CC BY
11стоинкл молодого ВЧЕНОГО
УДК 633.6
0. I. Присяжнюк, кандидат с'льськогосподарських наук
1. I. Коровко, асп1рант
1нститут бiоенергетичних культур i цукрових буряюв НААН InnaKorovko1990@gmail.com
Розроблення методу експрес^агностики стану
фотосинтетичного апарату рослин цукрових буряюв на основi
• # ■ •• • ■ •
¡нтенсивност1 флуоресценци хлороф|лу
Описано залежн1сть штенсивност1 флуоресценци хлороф[лу в1д бюлог1чних особ-ливостей г1брид1в цукрових бурякв та фаз розвитку рослини. Оцшено меж1 точност1 методу експрес-д1агностики стану фотосинтетичного апарату рослин цукрових бурякв.
Ключов1 слова:
експрес^агностика, нтенсивысть флуоресценци хлорофшу, буряки цукровк
Вступ. ^KpoBÍ буряки - досить св^лоак-тивна культура. Оптимальне формування асими ляцiйного апарату цукрових буряюв позитивно впливае на накопичення сухоТ речовини i вро-жайшсть культури. Тому успiшне розв'язання проблеми ефективноТ' експрес-дiагностики стану посiвiв потребуе чiткого розумiння закономiр-ностей формування асимшяцмного апарату, зна-ходження на цм основi спектральних парамет-рiв, найбiльш iнформативних щодо характеристик стану рослин, розроблення адекватних мето-дiв та апаратури для Т'х вимiрювання, а також об-фунтованоТ' вiдповiдi на питання, що стосуються кiлькостi та якостi вимiрюваноТ' нформацп для ТТ рацiонального та ефективного використання.
Флуоресценщя хлорофiлу е одним з показ-никiв, що дае можливiсть дослiджувати в живих об'ектах переб^ фотохiмiчних реакцiй, пов'язаних з роботою фотосистеми. Залежно вiд стану фотосинтетичного апарату нтенсивысть флуоресценци хлорофшу in vivo може значно змЫюватися, що особливо помп"но в разi освiтлення попе-редньо адаптованого до темряви листка. 1нтен-сивысть сигналу флуоресценцiТ' спочатку рiзко зростае, потiм поступово зменшуеться. Це яви-ще, яке вперше дослщив Ганс Каутський, нази-вають «ндук^я флуоресценцiТ' хлорофiлу» (1ФХ), або «ефект Каутського». Залежнiсть iнтенсивностi флуоресценцiТ' хлорофшу вiд часу пiсля початку освЬлення вiдома як iндукцiйна крива, або крива Ыдукцп флуоресценцiТ' хлорофiлу [1].
Форма шдукцшно'Т кривоТ е чутливою до змiн стану фотосинтетичного апарату внаслщок дiТ' несприятливих чинникiв або фiзiологiчно ак-
тивних речовин, наприклад, гербiцидiв [2].
Метою дослiджень було визначення ндук-цп флуоресценци хлорофшу в гiбридiв цукрових бурякiв за рiзних фаз розвитку культури для об-рання найбiльш iнформативних числових показ-никiв криво'' 1ФХ для визначення фiзiологiчного стану рослин та з'ясування на Тх основi кореля-цiйних залежностей Mix iнтенсивнiстю флуоресценци та вмiстом хлорофiлу, визначеного кла-сичним методом.
Матерiали та методика дослщжень. Екс-периментальнi дослiдження виконували протя-гом 2012-2013 рр. на досшдному полi полiгону 1нституту бiоенергетичних культур i цукрових буряюв НААН (^i IБКiЦБ) у с. Ксаверiвка (Ва-силькiвський район, КиТвська область).
Об'ектом дослдження були рослини цукрових буряюв гiбридiв Рамзес, Ромул, Олександрiя, Бiлоцеркiвський ЧС 57, Уманський ЧС 97, Софiя, Кварта, Уманський ЧС 90, УкраТ'нський ЧС 72. Досшдження проводили у фазу змикання лист-кiв у мiжряддях i на момент збирання.
У робот використано портативний комп'ю-терний прилад «Флоратест», розроблений в 1нститут кiбернетики НАН УкраТни. Адаптацiя листюв до темряви тривала 5 хв. Довжина хвилi висвiтлення - у максимумi 470±15 нм; осв^ле-нсть у межах плями не менш нiж 20 Вт/м2. Спек-тральний дiапазон вимiрювання флуоресценци становить 670-800 нм. Тривалiсть вимiрюван-ня - 4 хвилини.
Для контролю вмiсту хлорофiлу в листках ви-значали зеленi пiгменти спектрофотометричним методом. Хлорофш з листкiв екстрагували 96%
етиловим спиртом. У подальшому витяжку зеле-них пiгментiв аналiзували на спектроколориметрi КФК-3. Вмiст тгменпв обчислювали за методикою А. М. Гродзинського i Д. М. Гродзинського [3].
