458.взаимосвязь гормонального и трофического фактора...

На правах рукописи

КОРКИНА Татьяна Александровна

ВЗАИМОСВЯЗЬ ГОРМОНАЛЬНОГОИ ТРОФИЧЕСКОГО ФАКТОРА РЕГУЛЯЦИИ

В ОНТОГЕНЕЗЕ ПШЕНИЦЫ(НА ПРИМЕРЕ ЦИТОКИНИНОВ И КАЛИЯ)

Специальность 03.00.12 — Физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Москва — 2001

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Работа выпопкена на кафедре биочогии и >ко"огин организмов

Московского педагогического университета

Научный руководитель доктор биологических наук, профессор

Н.И. Якушкина

Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор

М.Н. Кондратьев,

кандидат биологических Havx, старший научный

сотрудник Л.В Р\нкова

Ведущее учреждение: Институт ф т и о югии pacTCiuiii.

Защита состоится 5 ноября 2001 года в /О часов на заседании

диссертационного совета Д 220 043 OS в Московской

се гаскохозяйственной академии имени К А Тимирязева (127550, Москва,

Тимирязевская улица, д 49)

С диссертацией можно ознакомиться в Ь ггеке ЦНБ МСХА

Автореферат разостан Ъ октября 2001 года

Ученый секретарь

диссертационного совета . /

кандидат био югичсских HdVK i-̂ T •—'-y^f—" Н П. Карсункина


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Целостность растительного организмаобеспечивается функционированием различных систем регуляции, в том числегормональной и трофической (Сабинин, 1940; Курсанов, 1985). Принятовыделять два основных типа взаимодействия фитогормонов и питательныхвеществ: с органическими веществами и с элементами минерального питания.В последнее время на трансгенных растениях продемонстрирована рольсахарозы в гормональной регуляции клубнеобразования (Аксенова и др., 2000).Вместе с тем, в ряде работ показано, что снабжение растений элементамиминерального питания, в основном азотом, оказывает влияние нагормональный баланс растений (Казарян и др., 1989; Кудоярова и др., 1989;Иванов и др., 1993; Климачев, Якушкина, 1999). Имеются данные, чтофитогормоны стимулируют поступление элементов минерального питания(Максимов, Медведев, 1984; Karmoker, 1985; Ионенко, Зялалов, 1997). Однако восновном исследования проводились на проростках растений и наизолированных органах. В большинстве случаев о физиологическом действиигормонов судили по изменению физиологических процессов под влияниемэкзогенного внесения гормонов, при этом, не всегда учитывая изменениеэндогенного уровня фитогормонов. Имеются лишь единичные данные,касающееся совместного влияния гормонов и элементов минерального питанияна содержание пигментов и темпы роста (Цибуля и др., 1980; Le Rabic et al.,1983; Микулович, Кукина, 1985). Анализ литературных данных не позволяетсудить о характере изменения в онтогенезе растений гормонального баланса иинтенсивности' физиологических процессов под влиянием раздельного исовместного действия фитогормонов и элементов минерального питания.Остается не решенным вопрос о зависимости эффективности действияфитогормонов от условий питания. Не менее важным является выяснениевозможности влияния гормонов на использование элементов минеральногопитания.

В наших исследованиях мы остановились на изучении взаимодействияцитокининов и калия. При этом учитывалось, что калий в основном выполняетрегуляторную роль. В ряде случаев этот элемент активирует процессырегулируемые цитокининами (Bottril et al., 1970; Wyn Jones, 1979; Marschner,1986). Как известно физиологическое действие фитогормонов включаетпроцесс рецепции, трансдукции гормонального сигнала с участием вторичныхпосредников и последующую цепь физиолого-биохимических изменений.Возникает вопрос, ограничивается ли влияние калия изменениями всодержании фитогормонов, и/или этот элемент является непосредственнымучастником гормонального ответа.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилосьизучение специфики ф1 ^""trnrHMfTr"1"" |

ту*"'"1"вия цитокинина и калия при ихЦЕНТРАЛЬНАЯ

НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКАМоск. сельс^эз а.чадамии


раздельном и совместном применении, а также определение характеравзаимодействия двух исследуемых регуляторов

В соответствии с поставленной целью решались следующиеэкспериментальные задачи

1 Провести сравнительное изучение влияния штжининов и калияпри их раздельном и совместном применении на гормональныйбаланс корневой системы, побегов, колосьев пшеницы на протяжениионтогенеза2 Определить изменения в содержании калия в органах пшеницы вонтогенезе в зависимости от уровня снабжения этим элементом иобработки кинетином3 Изучить особенности влияния цитокининов и калия при ихсовместном и раздельном применении на фотосинтетическуюактивность (содержание хлорофилла, хлорофилловый индекс,интенсивность, чистую продуктивность фотосинтеза)4 Изучить особенности действия цитокининов и калия при ихсовместном и раздельном применении на процесс дыханияинтенсивность, энергетическ>ю эффективность, функциональныесоставляющие дыхания (дыхание роста и дыхание подержания)Определить зависимость физиологического действия цитокининов отпоказателей дыхательного обмена5 Уточнить особенности взаимодействия цитомпшнов и калия,используя метод биотестирования6 Сопоставить рост, анатомо-физиологические особенности ипродуктивность растений пшеницы с гормональным балансом,модифицированным при разде тьном и совместном использованиицитокининов и калия Определить возможности увеличенияэффективности использования цитокининов для повышенияпродуктивности пшеницы

