close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Полянцева Мария Александровна. Физиолого-биохимические ответы Solanum tuberosum на действие регулятора роста эпина

код для вставки
I\/11,fr*TCTEPCTBOOFPA3OBAHI{'INHAYKVIPOCCIM>[email protected]
OEAEPAJIbHOE
f OCYAAPCTBEHHOEEIO.4XETHOEOEPA3OBATEJIbHOE
yTIPEXAEHI4E
BbIc IIrEf o oEPA3oB AHI4TI( op JIoB cKr,ffi
yIAP
f OC
CTBEHI{bIIZyHtragEPCI4TETunaenz
Vt.C. Typf EI{EBA)
BbItIycKHAt [email protected]{KAI_U,IOH}IAfl
PAEOTA
no HanpaBJreHr{a
rroAroroBxpr
06.04.01 Fuolorus
HarrpaBneHHocrb @usraororux pacrewuit
cry4enmu llorxnqeeofi Mapuu Arercan4poBHbrrrrr0p 165081
I4ucruryra ecrecrBeHHbrx
HayKra6norexHoJrornr{
KaSe4pa 6orasuxrE,Sueuolo ruvr146raoxuuuu p acr enuir
TerrraBbrrrycKHofireanu$r4KarluoHHofipa6orur
@uguonoro- 6uoxraMl4qecKlle
orBerbr Solanum tuberosum Ha 4eficrnue perynf,Topa
pocTa 3rrr4Ha
Cry.4eur
llorsnqesa M.A.
Pyrono4rareJrb
6.n.,npo$. llysraHaT.I4.
3an.raSeApofi
il"6.s.,npo$. lly:r.rHaT.I4.
Open2018
MI4HI4C
TEPCTBO OBPA3OBAHI4fl,14HAyKI4 POCCr4frCKorZoEAEPAUI4LT
OEAEPANbHOE
|OCYTAPCTBEHHOE
BNNXETHOEOEPA3OBATENbHOE
YqPEXNEHI4E
BbICIIIE|O OEPA3OB
AHVIfl
(opJIoBCKI4rz
yHr4BEpCr4TET
f OCynApCTBEHHbTfr
r.rMeHr.r
14.C. TyP|EHEBA)
, frcnrryr ecrecrBenHbrxHayKra6raorexnoJrorr4rr
iia(f e:p a 6oranrzr<ra,
6zoxunruu u $ u:uonorrau pacreHraft
HanpanlenuerroArorosrs{06.04.01 Bnolorux
3:.npaueHHocrb(npoSunn)@ugnolorur pacrenufi
( "* > ue,-e.{-p
201!_r.
3AAAHI4E
Ha Bbrrro
JrH
eHr4
e Bbrrrycrnofirnalz 1p
rzxaqu
onHofi pa6orrr
r"j1'feHra
llo.naHqenoir.Mapuv.Anercan4poBHbr
rrru$p165081
- " TerraBKP: @rasraoJroro6uoxraMu.recKr,re
orBerbrSolanumtuberosumna reficrnue
:en'-lrrTopapocTa3nI,IHa.
];reepxgena rpr{Ka3oMro yHr{Bepcr.rrery
or <10>nos6ps 20r7r. Ns 2-3214
i. Cpox cAaqI,IcryAeHroM3aKoHqenHofi
pa6omr<6> rzrons2018 r. ( sa20 Asefi ao 3aur,rrbr
3KP)
-: Ilcxo4nue AaHHbre
x pa6ore:Marepr{anbr
focru u TV, yue6Huxu,HayrrHbre
}KypHanbr
rr
;TarbH,c[paBoqHbleAaHHbIecern Internet, naatepraalbr
no pe3ynbraraMrrpeAAr4nnouuofi
*p aKrrrKH,p e3yJrbrarbr
rrpoBeAeHHbrx
Ha)nrHbrx
r4ccneAoB
auuit.
:. CotepNauraeBKP (uepeueurnoAnexarrluxpaspa6orxenonpocon):
-. npoanalll3lapoBarb
nlrreparypy rro reMe:Ouguroloro-6uoxuul,rqecKr4e
orBerbrSolanum
::3erosumHa4eficrnneperynrropa pocra grrrrHa.