Для визначення криво!' ндукцп флуоресцен-цiT хлорофiлу цукрових буряюв використовува-
ли метод експрес^агностики стану рослин. У його основi лежить ефект iндукцiT' флуоресценцiT хлорофшу, або ефект Каутського. За штенсивыс-тю флуоресценцп хлорофiлу в максимумi криво' можна провести оцiнку питомого вмкту хлоро-фiлу в листках рослини (рис. 1).
час, с
Рис. 1. Крива шдукцп флуоресценцп хлороф^у
Для оцнки стану фотосинтетичного апара-та рослин використовують ряд числових показ-никiв криво!' 1ФХ: О (Р0) - початкове значення Ыдукци флуоресценцп пiсля початку опроми нення; Р(Рт) - максимальне значення ндукцп флуоресценцп; Р5( - стацюнарне значення ндук-цИ' флуоресценцп пкля св^лово'' адаптаци листка рослини, середне арифметичне всiх значень у точках криво!'; Рт-Р0 - варiабельна флуоресцен-цiя, ^ - час досягнення 0,5 варiабельноT флуоресценцп у разi зростання криво'' 1ФХ; \2 - час досягнення 0,5 варiабельноT флуоресценцп у разi спадання криво'' 1ФХ; Т = - тривалiсть 1ФХ; Ру - варiабельна флуоресценцiя; Ру / Рт - максимальна квантова ефективнiсть фотосистеми II; показник, чутливий до продуктивной фотосинтезу; оцЫка фотоiнгiбування (здорова рослина -не менше нiж 0,85, понад 0,74 - задовшьний стан рослин); Р/Р0 - максимальний початковий вихiд фотохiмiT фотосистеми II; оцiнка здатностi листка рослин до фотосинтезу; (Рт-Р54)/Р54 - вiдносна зми на фотосинтетично''' активности швидкiсть види лення О2 в розрахунку на хлорофш [4-6].
Результати дослщжень. Iнтенсивнiсть флуоресценцп хлорофiлу гiбридiв цукрових бурякiв визначали у фазi змикання листкiв у мiжряддях i на момент збирання. Встановлено, що показник iнтенсивностi флуоресценцп хлорофшу залежить не лише вiд бюлопчних особливостей гiбриду, а
й вщ фази розвитку рослин (рис. 2).
Ытерпрета^ю криво'' IФХ здiйснювали вщ-повiдно до кiнетики iндукцi'' флуоресценцп, що враховуе активнiсть киснепродукуючих комп-лексiв фотосистеми II [1]. Початкова точка зами ру для приладу «Флоратест» становить 1 мс.
Для оцнки меж точностi методу експрес-оцiнки стану фотосинтетичного апарату в росли-нах цукрових бурякiв ми визначили вмiст хло-рофiлу за допомогою спектрофотометра. Встановлено, що вмiст хлорофiлу в листках рослин залежить вщ бiологiчних особливостей гiбридiв та фаз 'хнього розвитку (табл. 1).
Таблиця 1
Вмкт хлорофту в листках гiбридiв цукрових бурякiв
Пбрид Змикання листюв у мiжряддях Техычна стигшсть
Вмiст у листках, мг/г
хлоро-фiл а хлоро-фт Ь хлоро-фiл а хлоро-фт Ь
Рамзес 12,11 4,19 9,16 3,83
Ромул 7,73 2,50 8,84 5,25
Олександрiя 8,36 3,17 7,77 4,00
Бiлоцеркiвський ЧС 57 7,65 1,20 10,46 5,85
Уманський ЧС 97 6,04 1,78 10,01 5,74
София 9,04 3,32 9,30 7,62
Кварта 8,71 1,78 5,65 5,81
Уманський ЧС 90 7,32 3,16 6,72 7,59
УкраУнський ЧС 72 4,52 1,62 8,19 4,34
0
Час, мс
Рис. 2. Iнтенсивнiсть флуоресценцп хлорофiлу гiбриду Рамзес залежно вщ фази розвитку рослин
Максимальний вмiст хлорофiлу а спосте-рiгався у гiбриду Рамзес на початок змикання листкв у мiжряддях (12,11 мг/г), а на момент техшчноТ стиглостi вмiст хлорофiлу а на рiвнi 10,01-10,46 був у гiбридiв Уманський ЧС 97 та Бшоцерювський ЧС 57.
Загалом вмкт хлорофiлу Ь е меншим, нж хлорофiлу а по всiх дослджуваних гiбридах, i це спiввiдношення можна записати як 3,45:1.
На основi проведеноТ експрес-дiагностики iндукцiТ флуоресценцiТ хлорофту встановлено основнi параметри кривоТ 1ФХ (табл. 2).