Научная новизна. Исследования показали, что гормональный балансорганов пшеницы на всем протяжении онтогенеза под действием, как калия, таки кинетина претерпевает значительные изменения Установлено, чтокалийдефицитные растения отличаются сниженным содержанием зеатина,ИУК, повышенным уровнем АБК Внесение кинетина и калия увеличиваетсодержание цитокининов и ауксинов во всех органах пшеницы Отношение3+ИУКУАБК возрастает Обработка кинетином повышает содержание калия вовсех органах пшеницы и частично компенсирует недостаток этого цемента \калийдефицитных растений на всем протяжении онтогенеза Растения,выращенные при совместном применении кинетина и калия, отличаютсянаибольшим содержанием калия и ростстиму пирующих гормоновМодификация гормонального баланса под деич/гвием изучаемых регуляторовсопровождается соответствующими изменениями темпов роста и )ерновойпродуктивности пшеницы Наибольшие приросты сухой массы и наивысшая


зерновая продуктивность пшеницы отмечаются на фоне максимальногоотношения 3+ИУК/АБК. Действие калия на физиологические процессычастично опосредованно изменением гормонального баланса, а влияниекинетина - повышением содержания калия. Взаимовлияние между кинетином икалием проявляется и через изменение фотосинтетической активности идыхательного обмена. Впервые показано, что при одновременномиспользовании действие кинетина и калия на интенсивность фотосинтеза идыхания суммируется. Прирост в этом случае стремится к сумме приростовдействия каждого из регуляторов в отдельности (аддитивный" характервзаимодействия). При анализе содержания хлорофилла каждый из изучаемыхнами регуляторов значительно усиливает действие другого, т.е. в этом случае вих взаимодействии проявляется синергизм. С помощью методабиотестирования выявлена зависимость действия цитокининов от показателейэнергетического обмена, в частности окислительного фосфорилирования.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования вносятопределенный вклад в понимание роли гормонального баланса в регуляцииростовых процессов растений пшеницы. Обнаруженные особенностивзаимодействия кинетина и калия создают основу для повышенияэффективности использования сшггетических аналогов цитокининов в практикерастениеводства для повышения зерновой продуктивности пшеницы.Отмеченные особенности гормонального статуса пшеницы разных сортов, придальнейшем уточнении дают возможность использовать анализ гормонов вкачестве теста в селекционной работе.

Полученные в работе данные могут быть использованы в курсепреподавания физиологии растений.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на 5 и6 Международных конференциях «Регуляторы роста и развития растений»(Москва, 1999, 2001), 4-ом съезде общества физиологов растений «Физиологиярастений - наука III тысячелетия» (Москва, 1999), Всероссийской молодежнойнаучной.- конференции «Растение и почва» (Санкт-Петербург, 1999),межвузовской конференции молодых ученых «Растение микроорганизмы исреда» (Санкт-Петербург, 2000), VII молодежной конференции ботаников(Санкт-Петербург, 2000), III конференции «Иммуноанализ регуляторов роста врешении проблем физиологии растений, растениеводства и биотехнологии»(Уфа, 2000), Международной научно-методической конференции«Продукционный процесс сельскохозяйственных культур» (Орел, 2001).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатныхработ.

Структура и объём диссертации. Работа изложена на 197 страницахмашинописного текста. Содержит 53 таблицы, 17 рисунков и состоит извведения, обзора литературы (2 главы), экспериментальной части (4 главы),заключения, выводов и приложения. Список использованной литературывключает 540 наименований, из них 184 на иностранном языке.


ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводили в условиях лабораторных (водные кульгуры)вегетационных (песчаные культуры), потевых опытов на яровой мягкойпшенице (Tnticum aestivum L ) сортов сибирской селекции Терция иНовосибирская 89 По данным сортоиспытания сорт Терция позасухоустойчивости превосходит сорт Новосибирская 89 на 2 балла

В вегетационных опытах варьировали уровень калийного питания (260 и52 мг/кг песка) Питатечьные элементы вносичи с поливными водами в фазедвух листьев в виде растворов солей Са(ГчЮз)2, КН2РО4, KC1, \'aH2PO<t, NaCI,MgSOi В вегетационных ссудах, вмещающих 5 кг песка, выращивали по 10растений пшеницы сорта Терция Схема опыта I NPV5K; 2 NP'/jK+ЯН, ЗNPFC, 4 NPK+tfff

Почевые исстедования проводились на базе отдела сепекцииКурганского НИИ зернового хозяйства Учетная площадь детянки 10 м : Схемаопыта 1 сорт Новосибирская 89, 2 Новосибирская 89, обработка кинетином, 3Терция, 4 сорт Терция, обработка кинетином

В лабораторных опытах опрыскивание кинетином (6-фурфуриламинопурином) в конц 9,3 х 10 М проводилось на третий деньпосле высаживания на питатечьные растворы (питательная смесь Кнопа) Ввегетационных и полевых опытах обработку кинетином проводили дважды вфазы трех листьев и выхода в трубку Контрольные растения опрыскивалисьводой

