CC BY
128
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ____________________________________2011, том 54, №8________________________________
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
УДК 574.9+581.552+632.1658
А.Б.Сафаралихонов, академик АН Республики Таджикистан О.А.Акназаров
ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОГО УФ-ОБЛУЧЕНИЯ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ НА ЕЁ РОСТ, ПРОДУКТИВНОСТЬ И АКТИВНОСТЬ ЭНДОГЕННЫХ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ
Памирский биологический институт им. Х.Ю.Юсуфбекова АН Республики Таджикистан
В статье приводятся экспериментальные данные по действию УФ-радиации на рост, развитие, продуктивность и активность эндогенных регуляторов роста растений пшеницы. Показано, что УФ-радиация в области коротковолновых лучей (254 нм) подавляет ростовые процессы растений посредством изменения баланса между ингибиторами и стимуляторами роста, а средневолновые (313 нм) и длинноволновые (365 нм) УФ-лучи, наоборот, стимулируют их.
Ключевые слова: УФ-радиация - эндогенные регуляторы роста - рост - развитие - продуктивность.
Радиационный режим климата Памира отличается от других горных районов не только по приходу общей радиации. Значительно большие различия обнаруживаются при сравнении спектрального состава приходящей на поверхность Земли радиации. Так, имеются существенные качественные различия в спектральном распределении интенсивности УФ-радиации на различных высотах над уровнем моря. Эти различия состоят в том, что интенсивность УФ-радиации в граничной области спектра (290-315 нм) на высоте 4000-4500 м (Восточный Памир) оказывается в несколько раз большей, чем на равнинах. Эта область спектра естественной УФ-радиации, достигающей поверхности Земли, как известно, обладает самой большой биологической и физиологической активностью. УФ-радиация является одним из важных экологических факторов высокогорных экосистем. Рост растений является изменчивым и чувствительным признаком, который подвергается изменениям при воздействии УФ-лучей. Одна из возможных причин изменения ростовых и морфогенетических процессов - это изменение гормонального статуса растений, который зависит не только от экологических условий, но и от физиологического состояния самих растений. На основании многочисленных работ было показано, что подавленность ростовых процессов в условиях высокогорий связана с увеличением интенсивности УФ-радиации и уровнем ингибиторов роста фенольной и терпеноидной природы [1]. УФ- радиация участвует в регуляции ростовых процессов в условиях высокогорий через изменение баланса эндогенных стимуляторов и ингибиторов роста растений и оказывает существенное влияние на их рост, морфогенез и продуктивность [1].
Адрес для корреспонденции: Сафаралихонов Айнулло Бародархонович. 736002, Республика Таджикистан, г. Хорог, улХолдорова, 1, Памирский биологический институт АНРТ. Е- mail: ayn84_27@mail.ru
Объекты и методы исследований
Объектами исследований служила пшеница (Triticum aestivum L.) сортов Бобило и Сурххуша. Семена перед посевом подвергались обработке УФ-лучами в течение одного часа. Полевые опыты проводились на экспериментальном участке Памирского ботанического сада по методике, разработанной Е.К.Кардо-Сысоевой и др. [2]. В качестве искусственного источника УФ-облучения использовались бактерицидная лампа ДБ-60 и лабораторный спектральный облучатель ЛОС-2. В течение вегетационного периода проводились фенологические наблюдения за ростом и развитием растений. Для наблюдения за ростовыми процессами использовали по 20 модельных растений. Фенологические наблюдения проводились через каждые 7 дней. Поливы проводились через каждые 5-6 дней.
После окончания вегетационного периода растения подвергались структурному анализу, полученные результаты подвергались статистической обработке.
Полевые опыты проводились по следующим вариантам:
1. Контрольный вариант. Семена не облучались УФ.
2. УФ-254 нм, 60-минутное облучение.
3. УФ-313 нм, 60-минутное облучение.
4. УФ-365 нм, 60-минутное облучение.
Наряду с этим проводился анализ природных регуляторов роста. Фиксацию растительного материала производили в кипящем этиловом спирте. Фиксированный материал до начала экстракции хранили в холодильнике.
Для экстракции природных регуляторов роста использовали 80% этиловый спирт. Колбы с навеской помещали на качалку и встряхивали в течение двух часов. Затем спирт сливали в другую колбу, а к навеске добавляли новую порцию спирта. Операцию повторяли три раза. Объединив экстракты, спирт упаривали до водного остатка, после чего его подкисляли 2%-ой соляной кислотой до pH 3 и использовали для последующей экстракции.
