Розвиток колеоптилю пажитниці під впливом гідразиду малеїнової кислоти у різних температурних умовах Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 581.14:630

І. О. Тіханков, Ю. В. Лихолат

Дніпропетровський національний університет

РОЗВИТОК КОЛЕОПТИЛЮ ПАЖИТНИЦІ ПІД ВПЛИВОМ ГІДРАЗИДУ МАЛЕЇНОВОЇ КИСЛОТИ У РІЗНИХ ТЕМПЕРАТУРНИХ УМОВАХ

Продемонстровано, що дія гідразиду малеїнової кислоти на формування надземної частини дернотвірних трав залежить від температурних умов обробки насіння та формування проростків. Пропонується методика відбору проростків рослин з розтягнутим часовим інтервалом розвитку для вивчення перших етапів морфогенезу. Запроваджується поняття коефіцієнта фізіологічної активності ретарданту та температурного коефіцієнта розвитку.

Influence of the maleinic acid hydrazine on the formation of above-ground part of the turf forming grasses depends on the temperature of seeds treatment and germination. The method of selection of the seedlings with elongated developmental interval has been proposed for the investigations of fist ontogenesis stages. The concept of a retardant’s physiological activity coefficient and a temperature coefficient of development are proposed.

Вступ

Розвиток рослинного організму з відносно просто організованого зародка являє собою системний процес, усі етапи якого відбуваються строго впорядковано та послідовно під контролем цілого ряду факторів, що діють на різних рівнях організації живого організму. Кожний попередній етап морфогенезу являє собою початок наступного. В основі цих подій лежать складні процеси, що відбуваються на молекулярному, генетичному та біохімічному рівнях, впливаючи на які різними чинниками, можна регулювати розвиток рослини. Відомо, що добитися спрямованої регенерації органів з калюсу найважче саме для злакових культур, певна частина яких представлена дернотвірними травами. Саме вони складають значну частину біомаси багатьох екосистем і відіграють важливу роль у формуванні фізико-хімічних властивостей ґрунту.

Базуючись на результатах попередніх досліджень [5], ми запропонували методичний підхід, згідно з яким, впливаючи на рослини інгібіторами певних шляхів метаболізму в комплексі з дією інших інгібуючих або активуючих чинників, можна проаналізувати процеси морфогенезу та визначити механізми їх реалізації з метою подальшого використання на практиці. Подібного підходу дотримуються вчені, які вивчали процеси мітозу в апікальній меристемі арабідопсису, обробляючи рослини афідиколіном, гідроксисечовиною та оризаліном [11]. На нашу думку, особливий інтерес становить гідразид малеїнової кислоти (ГМК). Ця речовина за низьких концентрацій діє як ретардант, перерозподіляючи потоки метаболітів у тканинах [12] і не викликаючи суттєвого пригнічення росту та розвитку рослин [4]. За високих концентрацій це - типовий гербіцид [2; 7]. Існують неспростовні докази того, що ГМК діє як антиметаболіт урацилу [1; б]. Але не відомо, у яких ланках метаболізму урацил замінюється на ГМК, адже ця речовина задіяна в різних компартментах клітини у декількох біохімічних процесах. Аргумент про подібність структурних формул піриміди-нових основ та ГМК не є достатньо переконливим. Адже рівною мірою можна сказати, що їхні структури значно різняться між собою. Можливо, слід враховувати те, що у різних процесах, до яких залучена ця сполука, існують різні вимоги щодо конформації взаємодіючих елементів. У цьому разі ефективність конкуренції ГМК з ураци-

© І. О. Тіханков, Ю. В. Лихолат, 2006

лом буде різною в різних точках шляхів метаболізму, і найкраще це проявлятиметься за низьких концентрацій ретарданту. Крім вищезазначеного, ГМК змінює гормональний баланс рослин [8; 9] і також може зв’язуватись із білками хроматину [1; 10], впливаючи таким чином на процес морфогенезу.

Мета даної роботи - з’ясувати вплив цього ретарданту в розчинах різної концентрації на розвиток надземної частини дернотвірних трав за різного температурного фону.