На протяжении онто1«неза опредетяли интенсивность ростовыхпроцессов (массу органов растений), количество свободных цитокининов(зеатина), ауксинов (ИУК) абсцизовой кислоты методом ИФА (Кудоярова идр, 1990), содержание пигментов (Гаврипенко и д р , 1975), хлорофилловыйиндекс (Тарчевский, Андрианова, 1981), ЧПФ (Ничипорович, 1961)Содержание калия анализировали методом ппаменной фотометрии (Ермаков идр, 1987), интенсивность дыхания и фотосинтеза манометрическим методом ваппарате Варбурга( Умбрейт, 1951, Семихатова, Чулановская, 1965)

Растительные образцы отбирали в основные фазы онтогенеза начиная сфазы выхода в трубку (15 дней после первой обработки), в 4-х кратнойбиологической и 3-х кратной аналитической повторности Анатомическуюструктуру флаговых чистьев и соломины пшеницы изучали посте прекращенияих роста в фазу цветения с помощью микроскопа МБР-l с использованиемоку тяра-микрометра МОВ-1-15* Для анализа анатомического строения бралипо 20 растений каждого варианта и делали по 10 срезов с каждого чиста истебля

В габчицах приведены средние арифметические из всех поэторностей иих среднеквадратичные ошибки При оценке раз шчий между вариантами


использовали критерий Стьюдента, считая достоверными различия при уровнедоверительной вероятности 0,95 (Зайцев, 1990).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Влияние кинетина и калия при раздельном н совместном применении нагормональный баланс, содержание калия и темпы роста пшеницы в

онтогенезе

На фоне полной питательной смеси на протяжении онтогенеза изменениесодержания ростстимулирующих гормонов (зеатина и ИУК) в побеге икорневой системе описывается одновершинной кривой (рис. 1 а, б). Повышениеуровня зеатина в первой половине вегетации, может быть обусловленноувеличением объема корневой системы (Модестов, 1915; Красовская, 1947).Уменьшение содержания зеатина, ИУК и повышение уровня АБК во второй

корн «вал еяетма

!*.«

г ** 200 -i

w оточим спелость-зезтин --О--ИУК — -Л--АБК .

Рис. 1. Содержание фитогормояов в органах пшеницы в онтогенезе(вариант NPK).

половине вегетации связано с возрастными изменениями, переходомвегетативных органов к старению. Максимальное содержание зеатина в колосе(рис. 1 в) в конце фазы цветения (IX этап органогенеза) может быть


обусчовлено возникновением новых морфофизиологичегких структурэмбрионально-эндоспермальных тканей (Куперман, 1984)

Таблица 1. Содержание калия (% на сухую массу) в органах пшеницы(вариант NPK)

орган пшеницы

корневаясистемапобегколос

выход втрубк\

0 35^0 01

0 60+0,02-

фазы онтогенезакочошение

0,092+0 03

2 93^0,03О,35±О 01

цветение

0 85+0 02

3 13±0 090 73+0,02

молочнаяспе-юсть0,61 ±0,02

2 90+0 0S0 98±0 03 1

Повышение уровня ЛБК в колосе еще раз подтверждает роль этого гормона припереходе генеративных органов в состояние покоя

выход в "трубку «оясшечле еаскозаясп^лост,

выход в трубку «елои.ение

корневая система с з06

-04• 02

о

-02

спелость

6

4 1-

2

0 *-щ

— 5 —

П1 -е цветение

-»-2

И

молочная спелось восковая •:

фазы онтогенеза

Рис.2 Отношение 3+ИУК/АБК и приросты органов пшеницы на протяжениионтогенеза (вариант NPK) 1. -отношение J+ИУК/АБК, 2 приросты «.ухой часхы

(псут) органов пшеницы

На фоне иэменения динамики фитогормонов в вегетативных органах впервой Головине вегетации до фазы копошения набпюдается ракотение калия,во второй - снижение содержания этого ->чем(.нта (табт 1) Снижениесодержания калия в вегетативных органах сопровождается повышением t,ro


уровня в колосе при переходе от фазы цветения к фазе молочной спелости. Влитературе отмечается атграгирующая роль колоса не только для ассимилятов,но и для минеральных веществ (Трейман, 1981; Киселева, 1998).

Важным показателем гормональной ситуации является соотношениефитогормонов (Уоринг, Филлипс, 1984; Дефлинг, 1985). Максимальномуотношению 3+ИУК/АБК соответствуют наибольшие приросты сухой массыорганов пшеницы (рис. 2). Однако параллельные изменения двух показателейеще не говорят об их взаимодействии (Сабинин, 1941). Для уточнения этоговопроса была сопоставлена модификация гормонального баланса подвоздействием кинетика и калия с темпами роста органов растений пшеницы.Обработка кинетином и изменение дозы снабжения калием заметно отражаетсяна гормональной ситуации. Повышение дозы питания калием увеличиваетсодержание зеатина и ИУК, снижает уровень АБК (табл. 2). Отношение3+ИУК/АБК под влияние калия возрастает. На этом фоне повышаютсяприросты органов пшеницы (табл. 3). Обработка кинетином увеличиваетсодержание зеатина и ИУК, особенно у калийдефицитных растений (табл. 2).Последнее может быть связано с тем, что содержание калия под влияниемкинетина возрастает (рис. 3). Недостаток калия у калийдефицитных растенийчастично компенсируется, гормональный баланс нормализуется, темпы роставозрастают (рис. 3, табл. 3). Растения пшеницы варианта NPK+KH

