на ранней стадии стрессового воздействия трипса. Ко времени третьего отбора этот эффект исчезал, и наблюдалось снижение флуоресцентного показателя у листьев всех ярусов, в том числе и самых верхних. Увеличение (Гм - Гг)/Гт было связано главным образом с увеличением значения по сравнению с Г. Можно предположить, что это обусловлено снижением градиента протонов на тилакоидной мембране в первые секунды освещения за счет более активного синтеза АТФ.
Таблица 2
Значения (.Рм - медленной индукции флуоресценции здоровых и пораженных трипсом листьев растений
Вариант 1-й отбор (07.03.2006) 2-й отбор (14.03.2006)1 3-й отбор (24.03.2006)
Номер листа
1 2 3 3 4 3 5 6
Здоровые растения 0,62 0,59 0,61 0,61 0,65 0,48 1,05 1,10
Растения, пораженные трипсом 0,53 0,62 0,65 0,64 0,70 0,43 1,00 1,00
Таблица 3
Биомасса здоровых и пораженных трипсом растений огурца (в расчете на одно растение, г)
........ ......... .....................—.......—]— Вариант | 3-й отбор (24.03.2006) 4-й отбор (04.04.2006)
Здоровые растения ! 15,0(100%) 25,5 (100%)
------------------------------------------- : ' Растения, пораженных трипсом_ 12,5 (83 %) 18,5 (73 %)
Это е свою очередь приводит к ускорению электронного транспорта к увеличению фогосинтетической активности в целом. Этот эффект согласуется с дайны ми других авторов: было, например, установлено, что при питании популяции западного цветочного трипса с низкой плотностью на листьях перца происходит небольшое увеличение интенсивности фотосинтеза \Ь\. Аналогичныерез>'льтатыбыли получены в опытах с двупятнисгым паутинным клещом иа растениях огурца [7].
Биометрические измерения, произведенные на заключительных стадиях эксперимента, показали, что растения, пораженные трипсом, имели существенно меньшую биомассу, чем здоровые растения (табл. 3).
Таким образом, можно констатировать, что поражение растений огурца трипсом приводит в целом к ухудшению структурно-функциональных характеристик мембран хлоропластов, снижению удельной (в расчете на хлорофилл) фотосинтетической активности и уменьшению биомассы растений.
Библиографический список
!. Караваев, В.А. Влияние Ка2НР04 на медленную индукцию флуоресценции и фотосинтез листьев
5.
6.
7.
бобов / В.А. Караваев, И.Б. Полякова // Физиология растений. - 1998. - Т. 45. - С. 5-10.
йноу, Й. Термолюмкнесценция фотосинтетического аппарата / Й йноу, К. Сибата // Фотосинтез.
- Т. 1 / под ред. Гояннджи. - М: Мир. - 1987. -С.680-712,
Солнцек, М.К. О природе полосы термолюминесценции фотосинтетических объектов при 40-80 °€ / М.К. Солнцев // Журнал физической химии,-1989.-Т. 63.-С. 1959-1960. Welter S.C.. Rosenheim J.A., Johnson M.W.. Май R.F.L., Gusukuma-Minoto L.k. Effect of thrips pal-mi and western flower thrips (Thysanoptcra: Thripi-dac) on yield, growth, and carbon allocation patterns in cucumber // J. Econ. Entomol. - 1990. - V, 83. -P. 2092-2101.
Karavaev V.A., Polyakova LB.. Solntsev M.K., Yuri-na T.P. Effect of various chemical agents on photosynthesis studied by the method of fluorescence induction // Journal of Luminescence. - 1998. - V. 76&77. -P. 335-338.
Shipp J.L., Нао X., Papadopoulos A.P., Binns M.R. Impact of western, flower thrips (Thysanoptera: Thrip-idae) on growth, photosynthesis and productivity of greenhouse sweet pepper //' Scientia Horticulturae.
- 1998.-V. 72.-P. 87-102.
Van der Welf W., Gijzen H, Rossing W.A.H., Dierkx R.T., Tomczvk A. Calculation of the influence of the vertical distribution of feeding injury by two-spotted spider mite (Tetranychus urticae) on photosynthesis and respiration of cucumber // IOBC, WPRS Bull. -1996.-V. 19.- P. 199-202.