L Ocsoum MeroAbr$u:uoloro- 6uoxrEuur{ecKr.rx
npoqeccoB;
-: Ii3r-{HTL BJII{tHI,regrILIHaHa I,IHTeHcI..IBHocrb
rlpoqecca AIIXaHI4{;
i srusHts BnI4tHI,Ienpenapara Ha nepBoHar{ar-rbHo
cocraBnqroilrrreAblxareJrbHofoo6vega:
i ltcc-legonart 4eftcrelae orll{Ha na pa6ory aKTrrBHocrI{aHTr4oKcr{AaHTHbIX
cr4creM: KaraJ,ra3a.
-3FOKCHAa3a;
:. onpe4ell{Tb fracrl{e enu6paccrrHonrrAa B TpaHcMeM6pauHounoroKe BoAbrr{epe3
:.ftsaIIoprrHbr;
BrusHue SrrrrHaHa BoAoyrep}Kr4Baroqyrocnoco6gocrb nr{crbeB;
" ri3\nrr.{Tb
] slueHrl 4eficreue srII4HaHa KoJII4rrecrBoycrbr{q Lrr.rHTeHczBHocrbrpaHcu4paquu;
'. uccre4onaTb BJIpIgHITe
SnIrHaHa pocroBble rroKa3areJll4
HaA3eMHbrX
rr nol3eMbrx opraHoB
:acreHu.f,raproQena;
' -t. Ir:yiuG Aeficreue [penapara grrr4HaHa npoAyKTr4BHocrbpacreHnfi xapro$enx u
: Lrp\rupoBaHrae$elnetmr (npo6r<u) rny6nefi
- 1. Bueo4rr.
Jara eri4auv 3a1a:e:r.fl
<<26>>
?rr'oeoArarenrBKP
3a:asue rrpuHsnK r.rcnoJrHeHr.rro
2017r.
.u., npo$. llyauua T.IrI.
llorsHrleea M.A.
KAJIEIIAAPIIbTU IIIIAH
Harauenonaglre gTa[oB
BKP
C-ocranrrerud
e rrpolpaMMbrr4ccJreAoB
aHLrff
[Iryuenre kr anurvg Jrrrrepar]pbr rro reMe paOorrr
ffiop EaxoArrbD( 9Kc[ep]rMeHTaJrbHbD(AaHHbrx
O6pa6oma v arrurkr3tron)rqeunoft nn(loprvraquu
[oAloronxa r.lo(foprvrJreH]re
rercronofi qacru BKp
[o4rorosra r.ro(foprrlrreHue
rpa(puuecrux
Ch5r4ear
&L*nolrln
P5;rouogrErenrBKP
tA.
p"po|.IlysraHa T.I4..
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..3
ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………………5
ГЛАВА 1. ФИТОГОРМОНЫ БРАССИНОСТЕРОИДЫ, ИХ ФИЗИОЛОГОБИОХИМИЧЕСКАЯ РОЛЬ В РАСТИТЕЛЬНОМ ОРГАНИЗМЕ……………5
1.1.Химическая природа брассиностероидов их биосинтез ………………5
1.2.Классификация брассиностероидов………………………………….13
1.3.Физиолого-биохимическая роль брассиностероидов в растении…….16
1.3.1. Влияние на водный режим……………………………………….17
1.3.2. Влияние на фотосинтетическую активность……………………17
1.3.3. Влияние на устойчивость………………………………………18
1.3.4. Влияние на рост, развитие, продуктивность……………….…22
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ………………………………………....….……31
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………………31
2.1. Характеристика объекта………………………………………………..31
2.2. Условия проведения опыта…………………………………………….32
2.3. Методы исследования………………………………………………….36
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ…………………………………………………..44
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЭПИНА НА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ РАСТЕНИЙ……………………………………………………..44
3.1. Влияние эпина на интенсивность дыхания....………………………...44
3.2.
Влияние
эпина
на
активность
антиоксидантных
ферментов...................................…………………………………………….....45
3.3. Влияние эпина на водный режим……………..……………………….47
3.4. Влияние эпина на рост, развитие и продуктивность растений………51
ВЫВОДЫ……………………………………………………………………………...56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………….57
2
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Выяснение механизмов регуляции ростовых процессов и продуктивности
растенийостается
важнойпроблемой
современной
биологии.
Актуальным
направлением работ в этой областипредставляется изучение регуляторов роста фитогормонов и их синтетических аналогов. Из всех классов фитогормонов менее
изученными в действии на физиолого - биохимические процессы являются
брассиностероиды [1,2,4]. Имеющиеся в литературе сведения в основном
касаются их влияния на устойчивость к действию неблагоприятных факторов
среды [3]. Практически отсутствуют сведения касающиеся влияния данной
группы фитогормонов на показатели водообмена растений. Основная масса работ
выполнена на зерновых и бобовых культурах.Не найдено исследований
относительно картофеля – одной из ценных сельскохозяйственных культур. В
последнее время отечественные исследователи используют препарат Эпин-экстра,
синтезированный на основе эпибрассинолида фирмы НЕСТ. М.