Таблица 2. Влияние кинетина и калия на гормональный баланс в зависимостиот дозы снабжения калием (фаза цветения)

органпшеницы

корневаясистема

побег

колос

вариант

NPV5K

NP75K+KH

NPK

NPK+KHNPV,KNP'/jK+KHNPK

NPK+KHNP'/jKNPV 5 K+KHNPK

NPK+KH

Содержание ГОРМОНОВ, НГ/ГсухоЯ кассы

зеатин234,7±10,3333,3±П,9289,8±13,5394,2±17,2220,8±9,8375,4±14,9380,7*12,3413,5±11,4658,2±27,1П51,9±40,4854,7±3,2

1358,8±35,9

ИУК104,б±4,3152,7±6,1151,6±4,3210,8±9,8171,7±6,4

310,8±12,2232,0±9,8355,8±12,4111,3*4.8166,9±7,|166,1 ±7,3

227,7*12,1

АБК

207,9±8,2286,9±11,8177,7±6,2282,5±9,2

307,9±13,7424,9±16,4270,2±10,4284,9±11,5112,8±5,3146,7±3.8101,4±4,1133,5±4,8

отношение3+ИУК/АБК

1,6

1Л2,5

2,1

1,3

1,6

2,32.8

6,8

9,0

9,5

11,9

характеризуются максимальным содержанием калия (рис. 3) и отношением3+ИУК/АБК (табл. 2, 3). Этому соответствуют наибольшие приросты сухоймассы побега и колоса пшеницы (табл. 3). Таким образом, действие какцитокининов, так и калия на ростовые процессы, по крайней мере, частичноопосредованно сходными изменениями в гормональной ситуации (отношения


З-'-ИУКУАБК) Однако этим взаимодействие кинетика и калия неограничивается

Таблица 3. Отношение 3+1ГУК/АБК и приросты сухой массы надземныхорганов пшенпц (фаза цветения)

, вариант

NP'AKNP7SK+KНNPK

NPK*KH


1,3

1.6

2.3

2.8

надземные органы пшеницыпобег

прирост сухоймассы г/сут0 015±0.00020,021гО,0004

1 0 061±0 0006| 0 072±0 000S


6.8

9.0

9.5

11.У

котос

прирост сухоймассы г/сут0 165+0 0040.220±0 005

0 224±0 0070 248±О 006

QNP-H/SK «NP^K BNP*U5K+KH BNP+K+KH

Рпс. 3. Влияние кинетниа п калия на содержание калия в органах пшеницы напротяжении онтогенеза.

2. Влияние кинетнна и калия при раздельном и совместномприменении на фотосинтез и дыхание

2.1. Влияние кинетина и калия на процесс фотосинтеза

Влияние кинетина и калия на содержание хлорофилла исследовалось как наизолированных листьях (биотестирование), так и на цетых растениях Наизолированных листьях показано, что мщетин и калий не только гормозчтразрушение хлорофилча (габт 4), но и усиливают его биосинтез (габл 5)Уве шчение содержания хяорофи^а (хлорофитюзый индекс) отмечается и на


целых растениях. При этом каждый их изучаемых регуляторов усиливаетдействие друг друга на этот показатель.

Таблица 4. Влияние кннетина и калия на торможение разрушения хлорофилла

вариант

NPl/5KNPKNP'/jK+AT/tiPK+KH

содержание xnopotисходное содержание

хлорофилла0,396*0,0150,407 ±0,0180,429 ±0,0170,483 ±0,020

)илла,мг/гСЫ1,оЯмассь,содержание хлорофилла

через 6 дней0,165 ±0,0050,273 ±0,0080,329 ±0,0110,437 ±0,014

ингибированиеэффекта, %

58%3 3 %2 3 %10%

Таблица 5. Влияние кинетина и калия на образование хлорофилла

содержаниехлорофилла

МГ/ГдыроИ массы

%

вариантвода

(контроль)О,О35±О,001

100

КС1

0,057±0,001163

КН

0,073±0,002209

КСХ+КН

0,093±0,003265

Ряс 4. Влияние кннетина и калия па хлорофилловый вндекс (иг Хл./рястенне).

При совместном действии кинетина и калия суммарный эффект оказываетсязначительно выше, чем влияние каждого из регуляторов в отдельности (рис. 4),т.е. взаимодействие между кинетином и калием в этом случае можноохарактеризовать как синергизм. Это не позволяет свести действие калия нахлорофилл только к увеличению содержания зеатина. Сопоставлениерезультатов, полученных методами ИФА и биотестирования, показывает, чтопод влиянием калия активность зеатина возрастает в большей степени, чем егосодержание. Можно полагать, что калий не только изменяет содержаниегормонов, но и является необходимым участником гормонального ответа.