Як випливае з таблиц, основы параметри кривоТ 1ФХ залежать вщ бiологiчних особливос-тей гiбридiв цукрових бурякiв i Тх можна описа-ти математичним рiвнянням.
Таблиця 2
Основнi числовi показники 1ФХ гiбридiв цукрових бурякiв у фазi техшчноТ стиглостi
Розрахунок параметрiв кривоТ iндукцiТ флуоресценцп хлорофiлу дав можливiсть вста-новити кореляцiйну залежнсть та побудувати рiвняння регресп мiж показниками 1ФХ та за-гальним вмктом хлорофiлiв у листках гiбридiв цукрових бурякiв (рис. 3). Встановлено, що кое-фiцiент кореляцiТ мiж стацiонарним значенням ндукцп флуоресценцп псля св^ловоТ адаптацiТ листка рослини (Р5() та загальним вмiстом хло-рофiлiв у листку на момент технчноТ стиглостi е позитивним i високим (К2 = 0,82).
На основi отриманих кривих 1ФХ та Тхнх числових показникiв, наведених у таблиц 2 для кожного з обраних гiбридiв, були обчислен параметри, за якими можна оцнити фiзiологiчний стан рослин (табл. 3).
Таблиця 3
1нформативш параметри кривоТ 1ФХ гiбридiв цукрових бурякiв у фазi техшчноТ стиглостi
Гбрид Р0 Р т
Рамзес 112,0 1632,0 1328,2
Ромул 96,0 1104,0 801,4
Олександрiя 144,0 1040,0 867,6
Бiлоцеркiвський ЧС 57 176,0 896,0 732,8
Уманський ЧС 97 96,0 1296,0 856,5
София 96,0 1360,0 977,2
Кварта 64,0 784,0 579,9
Уманський ЧС 90 224,0 880,0 749,2
УкраТнський ЧС 72 416,0 928,0 855,8
Гбрид Р V Р / Р0 V ' 0 Р / Р V ' т (Р - Р ,)/Р, т бг' st
Рамзес 1520 13,57 0,93 0,23
Ромул 1008 10,50 0,91 0,38
Олександрiя 896 6,22 0,86 0,20
Бтоцерювський ЧС 57 720 4,09 0,80 0,22
Уманський ЧС 97 1200 12,50 0,93 0,51
София 1264 13,17 0,93 0,39
Кварта 720 11,25 0,92 0,35
Уманський ЧС 90 656 2,93 0,75 0,17
УкраТнський ЧС 72 512 1,23 0,55 0,08
т
'5
о ¡^
о ч
X
I -О
18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0
у = 11,916x2 - 219,96х + 1769 -[ = 0,929-
-1 ^
1400,0
0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 Значення шдукцп флуоресценцп Псля свiтловоV адаптацп листка рослини (Р5()
Рис. 3. Кореляцiйна залежнкть мiж стацiонарним значенням шдукцп' флуоресценцп пiсля свiтловоY адаптацп листка рослини (Р5() i загальним вмiстом хлорофiлiв у листку на момент змикання листмв у мiжряддях
Дослiджуванi гбриди вирощували в однако-вих умовах - пд впливом однакових абютичних чинникiв. Тому отриманi вiдмiнностi в числових значеннях обчислених параметрiв можна пояс-нити генетичним рiзноманiттям.
Максимальний початковий вихщ фотохи мiT фотосистеми II (Р /Р0) характеризуе загальну здатнсть рослини до фотосинтезу. Бiльшiсть гб-ридiв характеризуються високим рiвнем до-слiджуваноT' ознаки в межах вщ 13,57 (Рамзес) до 10,50 (Ромул). Водночас, пбриди Олександ-рiя, Бiлоцеркiвський ЧС 57, Уманський ЧС 90 та УкраТ'нський ЧС 72 мають значно нижчий потен-цал фотосинтезу - вiд 6,22 до 1,23.
Ефектившсть фотохiмiчного перетворення енергп у фотосистемi II (Р /Рт) е показником, чут-ливим до продуктивной фотосинтезу, вiн також дае можливiсть оцiнити фотоiнгiбування, адже в природних умовах ненсивнсть сонячного св^ла значно перевищуе квантовi потреби фотохiмiчних процесiв у реакцiях фотосинтезу, тобто надлиш-
1. Корнеев Д. Ю. Информационные возможности метода индукции флуоресценции хлорофилла / Д. Ю. Корнеев. - К. : Альтерпрес, 2002. - С. 5.