В качестве экстрагента природных ауксинов и ингибиторов роста из водного остатка использовался серный эфир. Перед использованием эфир очищали от перекисей 20%-ным раствором метабисульфита натрия. Очищенный эфир перед использованием подкисляли 2%-ой соляной кислотой (10 мл на 1 л эфира) [3]. Для экстрагирования водный остаток заливали серным эфиром и встряхивали в делительной воронке в течение 2-3 мин. После настаивания с эфиром в течение 5-6 мин его сливали в чашку для выпаривания. Операция повторялась три раза до полного обесцвечивания эфира. Эфирный экстракт выпаривали в токе холодного воздуха. Сухой остаток растворяли в 90% этиловом спирте. Объём спиртового раствора не превышал 2-3 мл. В одно пятно на хроматограмму наносили
0.5 мл экстракта, полученного из 5 г сырой навески.
Для хроматографического разделения веществ - регуляторов роста использовались тонкослойные пластинки марки «Siluvol uv-254». Перед использованием пластинки предварительно очищались от загрязнения посредством пропускания через них таких же растворителей, как и при хроматографии регуляторов роста при температуре 60^. Для разделения ауксинов и ингибиторов применяли смесь растворителей: изопропанол-аммиак-вода (10:1:1).
Определение активности эндогенных регуляторов роста проводилось следующим образом. Семена замачивали на 18-24 ч в дистиллированной воде, затем помещали их в кювете на фильтровальной бумаге, обильно смоченной водой. Кюветы сверху закрывали стеклом и помещали в термостат при температуре 25°С на двое суток. У трехдневных проростков пшеницы отбирали колеоптили оптимальной длины (18-25 мм). Из отобранных колеоптилей вырезали среднюю часть с помощью особого станочка с трафаретными делениями [4]. После удаления первого настоящего листа отрезки колеоптилей по 10 шт. помещали в пробирку с элюатами, полученными из определенных участков хроматограмм. Период инкубации отрезков колеоптилей составлял 18-20 ч. Затем каждый отрезок в отдельности промеряли на миллиметровой бумаге. После измерения длины отрезков колеоптилей средний прирост выражали в процентах к приросту в контроле, при этом прирост колеоптилей в контроле, проросших в 2%-ой сахарозе, принимали за 100%. На этой основе строили гистограмму, по оси абсцисс которой откладывали Яі, а по оси ординат - прирост отрезков по сравнению с контролем.
Результаты и их обсуждение
Таблица 1
Динамика высоты стебля пшеницы под влиянием УФ-радиации
Варианты опыта Высота стебля, см
17 июня 23 июня 30 июня 7 июля 17 июля 27 июля 3 августа 10 августа
Сорт Бобило
Контроль 25.0± 0.7 30.7± 1.0 37.1± 1.3 44.0 ±1.4 60.4± 2.2 72.6 ±2.8 80.8 ± 3.3 91.2 ± 2.9
УФ-254 нм 25.5± 0.7 30.9± 0.7 37.2± 1.2 44.8 ±1.2 61.0± 2.0 75.1± 1.5 81.9 ± 1.9 92.5± 1.3
УФ-313 нм 29.0 ±0.6 33.5± 0.8 42.5± 1.2 54.0 ±1.2 70.0± 2.1 82.9±2.0 92.3 ± 1.5 97.5 ± 1.4
УФ-365 нм 30.1± 1.0 35.1± 0.9 44.4± 1.2 54.8± 1.3 81.7± 1.6 89.8± 1.7 95.4 ± 1.4 100.1±1.4
Сорт Сурххуша
Контроль 25.0± 0.8 27.6± 0.8 33.0± 1.2 37.9± 1.5 55.3± 1.2 68.7 ± 1.2 83.7 ± 0.9 94.7 ± 0.9
УФ-254 нм 25.5± 0.8 32.0±0.9 39.2± 1.0 45.7± 0.9 64.0± 1.4 75.9 ± 1.6 87.6 ±1.2 94.0 ± 1.2
УФ-313 нм 26.2± 0.6 29.4± 0.6 36.1± 1.0 44.6± 1.1 66.3± 1.3 77.8 ±1.4 85.1± 1.3 95.5 ±1.1
УФ-365 нм 26.5± 0.7 30.3 ±0.8 39.9 ±1.0 50.8± 1.2 78.2± 1.3 87.5 ± 1.4 94.2 ± 1.1 99.4 ± 1.0
Полученные данные (табл.1) показывают, что предпосевное облучение семян двух сортов пшеницы коротковолновыми УФ-лучами 254 нм приводило к подавлению высоты растений по сравнению с остальными вариантами. Более высокорослыми оказались растения при облучении средневолновыми и длинноволновыми УФ-лучами по сравнению с контрольным вариантом.