10

Таблица 6 Влияние кинетина и калия на интенсивность фотосинтеза(МК1 О;/г ч) растений пшеницы (лабораторным опыт)

вариант

1 NP'/.K

ЯNPKNPK.+KH

интенсивность фотосинтеза, мкл О; г ч4 дня

314±12440±19

418±18564*22

6 дней408±1655О±24

548±24717±21

8 дней470±20620±28

590±22755*25

в возрасте1 12 днейj 538±241 698±26

11 632i25i 801*32

Таблица 7. Влияние кииетииа и калия ва чистую продуктивяость фотосинтеза(ЧПФ, г/м2 сут.) пшеницы

вариант

| ЧР'/,КNP'/jKrA'Н

INPKNPK~KH

выход втрубку9 7±0 311,5*0,3

12 7-4)414 9±0 5

фазы онтогенезакочошение

12 l t 0 416,4 £0 6

17.3±0 518 7i0 7

цветение

3 4-tO 15 2^0,2

6 3*0 28 1*0 3

молочнаяспетость3 6*0 14,9±0 1

- - J1 5,6±О2

7 3±0 3

Как обработка кинетином, так и внесение калия повышаютинтенсивность и чистую продуктивность фотосинтеза (табл 6, 7) Присовместном применении кинетина и калия их влияние на эти показатечисуммируется, т е в этом случае наблюдается аддитивный характервзаимодействия Это может свидететьствовать об относитетьнойнезависимости физиологического действия изучаемых регуляторов на этотпроцесс Анализ -штературы указывает на существенные различия в механизмедействия цитокин1шов и калия на фотосинтетическую активность клетки(Bottnl et a l , 1970, Павар и др , 1983, Le Rabic, et al , 1983)

2.2. Влияние кинетина н калия на процесс дыхания

Внесение кинетина и калия повышают интенсивность дыхания органовпшеницы (табл 8) Как и в стучае интенсивности фотосинтеза, эффект отсовместного действия кинетина и калия на интенсивность дыханиясуммируется, т е в их взаимодействии проявляется аддитивность Кинетин икалий действуют на различные стороны дыхательного обмена В присутствииингибитора процесса гликочиза - NaF кинетин практически не оказываетвтияния влияние на соотнои.ение пикотатического и пентозофосфатногопутей окистения пюкозы, тогда как калий повышает дотю гликоаиза вдыхатетьном метаболизме чистьев пшеницы (габл Ч а) В присутствии


Таблица S Влияние кинетина и кчлия на интенсивность дыхания (мкл Ог'г ч)вегетативных органов пшеницы (лабораторный опыт)

вариант

NP'AKNP'AK+ЛНNPKNPK>/Of

корни4дня

327*144 4 Ш 8468±18599+20

6 дней22&Н0296*1335О±15438±18

9 дней132iS168^7

236*11284±12

4 дня392*17572±24610+28854±35

побег6 дней 1340±14476±18576±22783±35

I

9 дней j285*10393±12529±21688±29

циточромоксидазы - Naty показано, что под вчиянием кинетина увеличиваетсяактивность альтернативной оксидазы, а под действием калия возрастаетактивность цитохромоксидазы (табл 9 в) Изучаемые регучяторы изменяютструктуру энергетических затрат (рис 5) Обработка кинетином и внесениекалия способствует повышению доли затрат на биосинтетические процессы denovo (дыхание роста) и снижению доли затрат на поддержание биомассы(дыхание поддержания) При совместном применении изучаемых регуадторовнаблюдается наибольшие доля дыхания роста (рис 5) и приросты органонпшеницы (табл 3)

Важнейшим поставщиком энергии в метабошзче клетки является АТФ,образующейся в процессе окислительного фосфорилирования Осопряженности процессов окисления и фосфорилирования можно судить поповышению интенсивности дыхания под влиянием разобщителя процессовокистения и фосфорилирования ДНФ (Семихатова, 1967, Жолкевич, 1968) Вопытах с ДНФ показано, что интенсивность дыхания органов растений, какобработанных кинетином, так и выращенных на полной дозе калия, резковозрастает (табл 10) Это свидетечьствует о том, что под влиянием кинетина икалия повышается сопряженность процессов окисления и фосфорилированияПри совместном применении изучаемых регуляторов наблюдается наибольшаястимуляция интенсивности дыхания (габл 10), т е максимальнаясопряженность процессов окисления и фосфорилирования

Таблица 9. Влияние кинетина и калия на качество дыханияа) Влияние кннепшз и калия на интенсивность дыхания (мгСОг/гч) приинфильтрации NaFВариант Инфильтрация

Н, NaF

NP+KHГ

0,52*0 010 75±0 02"

042з=0010 63*0 02

] Дочя пикочиза, %1

INPK>A#1 19±0 0512"vtO0:>"

0 61-fcOOI0 67*0 02


12

в) Влияние калия и кинетина ва интенсивность дыхания (мкл.О2/г.ч) приинфильтрации NaN3

Вариант

NP :NP+KHNPKNPK+KH

ИнфильтрацияН2О

272±Ю428±17349±15528±18

NaN 3

203±9363±15133±5

334±12

Доляингибирования

дыхания, %25156227

NP+KH NPK NPK+KH

•доля дыхания поддержания, % • доля дыхания роста. %вариант

Рис 5. Влияние кинетина и калия на функциональные составляющиедыхания.