Матеріал і методи досліджень

Насіння пажитниці звільнялось від лусок і пророщувалось у термостаті в чашках Петрі на хроматографічному папері за методикою Ю. В. Ракитіна [3]. Розчини ГМК готувалися безпосередньо перед використанням шляхом розведення маточного

0,5 % розчину, який зберігався в холодильнику. Застосовувалися концентрації 0,0005,

0,0020, 0,0313 і 0,125 % при температурі +22°С. Тобто використовували два розчини з низькою концентрацією, коли переважає ретардантна дія ГМК, і два розчини з високою концентрацією, коли переважає гербіцидна дія. Для з’ясування характеру впливу температури на дію ретарданту брали лише максимальні концентрації в кожному з вищезазначених діапазонів, а саме 0,0020 і 0,125 %. У цих двох варіантах температуру підвищували до +30°С.

Контролем слугували інтактні проростки, вирощені на дистиляті за температури +22 і +30°С. У кожному варіанті було 6 чашок Петрі по 20 насінин у кожній. Освітлення досліджуваних рослин інтенсивністю 1000 лк забезпечувалося протягом 12 годин на добу. Довжина проростків і колеоптилю вимірювалася за допомогою бінокулярного мікроскопа МБС-9. Кожний дослід тривав 90 годин і розбивався на шестигодинні періоди, наприкінці яких проводились виміри, починаючи з 18-ї години після замочування насіння (3-й період) і закінчуючи 90-ю годиною (15-й період).

Будували й аналізували графіки часової залежності натурального логарифма середньої довжини надземної частини проростка їпЬ, коефіцієнта фізіологічної активності ретарданту Кфа та температурного коефіцієнта розвитку Кт. Коефіцієнт фізіологічної активності ретарданту Кфа характеризує збільшення або зменшення інтенсивності росту колеоптилю при дії розчину певної концентрації та визначається поділом середньої довжини колеоптилю в дослідженому варіанті на середню довжину колеоптилю в контролі. Його позитивні значення свідчать про активуючу дію ГМК, від’ємні - про інгібування росту. Температурний коефіцієнт розвитку Кт показує збільшення інтенсивності росту колеоптилю при зростанні температури на 8°С і визначається як результат поділу середньої довжини колеоптилю в кожному варіанті при +30°С на середню довжину колеоптилю у відповідному варіанті при +22°С.

Результати та їх обговорення

На рис. 1 і 2 показані графіки, які демонструють особливості розвитку колеоптилю в кожному з варіантів досліду. Показано, що криві, які характеризують дію ретарданту, до певного часу розташовані над кривими контролю. Це говорить про те, що усі розчини ГМК незалежно від їх концентрації стимулюють розвиток проростків до моменту перетину графіків. Виняток складає лише варіант 0,0020 % концентрації при 22°С. Тобто в проростках імовірно існують ендогенні інгібітори, дія яких знімається під впливом ГМК. Із результатів наших досліджень ми не можемо судити про природу цих інгібіторів: є вони відомими фітогормонами чи мають білкову природу. Адже припускається, що в рослинах можуть існувати фізіологічно активні пептиди, подібні до кейлонів тваринних організмів [1]. Крім того, ГМК впливає на матричну активність ДНК, зв’язуючись з білками хроматину [1; 10].

Час, години

Контроль------ —ГМК (0,002 %)--------- - ГМК (0,125 %)

Рис. 1. Динаміка росту колеоптилю при +30°С

Час, години

-------Контроль - - - ГМК (0,0005 %)------------- —ГМК (0,002 %)

--- - ГМК (0,0313 %)------ - ГМК (0,125 %)

Рис. 2. Динаміка росту колеоптилю при +22°С

Встановлено, що чим більша концентрація ГМК, тим раніше перетинаються графіки для цих концентрацій з кривими контролю. Необхідно мати на увазі, що ріст проростків відбувається за рахунок поділу меристематичних клітин і процесів розтягнення диференційованих клітин. При цьому внесок у процес росту апікальною меристемою поступово зменшується і починає превалювати ріст за рахунок активності інтеркалярної меристеми. Для контролю і варіантів з низькою концентрацією ГМК такі зміни настають після 42-54 годин при +30°С і дещо пізніше при +22°С. Це важливо в тому плані, що інтеркалярна меристема, на відміну від апікальної, менш чутлива до дії ретардантів [1]. Графіки, які відповідають розчинам з високою концентрацією ГМК (0,0313 і 0,125 %), характеризують гер-біцидний характер їх дії (рис. 3).