Как показано в табл. 2, по ряду показателей между вариантами опытов наблюдалась разница. Так, при длинноволновом (365 нм) и средневолновом (313 нм) УФ-облучении растений пшеницы сорта Бобило наблюдалось увеличение высоты стебля растений по сравнению с контрольным вариантом. Коротковолновое (254 нм) облучение вызвало подавление ростовых процессов по сравнению с остальными вариантами. Показатели количества листьев и стеблей оказались наиболее стабильными. Длина колоса при коротковолновом (254 нм) УФ-облучении была значительно меньше, чем при средневолновом и длинноволновом УФ-облучении. Аналогичная картина наблюдалась при сравнении средней массы растений и колоса между вариантами. В контрольном варианте и при УФ-облучении в зоне 365 нм наблюдалось увеличение массы 1000 зерен по сравнению с другими вариантами.
Таблица 2
Структурный анализ пшеницы
Варианты опыта Высота растений (см) Число листьев (шт.) Длина колоса (см) Число стеблей (шт.) Масса растений (г) Масса колоса (г) Масса 1000 зерен (г)
Сорт Бобило
Контроль 92.8 ± 2.9 8.0± 0.4 15.3± 0.5 1.5± 0.1 6.3 2.9 29.2
УФ-254 нм 93.6± 1.3 8.0 ± 0.3 14.9± 0.5 1.5± 0.1 5.9 2.7 27.3
УФ-313 нм 99.0 ± 1.4 8.6± 0.6 16.1± 0.3 1.7± 0.1 6.8 3.3 27.5
УФ-365 нм 102.2± 1.4 10.1± 0.6 16.9± 0.5 2.1± 0.09 8.0 3.8 31.0
Сорт Сурххуша
Контроль 96.6± 0,9 9.1 ± 0.1 14.3 ± 0.2 1.8± 0.1 7.4 3.6 28.1
УФ-254 нм 95.4± 1.2 8.9 ± 0.4 14.8± 0.3 1.8± 0.1 7.0 3.1 26.4
УФ-313 нм 98.9± 1.1 9.2± 0.4 15.3± 0.3 1.8 ± 0.1 8.0 4.0 27.3
УФ-365 нм 100.7 ± 0.3 9.5 ± 0.5 15.7 ± 0.3 1.9 ± 0.1 8.2 3.9 27.5
Аналогичная реакция на предпосевное УФ-облучение семян наблюдалась у пшеницы сорта Сурххуша. При УФ-облучении семян средневолновыми (313 нм) и длинноволновыми (365 нм) лучами высота стебля была выше, чем при УФ-облучении в зоне 254 нм. Количество листьев практически было одинаковым при облучении УФ-лучами разного спектрального состава света. Средневолновые и длинноволновые УФ-лучи вызвали увеличение длины колоса по сравнению с другими вариантами. Аналогичная картина наблюдалась при сравнении средней массы растений и колоса. Масса 1000 зерен была наименьшей в варианте, в котором семена перед посевом подвергались УФ-облучению в зоне 254 нм, по сравнению с остальными вариантами.
л
я
я
I
<и
а
а
«
<и
п
я
н
я
о
<и
п
о
а
2
п
0 а н
1 о
а а
§ * а 8 а С
120 110 -100 90 80
1 2 34 3 0 7 В 8 10 12 34 ВС 783 10 1 23430789 10 1 2 3 4 5 О 7 в 910
J Котроль 1 УФ-254 мм
УФ-31 Зим УсЬ-365 им
Рис.1. Влияние УФР на активность эндогенных регуляторов роста в листьях растений пшеницы сорта Бабило.