Таблица 10. Влияние кинетнна н калия на интенсивность дыхания (мкл.Ог/г.ч)побегов пшеницы при инфильтрации 2,4-ДНФ

вариант

NPNP+AHNPKNPK+K//

инфильтрацияН 2О

322±1446СН194О5±18524±22

2,4-ДНФ

396±16654±2б603±24817±35

доля стимуля1щиинтенсивности

дыхания, %- - 23

• 4 2

4956

В присутствии ДНФ тормозится действие кинетина на образование пигментов(хлорофилла и амарантина) (табл. 1 1 а , в). При чем на модельном опыте сэтиолированными проростками амаранта показано, что внесение ДНФ через 2 и4 часа ингибирует действие кинетина на накопление амарантина более чем вдва раза (табл. 11 в). Внесение ДНФ через 6 часов после воздействия кинетинапочти не оказывает влияния на подавление синтеза амарантина. Сопоставление


наших данных с литературными (Романов и др , 1999) позволяет предположить,что ранние эффекты действия цитокинина (транскрипция и транс тяпия)связаны с влиянием этого гормона на энергетическую эффективность дыхания(окислительное фосфорилирование)

Таблица 11. Эффеюг действия ДНФ ва накопление пигментов под влияниемкинетина

а) Эффект действия ДНФ на накопление хлорофичлавариант

содержаниехлорофилла, чг/Гсыроа

М1ССЫ

среда инкубациикинетин

0,073*0,002кинетин + ДНФ

0,025±0,001

ингибирование эффекта, %

6 6 %

в) Эффект действия ДНФ на накопление амарантинавариант

А 540ингибированиеэффекта, °о

контроль(кинетин)

0 101±0 0090

сроки внесения ДНФ после кинетиначерез 2 часа0 065±0 007

36

через 4 часа0 О58±О 005

43

через 6 часов0,088*0,007

А «40 — специфическое попощение ачарантина

3. Влияние кинетина и калия на продуктивность пшеницы

В вегетационном опыте наивысшая масса зерна с растения пшеницыотмечается при обработке кинетином на полной дозе калия (табл 12) Важно,что это происходит на фоне наибольшего отношения З-^ИУК/АБК (табл 2)

Таблица 12. Влияние кинетина и калия на продуктивность пшеницы(вегетационный опыт)

Показатети

масса зерна срастения, г

т1ер-к/Ч1солочы

МР'/5КО,591±О 032

0 580 12

Вариант

828±б9

0 780 14

NPK0 848±0,070

0 880,16

NPK-ЯЯ1,028*0 090

1 110 19

Растения варианта NTK+A7/ отличаются особенностями развитияпроводящей системы Совместное внесение кинетина и калия способств><«тувечичению числа и размеров проводящих пучков, возрастанию диаметракситемы и фло>мы как в стеблях (табл 13 а), так и во фтаговых листьяхпшеницы (табл 13 в) Наблюдаемое развитие проводящей системы


14

Таблица 16. Анатомические особенности проводящей системы пшеницы взависимости от уровня калия и обработки кинетином (вегетационный опыт,

2000 г.)а) стебель

вариант

NP73KNP7 5 K+/CЯNPKNPK+/Cff

проводящий пучокчисло

пучков встебле,

шт.22±12б±1

28±232±1

диаметрпучка, мм

0,132±0,0010,148±0,003

0,144±0,0050,165±0,006

в) флаговый листпоказатели

длина сети жилок,см/см2

о

«

1

диаметрпучка, ммдиаметрфлоэмы, ммдиаметрксилемы, ммдиаметрсосудовметаксилемы,мм

диаметрфлоэмы, мм

0,027±0,0010,037*0,001

0,030±0,0010,046±0,002

диаметрсосудов

ксилемы, мм

0,084±0,0020,090±0,002

О,О93±О,ООЗ0,098±0,003

диаметрсосудов

метаксилемы,мм

О,О23±О,ОО10,031*0,001

0.030±0,0010,039±0,001

вариантNP7 5K

42,25±1,81

0,089±0,003

0,020±0,001

0,048±0,001

0,018±0,001

NP'/$K+KH52,00±1,б4

0,109*0,004

О,О25±О,ОО1

, 0,063*0,002

0,024±0,001

NPK48,00±1,21

О,130±О,0О5

0,025±0,001

0,084±0,002

О,023±О,0О1

NPK+AH58,10±1,75

0,140±0,005

0,030±0,001

0,089±0,003

0,029±0,001

способствует усилению тока воды и ассимилятов под влиянием изучаемыхрегуляторов. Показателями транспортных потоков к формирующимсязерновкам являются микрораспределение пластических веществ в колосе(отношение tax^Jmnoao,^) и аттрактивная способность колоса (отношениепЪсрна/тошшы) (Драгавцев, 1994; Удовенко, 1996). Растения, обработанныекинетином на фоне полной дозы калия, характеризуются наибольшимотношением тзерю/гпполови и отношением тжр№Я/тята>«а (табл. 12).