Цельнастоящей работы состояла в изучении физиолого-биохимичсеких
особенностей действия препарата Эпин-экстра у растений картофеля.
В
соответствии
с
заданной
целью
были
поставлены
следующие
экспериментальные задачи:
- изучить влияние эпина на интенсивность процесса дыхания;
-выявить
влияние препарата на первоначально составляющие дыхательного
обмена;
- исследовать действие эпина на работу активности антиоксидантных
систем: каталаза, пероксидаза;
-определить участие эпибрассинолида в трансмембранном потоке воды
через аквапорины;
- изучить влияние эпина на водоудерживающую способность листьев;
- выявить действие эпина на количество устьиц и интенсивность
транспирации;
3
-исследовать влияние эпина на ростовые показатели надземных и подземых
органов растения картофеля;
- изучить действие препарата эпина на продуктивность растений картофеля
и формирование феллемы (пробки) клубней.
Научная новизна
Впервые показано действие брассиностероидов на начальные пути
дыхательного обмена. Показана специфика влияния их на трансмембранный
поток воды. Установлено участие брассиностероидов в формировании феллемы
во вторичной покровной ткани-перидермы.
Научно практическая значимость
Установленные закономерности действия препарата эпина на основе
эпибрассинолида на физиолого - биохимические процессы растений картофеля
развивают
представления
о
роли
фитогормонов
брассиностероидов
в
растительном организме. Результаты исследования, касающиеся действия эпина
на инициацию клубнеобразования, могут быть использованы в биотехнологии
при микроклональном размножении картофеля. Полученные результаты по
влиянию эпина на продуктивность картофеля и формирование феллемы клубней
могут быть использованы в практике картофелеводства. Полученные результаты
могут быть использованы для чтения лекций и проведений семинаров по
физиологии и биохимии растений в разделе «рост, развитие и фитогормоны».
Апробация работы
Результаты данной работы были представлены на итоговых научных
студенческих конференциях : «неделя науки -2017, неделя науки -2018», а также
на Региональной научной конференции Орловского отделения общества
физиологов
физиологии
растений
России
растений:
«Инновационные
от
молекул
направления
до
современной
экосистем».
4
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
ГЛАВА 1. ФИТОГОРМОНЫ БРАССИНОСТЕРОИДЫ, ИХ
ФИЗИЛОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКАЯ РОЛЬ В РАСТИТЕЛЬНОМ ОРГАНИЗМЕ
1.1.
Химическая природа брассиностероидових биосинтез
Первым брассиностероидом, выделенным в 1970г. В США Дж. Митчелом
из пыльцы рапса, был брассинолид [5]. Его структура ((22R,23R,24S)-2α,3α,22,23тетрагидрокси-24-метил-В -гомо-7 -окса-5α-холестан-6-он) была определена с
помощью спектроскопического анализа и методом дифракции рентгеновских
лучей. Второй изолированный брассиностероид, кастастерон, имеет структуру
(22R,23R,24S)-2α,Зα,22,23-тетрагидрокси-24-метил-5α-холестан-6-он) (рис. 1.1).
Рисунок1.1. Химическая структура брассинолида (1) и катастерона (2)
Брассиностероиды имеют общий 5α-холестановый скелет, их структурные
отличия определяются различными типами и положением функциональных групп
в кольцах А и В и боковой цепью (рис. 1.2).