Час, години

--------Контроль----- —ГМК (0,002 %)-------- - ГМК (0,125 %)

Рис. 3. Динаміка зміни температурного коефіцієнта розвитку Кт.

Особливий інтерес становить розвиток проростків, оброблених розчином ГМК з концентрацією 0,002 %. При +30°С ГМК здійснює тривалий і дуже добре виражений активуючий вплив. У той саме час при +22°С спостерігається протилежне явище. Графіки температурних коефіцієнтів на рис. 4 показують, що крива для 0,002 % концентрації розташована значно вище від кривої контролю. Це - показник того, що зміна температурного режиму найсильніше відбивається на проростках, оброблених саме 0,002 %-м ГМК. Отримані результати доводять, що вища температура посилює активуючу дію ГМК (за її низької концентрації - 0,002 %) і гербіцидну дію - за високої концентрації (0,125 %).

0,0 Н-----1-----1----1-----1----1-----1-----1----1-----1-----1----1-----1----

18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90

Час, години

--------ГМК (0,002 %)------ —ГМК (0,125 %)

Рис. 4. Динаміка коефіцієнта фізіологічної активності Кфа при +30°С.

Цей висновок також виходить із порівняння графіків фізіологічної активності при різних температурних режимах, які представлені на рис. 4 і 5. Якщо Кфа набуває значень, більших за одиницю, це свідчить про активуючу дію ретарданту. Значення Кфа, менші за одиницю, вказують на пригнічувальну дію ГМК. При повному припиненні росту коефіцієнт фізіологічної активності набуває нульового значення.

Отримані результати опосередковано доводять можливість існування кількох механізмів впливу гідразиду малеїнової кислоти на рослинний організм, кожний з яких на певних етапах розвитку і за певних умов навколишнього середовища робить

певний внесок у відповідь рослини на дію ретарданту. До того ж, деякі шляхи метаболізму, що задіяні в реакціях рослини на підвищену температуру, можуть частково перетинатися з біохімічними процесами, до яких залучений ГМК.

О

Ч

.S3 0,6

18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90

Час, години

----------ГМК (0,0005 %)--------- —ГМК (0,002 %)

- - - ГМК (0,0313 %)------------- - ГМК (0,125 %)

Рис. 5. Динаміка коефіцієнта фізіологічної активності Кфа при +22°С.

Щодо застосування ретарданту на практиці, наприклад, для збільшення біомаси трав’яного покриву, сформованого злаками, має перспективу використання розчинів ГМК низької концентрації й лише за достатньо високої температури, можливо, тільки в літні місяці. Якщо за мету ставиться запобігання переростанню газонних трав і поліпшення загального вигляду газонів, температурних обмежень при обробці ретардантом немає. Слід тільки зважати на необхідність збільшення концентрації розчину ГМК із підвищенням температури.

1. Калинин Ф. Л. Биохимия регуляции онтогенеза растительной клетки I Ф. Л. Калинин, В. М. Троян, А. Н. Михно. - К.: Наукова думка, 1983. - 268 с.

2. Мельников Н. Н. Химические средства защиты растений (пестициды). Справочник I

H. Н. Мельников, К. В. Новожилов, Т. Н. Пылова. - М.: Химия, 1980. - 288 с.

3. Ракитин Ю. В. Первичная биологическая оценка химических соединений в качестве регуляторов роста растений и гербицидов I Ю. В. Ракитин, В. Е. Рудник II Ю. В. Ракитин. Избранные труды. Химические регуляторы жизнедеятельности растений. - М.: Наука, 1983. - С. 232-246.