Зависимость между гормональным балансом и формированием зерновойпродуктивности проявляется и в полевом опыте. Исследования проводились надвух сортах Терция и Новосибирская 89. В литературе подчеркиваетсяспецифичность ответной реакции сортов на обработку регуляторами(Шевелуха и др., 1989). Исследования подтвердили закономерности,полученные в вегетационном опыте, по изменению гормонального баланса в


онтогенезе в независимости от сортовых особенностей пшеницы Однакопшеница более засухоустойчивого сорта Терция о г шчается повышенным

Таблица 13. Гормональный баланс флаговых листьев пшеницы сортов Терция иНовосибирская 89 (конец фазы выхода в трубку, 1999 г.)

показатетагормональногобаланса

содержаниезеатина, nrrrcym>st

массысодержание АБК,НГ* Г с у х о д мас4-ы

отношение 3/АБК

вариантсорт Новосибирская 89

контроль

213 1±10,1

450,0±15,3

0 47

обработкаКН

340 8± 10,1

526,3+21,1

0 65

сорт Терцияконтроль

161.9±7,4

514,0^20,2

обработкаКН

3189±11,2

650,5±25 5

0,31 | 0,44

Таблица 14. Продуктивность пшеницы сортов Терция и Новосибирская 89

вегетационныйпериодпоказателипрод\кгивности

сорт контрольН 89 | обработк

I аА'Я

Н 89 - Новосибирская 89

уровнем АБК и сниженным содержанием зеатина (табл 13) По литературнымланным АБК играет важную ропь при водном стрессе (Чкаников, 1987) В связис этим важно, что зерновая продуктивность пшеницы сорта Терция в болеевлажный юд была нескочько ниже, а засушливый год выше по сравнению спшеницей сорта Новосибирская 89 (табл 14) Более низкая черноваяпродуктивность сорта Терция во влажный год может быть связана спониженным содержанием зелтина (табл 13) Обработка кинетиномнормализует гормональную ситуацию (повышает содержание зеатина иотношение 3/АБК) (табл 13) На JTOM фоне возрастает зерновая


16

продуктивность пшеницы, увеличивается продуктивная кустистость и числозерен в колосе (табл. 14).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Действие кинетина и калия на физиологические процессы опосредованноих влиянием на гормональный баланс и содержание калия. Калийдефицитныерастения отличаются сниженным содержанием зеатина и ИУК, повышеннымуровнем АБК. Внесение кинетина и калия нормализует гормональный балансорганов пшеницы. Растения, выращенные при совместном применениикинетина и калия, характеризуются наибольшим содержанием калия иотношением 3+ИУК/АБК. Под влиянием кинетина и калия увеличиваютсясодержание хлорофилла, интенсивность и чистая продуктивность фотосинтеза,повышаются интенсивность и энергетическая эффективность дыхания, долядыхания роста. При одновременном использовании действие кинетина и калияна интенсивность фотосинтеза и дыхания суммируется. Прирост в этом случаестремится к сумме приростов действия каждого из регуляторов в отдельности(аддитивный характер взаимодействия). При анализе содержания хлорофиллакаждый из изучаемых нами регуляторов значительно усиливает действиедругого, т.е. в их взаимодействии в этом случае проявляется синергизм. Междуизменением гормонального баланса и формированием зерновойпродуктивности установлена взаимосвязь.

ВЫВОДЫ:

1. Показана динамика формирования гормонального баланса пшеницы вонтогенезе. В первой половине вегетации содержание зеатина, ИУКповышается, а затем снижается. Уровень АБК непрерывно растет.Отношение 3+ИУК/АБК описывается одновершинной кривой смаксимумом в фазы колошения и цветения. Изменению балансафитогормонов соответствует динамика темпов роста органов пшеницы.Действие кинетина и калия на физиологические процессыопосредованно их влиянием на гормональный баланс и содержаниекалия в органах пшеницы.

2. Калийдефицитные растения отличаются сниженным содержаниемростстимулирующих гомонов, повышенным уровнем АБК, и какследствие, уменьшением отношения 3+ИУК/АБК. На этом фоне росторганов пшеницы тормозится. Нормализация калийного питанияприводит к повышению отношения 3+ИУК/АБК, увеличивая,содержание зеатина, ИУК и снижая уровень АБК. Это сопровождаетсяусилением темпов роста пшеницы.


3 Обработка калийдефинитных растений кинетином, повышаясодержание калия, частично компенсирует недостаток этого элемента,способствует возрастанию интенсивности физиологических процессов

4 Обработка растений пшеницы кинетином изменяет гормональныйбаланс, повышает отношение 3~ИУК/АБК На л о м фоне увеличиваетсяфотосинтетическая активность, повышаются темпы роста, возрастаетзерновая продуктивность

5 Действие синтетического аналога цитокининов — кинетина, по крайнеймере, частично опосредованно его влиянием на изменения вдыхательном обмене Обработка кинетином повышает интенсивностьдыхания, увеличивает долю энергетических затрат на биосинтетическиепроцессы (дыхание роста) Опыты с ДНФ указывают на зависимостьдействия кинетина от его влияния на энергетическую эффективностьдыхания