В листьях растений пшеницы сортов Бобило и Сурххуша была определена активность эндогенных регуляторов роста индольной и фенольной природы. Полученные гистограммы (рис.1) свидетельствуют о том, что предпосевное УФ-облучение семян пшеницы сорта Бобило вызвало существенное изменение не только ростовых процессов надземных органов, но и привело к существенным сдвигам в активности эндогенных регуляторов роста растений. Так, в листьях контрольных растений на хроматограммах были обнаружены три зоны, стимулирующие рост проростков колеоптилей. Значение КГ названных стимулирующих зон составило от 0.3 до 0.6, на этих же хроматограммах обнаружены четыре зоны со значением КГ от 0.7 до 1.0, проявляющие четкую ингибиторную активность. На хроматограммах из листьев растений, семена которых перед посевом облучали коротковолновыми УФ-лучами (254 нм), выявлены три зоны со значениями КГ 0.3-0.4; 0.5-0.6 и 0.8-1.0. Эти зоны на гистограммах имели статистически достоверную ингибиторную активность. При средневолновом и длинноволновом УФ-облучении семян наблюдались существенные сдвиги в балансе эндогенных стимуляторов и ингибиторов роста. В итоге, из листьев растений пшеницы сорта Бобило выделены три зоны, обладающие статистически достоверной стимуляторной активностью. При длинноволновом УФ-облучении в зоне 365 нм стимуляторная активность была значительно больше, чем в других вариантах.
В листьях растений пшеницы сорта Сурххуша при средневолновом и длинноволновом УФ-облучении семян происходило значительное повышение активности стимуляторов роста. Сравнение показателей роста надземных органов с активностью эндогенных регуляторов роста растений свидетельствует о положительной корреляции между этими показателями. (рис.2).
Рис. 2. Влияние УФР на активность эндогенных регуляторов роста в листьях растений пшеницы
сорта Сурххуша.
Заключение
Полученные результаты свидетельствуют о том, что у изученных нами двух сортов пшеницы при предпосевном облучении семян УФ-радиацией в области средневолновых и длинноволновых лучей происходило увеличение высоты растений, длины колоса, массы растений и колоса по сравнению с контрольным вариантом, а коротковолновые УФ-лучи менее эффективно действуют на ростовые процессы растений. Показатели количества листьев и стеблей оказались стабильными, на них в меньшей степени оказывается воздействие УФ-облучения семян.
Поступило 13.10.2011 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шомансуров С., Акназаров О.А. Экологические условия Памира и жизнедеятельность растений. -Душанбе: Дониш, 2005, 166 с.
2. Кардо-Сысоева Е.К., Попова Г.С. и др. - Изв. Отд. биол. наук АН ТаджССР, 1967, № 9, с.363-369.
3. Кефели В.И., Турецкая Р.Х. - Методы определения фитогормонов, ингибиторов роста, дефолиантов и гербицидов. - М.: Наука, 1973, 198 с.
4. Бояркин А.Н. Методы количественного определения активности ростовых веществ. - М.: Наука, 1984, 13 с.
А.Б.Сафаралихонов, О.А.Акназаров
ТАЪСИРИ БО НУР^ОИ УЛТРАБУНАФШ ПЕШ АЗ КИШТ НУРБОРОНКУНИИ ТУХМИИ ГАНДУМ БА РАСИШУ ^ОСИЛНОКИИ ОН ВА ФАЪОЛНОКИИ ТАНЗИМГАРОНИ ЭНДОГЕНИИ РАСИШИ РАСТАНИХ,О
Институти биологии Помир ба номи Х.Ю.Юсуфбекови Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон
Дар макола натичаи маълумотх,ои тачрибавй дар бораи таъсири нурх,ои ултрабунафш ба расиш, инкишоф ва фаъолнокии танзимгарони эндогении расиши растании гандум пешнихрд шудааст. Нишон дода шудааст, ки нурх,ои кутох,мавчи ултрабунафш (254 нм) равандх,ои расиши растанихрро ба воситаи тагйир додани мувозинати байни ингибиторх,о ва гормонх,ои расиш боз медорад. Нурх,ои миёнамавч (313 нм) ва дарозмавчи (365 нм) ултрабунафш баръакс ба расиши онх,о мусоидат мекунанд.
Калимщои калидй: радиатсияи ултрабунафш - танзимгарони расиши эндогенй - рушд - нумуъ -махсулноки.
A.B.Safaralikhonov, O.A.Aknazarov THE INFLUENCE OF THE PREPLANT UV- IRRADIATION SEEDS OF THE WHEAT FOR GROWTH, PRODUCTIVITY AND THE ACTIVITY OF THE ENDOGENOUS REGULATORS OF THE PLANT GROWTH
Kh. Yu. Yusufbekov Pamir Biological Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan In this article we brought up the experimental materials for influence of the UV- radiation on growth, development and the activity of the endogenous regulators of plant growth of the wheat. It shows that UV -radiation in the field of the shot-wave rays (254 nm) inhibits the plant growth process through the balance change between the inhibitors and the growth stimulators, but the medium-wave (313 nm) and the longwave (365 nm) rays inversely, stimulate them.
Key words: UV-radiation - endogennye regulators of growth - growth - development - efficiency.