4. Регуляторы роста растений II К. З. Гамбург, О. Н. Кулаева, Г. С. Муромцев и др. - М.: Колос, 1919. - 241 с.

5. Тіханков І. О. Морфогенез проростків пажитниці під впливом гідразиду малеїнової кислоти I І. О. Тіханков, Ю. В. Лихолат II Сучасні проблеми фізіології рослин і біотехнології. Матер. конф. молодих учених. - Ужгород: УжНУ, 2005. - С. 119.

6. Coupland D. Maleic hydrazide as an antimetabolite of uracil I D. Coupland, A. Peel II Planta. -1912. - Vol. 103. - P. 249-253.

1. Cytotoxicity and mode of action of maleic hydrazide in root tips of Allium cepa L. II L. Marcano,

I. Carruyo, A. Del Campo, X. Montiel II Environ. Res. - 2004. - Vol. 94. - P. 221-226.

Висновки

Бібліографічні посилання

8. Effect of maleic hydrazide on endogenous cytokinin contents in lateral buds, and its possible role in flower bud formation on the Japanese pear shoot // A. Ito, H. Hayama, Y. Kashimura, H. Yoshioka // Scientia horticulturae. - 2001. - Vol. 87. - P. 199-205.

9. Haber A. Action of maleic hydrazide on dormancy, cell division and cell expansion / A. Haber, J. White // Plant Physiol. - 1960. - Vol. 35. - P. 495-499.

10. Hughes C. The inhibition of mitosis by the reaction of maleic hydrazide with sulphydryl groups / C. Hughes, S. Spragg // Biochem. J. - 1958. - Vol. 70. - P. 205-212.

11. In vivo analysis of cell division, cell growth and differentiation at the shoot apical meristem inArabi-dopsis // O. Grandjean, T. Vernoux, P. Laufs et al. // The plant cell. - 2004. - Vol. 16. - P. 74-87.

12. Komossa D. Plant metabolic studies of the growth regulator maleic hydrazide / D. Komossa, H. Sandermann // J. Agric. Food Chem. - 1995. - Vol. 43. - P. 2713-2715.

Надійшла до редколегії 17.02.06.

УДК 634.0.232 + 502.7

О. С. Фесенко

Днепропетровский национальный университет

ЛОКАЛЬНО-КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ СУКЦЕССИИ ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ЗОНАХ РАСШИРЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ ЗАПАДНОГО ДОНБАССА

Досліджено угруповання лісової трав’янистої рослинності в зоні поширення шахтних полів. Охарактеризовано сукцесійну динаміку фітоценозу на основі біоіндикації змін структури рослинних угруповань на порушених землях.

The forest herbaceous vegetation communities in the zone of mine fields have been investigated. A seral dynamics of phytocenosis is characterised on the basis of bioindication of changes in the plant associations’ structure on disturbed lands.

Введение

В настоящее время происходит интенсивная потеря биологического и ландшафтного разнообразия, вызванная антропотехногенезом, освоением природных экосистем, мелиоративными работами, чрезмерной распаханностью земель, уничтожением рек, загрязнением окружающей среды [1; 8].

Техногенная просадка дневной поверхности на территории Западного Донбасса в долинных местообитаниях р. Самара, как правило, негативно сказывается на состоянии лесной растительности [1; 9]. Появляются комплексы засоленных почв, происходит затопление территории. На месте пойменных лесных угодий, лугов, лесов, сенокосов и пастбищ возникают болота и водоемы [1; 2]. Подтопление леса и выраженная деструкция древостоя ведет к ускоренному формированию под осветленным пологом синантропных залежных травянистых группировок, которые в последующие 3-5 лет замещаются луговыми, и, наконец, водно-болотными ценозами [4; 8; 9].

Возникающие изменения в структуре и функционировании растительных сообществ изучаются нами для оценки состояния БГЦ, их сукцессионной динамики, появления техногенных модификаций растительности на нарушенных землях.

Материал и методы исследований

Объектом исследований на территории лесного урочища Павлоградские Пески стали группировки травянистой растительности в зоне расширения горных работ.

© О. С. Фесенко, 2006 180