6 Характер взаимодействия кинетина и калия может быть разтичнымПри совместном применении действие кинетина и калия наинтенсивность фотосинтеза и дыхания, ростовые процессысуммируется Приросты в этом случае стремятся к сумме приростов покаждому из регуляторов в отдельности, т е в их взаимодействиинаблюдается аддитивность При совместном влиянии кинетина и калияна содержание хлорофилла, изучаемые регуляторы значительноусиливают действие друг друга В этом случае проявляется синергизм

7. В по~евых исследованиях при анализе баланса фитогормоновпроявляется специфика сортов пшеницы Более засухоустойчивый сортТерция отличается большим содержанием АБК Обработка растенийкикетином увеличивает содержание зеатина и отношение 3/АБК Наэтом фоне зерновая продуктивность пшеницы возрастает

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАНЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Кулакова И А , Коркина Т А Влияние фитогормонов на физиологическиепроцессы этиолированных и зеленеющих проростков яровой пшеницы Тездокл Пятой Международной конференции «Регуляторы роста и развитиярастений» - М , 1999 - С 48

2 Якушкина Н И , Коркина Т А Влияние кинетина на некоторые стороныдыхательного обмена проростков пшеницы Тез докл Четвертого съездаобщества физиологов растений «Физиология растений - наука IIIтысячелетия» М , 1999 -С 111

3 Коркина Т А Влияние шггокининов на физиологические процессы пшеницыв зависимости от уровня снабжения калием Тез докл Всероссийскоймолодежной научной конференции «Растение и почва» - СПб , 1999 - С117-118


18

4. Коркина Т.А., Якушкина Н.И. Особенности влияния калия и кинетина напоказатели энергетического обмена проростков пшеницы //Организация ирегуляция физиолого-биохимических процессов. - Воронеж. - Вып. 2. - 2000.-С. 68-70

5. Коркина Т.А., Алимов И.Г. Влияние калия и кинетина на рост и содержаниехлорофилла: Материалы межвузовской конференции молодых ученых«Растение микроорганизмы и среда». - СПб., 2000. - С. 37 - 38

6. Коркина Т.А. Взаимодействие калия и цитокининов в регуляцииэнергетического обмена: Тезисы VII молодежной конференции ботаников. -СПб,2000.-С. 123 '

7. Коркина Т.А., Якушкина Н.И. Гормональный баланс колоса пшеницы взависимости от этапа органогенеза и обработки кинетином: Материалы IIIконференции «Иммуноанализ регуляторов роста в решении проблемфизиологии растений, растениеводства и биотехнологии». - Уфа, 2000. - С.32-34 • .

8. Коркина ТЛ., Фирсанова Г.Н. Влияние ионов калия и цитокининов нагормональный статус и анатомо-физиологические особенности пшеницы:Материалы Ш конференции «Иммуноанализ регуляторов роста в решениипроблем физиологии растений, растениеводства и биотехнологии». - Уфа,2000.-С. 98-101

9. Коркина Т.А., Поликарпов С.А., Якушкина Н.И. Особенностигормонального баланса двух сортов яровой пшеницы и его изменение вонтогенезе //Доклады РАСХН. - 2001. - №3. - С. 9-10

Ю.Коркина Т.А., Фирсанова Г.Н. Анатомо-физиологические особенностияровой пшеницы двух сортов, различающихся по устойчивости к засухе//Продукционный процесс сельскохозяйственных культур. - Орел. - Ч. 1. -2001. - С . 196-201

11.Коркина Т.А., Якушкина Н.И. Влияние калийного питания и кинетина насодержание фитогормонов и калия в органах пшеницы //Агрохимия. - 2001. -№ 6. - С. 52 - 56

12.Коркина Т.А., Якушкина Н.И. Значение дыхания в физиологическомдействии цитокининов: Тез. докл. Шестой Международной конференции«Регуляторы роста и развития растений». - М-, 2001. - С. 41 - 42

13.Коркина Т.А., Фирсанова Г.Н. Влияние уровня калийного питания иобработки кинетином на анатомическую структуру пшеницы: Тез. докл.Шестой Международной конференции «Регуляторы роста и развитиярастений». - М., 2001. - С. 104

Автор выражает сердечную благодарность своему научномуруководителю д.б.н. Н.И. Якушкиной за постоянную помощь на всех этапахвыполнения работы, благодарит за помощь при выполнении данной работысотрудников Института физиологии растений РАН д.б.н. В.Н. Жолкевича, к.б.н.


О Ф Монахову, д б н Романова Г А , м н е Гетман И А , сотрудников1аборатории регуляторов роста МСХА к о н Н П Карсункину, к о н И ВСкоробогатову, сотрудника МСХА к б н Н В Пилыцикову, преподавате ыМПУ к б н Г Н Фирсанову Особую признательность автор выражает чавкафедрой агрохимии МСХА д б н Б С Ягодину за помощь в определениикалия, сотрудникам БНЦ РАН д б н Г Р Кудояровой и С Ю Весетову чапредоставленные наборы для ИФА, а также н с Курганского НИИ сечьскогохозяйства С А Поликарпову за предоставленные семена пшеницы и оказаннуюпомощь при проведении полевых исследований


Объем 1,25 п.л. Зак. 495 Тираж 100 экз.

АНО «Издательство МСХА»127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44


458.взаимосвязь гормонального и трофического фактора...

Documents