2. Зуза С. Г. Застосування методу ндукцп флуоресценцп хлорофту при вивченн впливу некоре-невого п1дживлення кукурудзи карбамщом / С. Г. Зуза, Я. А. Погромська, В. О Зуза // В1сник До-
кова енергя ЫНбуе фотосинтез. У пбридiв Рамзес, Ромул, Олександрiя, Кварта, Софiя, Уманський ЧС 97 цей показник е на рiвнi не менше нiж 0,74, що свщчить про ефективнiсть фотосинтезу. Ниж-че значення цього показника (УкраТ'нський ЧС 72 - 0,55) свщчить про зниження ефективност фото-хiмiчного перетворення енергп у фотосистемi II.
За кривою !ФХ можна також розрахува-ти вiдносний вихiд О2 у розрахунку на хлоро-фiл [(Рт-Р5()/Р51]. Цей показник у гiбриду Уманський Чс 97 становить 0,51 i е найвищим, а най-нижчий - 0,08 - мае УкраТ'нський ЧС 72.
Висновки. Застосування методiв експрес-дiагностики стану фотосинтетичного апарату рослин у технологчному процес вирощування цукрових бурякв дае можливiсть спрогнозувати перебiг процесв росту й розвитку рослин i ре-комендувати проведення додаткових агрозахо-дiв, орiентуючись на багаторiчнi дан, що сто-суються вирощування цукрових бурякв у конкретному господарствк
нецького нац. ун-ту. Сер. А : Природнич1 науки. -2010. - Вип. 2. - С. 238.
3. Ф1зюлог1я рослин. Практикум / [О.В. Войцех1вська, А. В. Капустян, О. I. Косик та ¡н.] ; за заг. ред. Т. В. Пар-шиково'Т. - Луцьк : Терен, 2010. - С. 89.
4. Флуоресцентний анал1з рослин у стресових умовах / [Ю. I. Посуди, Я. В. Кожем'яко, I. А. Зало'Тло,
ВИКОРИСТАНА Л!ТЕРАТУРА
5.
О. О. Годлевська] // Перший Всеукр. з'Тзд еколо-riB : мiжнар. наук.-техн. конф : тези доп. - Внниця, 2006. - С. 174.
Misra A. N. Chlorophyll Fluorescence in Plant Biology / A. N. Misra, M. Misra, R. Singh // Biophysics. -
2012. - C. 179.
Kalaji H. M. Chlorophyll fluorescence: a useful tool in barley plant breeding programs / H. M. Kalaji, G. Peiguo // Nova Science Publishers. - 2008. -№ 12. - P. 441-442.
УДК 633.6
О. И. Присяжнюк, И. И. Коровко. Разработка метода экспресс-диагностики состояния фотосинтетического аппарата растений сахарной свеклы на основе интенсивности флуоресценции хлорофилла // Сортовивчення та охоро-на прав на сорти рослин : наук.-практ. журн. -2014. - № 3 (24). - С. 72-76.
Описана зависимость интенсивности флуоресценции хлорофилла от биологических особенностей гибридов свеклы сахарной и фаз развития растения. Оценены границы точности метода экспресс-диагностики состояния фотосинтетического аппарата растений сахарной свеклы.
Ключевые слова: экпресс-диагностика, интенсивность флуоресценции хлорофилла, свекла сахарная.
UDC 633.6
O. I. Prysiazhniuk, I. I. Korovko. Developing a method of rapid diagnosis of the photosynthetic apparatus status of sugar beet plants based on chlorophyll fluorescence intensity // Sorto-vyvchenni a ta okhorona prav na sorty roslyn : naukovo-praktychnyi zhurnal (Plant Varieties Studying and Protection : journal of applied research). -2014. - № 3 (24). - P. 72-76.
Chloropyll fluorescence intensity dependence on biological features of sugar beet hybrids and plant growth stages is described. Accuracy of a method of rapid diagnosis of the photosynthetic apparatus status of sugar beet plants are evaluated.
Keywords: rapid diagnosis, chlorophyll fluorescence intensity, sugar beet.
Hagmw^a 28.03.2014 p.
Шановш автори!
Вимоги до оформлення статей та шшу шформащю розмщено на веб-сайт журналу:
http://journal.sops.gov.ua/
Рубрики журналу:
НАЙАКТУАЛЬН1ШЕ СОРТОВИВЧЕННЯ ТА СОРТОЗНАВСТВО СЕЛЕКЦ1Я ТА НАС1ННИЦТВО РИНОК СОРТ1В РОСЛИННИЦТВО Б1ОТЕХНОЛОГ1Я ТА Б1ОБЕЗПЕКА ОХОРОНА ПРАВ НА СОРТИ РОСЛИН М1ЖНАРОДНЕ СП1ВРОБ1ТНИЦТВО 1НФОРМАЦ1ЙН1 СИСТЕМИ ТА ТЕХНОЛОГИ СТОР1НКА МОЛОДОГО ВЧЕНОГО 1СТОР1Я НАУКИ
Передплатний шдекс видання - 89273