5
Рисунок1.2. Вариации строения кольца А, кольца В и боковой цепи у природных
брассиностероидов
В кольце А брассиностероиды имеют гидроксильные группы в положениях
С-2α и С-3 α. Брассиностероиды с α-гидроксилом, р-гидроксилом или кетоном в
6
положении С-3 являются предшественниками брассиностероидов, имеющих гидроксильные группы в положениях 2α,Зα. С другой стороны, брассиностероиды с
гидроксильными группами в положениях 2α,Зβ, 2β,3α или 2β,Зβ, возможно,
являются метаболитами гидроксилов 2α,Зα. Две гидроксильные группы в
положениях 2α,Зα в кольце А представляют общую структурную черту наиболее
активных брассиностероидов, таких как брассинолид и кастастерон. Снижение
активности в ряду 2α,Зα>2α,Зр >2β,3α>2β,Зβ, демонстрирующее взаимосвязь
между структурой и активностью,
предполагает,
что
α-ориентированная
гидроксильная группа в положении С-2 необходима для большей биологической
активности брассиностероидов в растении. Биогенные предшественники, такие
как тифастерол и теастерон, имеют только одну гидроксильную группу в кольце
А. Обнаружены также брассиностероиды с 2,3-эпоксидной группой в кольце А секастерон и его эпимеры (2,3-диэписекастерон и 24-эписекастерон). Существует
два брассиностероида с 3-оксогруппой (3-дегидротеастерон и 3- дегидро-6деоксотеастерон), но также есть брассиностероиды, имеющие дополнительный
гидроксил в кольце А в положении С-1α или С-1β (3-эпи- 1α-гидроксикастастерон
и
1β-гидроксикастастерон).
Кроме
того,
обнаружены
структуры
брассиностероидов с двойной связью в кольцах А (Δ2,3 или Δ4,5) или В (Δ5,6).
В соответствии со стадией окисления кольца В все брассиностероиды
делятся на типы: 7-оксалактон (12 веществ), 6-оксо (6-кетон) (34 вещества), 6деоксо (неокисленный) (21 вещество). К четвертому типу относится только один
брассиностероиды
с
гидроксильной
группой
в положении
С-6
—
бα-
гидроксикастастерон[1,5]. Два вещества ((22S)-22-гидрокси- кампестрол и 28-нор(22S)-22-гидроксикампестрол) представляют пятый тип брассиностероиды. В
целом известно, что брассиностероиды типа 7-оксалактон обладают большей
биологической активностью, чем брассиностероиды типов 6-оксо или 6-деоксо.
Иногда брассиностероиды типа 6-оксо имеют активность, сходную с веществами
типа 7-оксалактон, но неокисленные брассиностероиды практически не обладают
ею либо демонстрируют очень слабую биологическую активность.
7
Кроме того, все известные до сегодняшнего дня брассиностероиды в
зависимости от функций колец А и В делятся на следующие группы:
—
брассиностероиды с семичленным кольцом В с 7-оксалактоном и
гидроксильными группами 2α,Зα;
—
вещества типа 6-оксо с эпоксидной группой 2β,3β;
—
вещества типа 6-оксо с дополнительной гидроксильной группой в
положении С-1 (α или β);
—
вещества типа 6-оксо с группой 3-оксо;
—
брассиностероиды без кислородных функций в кольце В;
—
брассиностероиды, имеющие гидроксильную группу в положении С-
—
брассиностероиды, имеющие двойную связь (Δ2,3 или Δ4,5) в кольце А.
6;
В соответствии с холестановой боковой цепью брассиностероиды делятся
на 11 типов с разными заместителями в положениях С-23, С-24 и С-25: 23-оксо,
24S-метил, 24R-метил, 24-метилен, 24S-этил, 24-этилиден, 24-метилен-25-метил,
24-метил-25-метил, без заместителя в положении С-23, без заместителя в
положении С-24 и без заместителей в положениях С-23 и С-24 (рис. 1.2)
Свободные брассиностероиды подразделяются на группы стероидов С27, С28
и С29. Такая классификация брассиностероидов создана на основе алкилзамещаю- щей структуры боковой цепи. Присутствие насыщенного алкила
(метальной или этильной группы) в положении С-24 и метила в положении С-25
делает
брассиностероиды
биологически
более
активными.
Большинство
брассиностероидов имеют 5-алкильную группу в положении С-24, тем не менее
существует 5 исключений среди брассиностероиды, которые имеют S-алкильную
группу, например, 24-эпибрассинолид или 24-эпикстастерон. Также обнаружены
брассиностероиды, не имеющие заместителей в положениях С-23 и/или С-24. Все
эти алкильные заместители являются обычными структурными компонентами
растительных стеролов[5]. Предполагается, что брассиностероиды являются
производными стеролов, несущих такую же боковую цепь. Брассиностероиды
типа С27 (13 веществ), не имеющие заместителя в положении С-24, могут
8
происходить от холестерола. Брассиностероиды типа С28 (39 веществ), несущие αметил, β-метил или метиленовую группу, могут происходить от кампестерола, 24эпикампестерола или 24-метиленхолестерола, соответственно. Брассиностероиды
типа С29 (13 веществ) с α-этиловой группой могут происходить из ситостерола.
Кроме того, брассиностероиды типа С29, несущие метилен в положении С-24 и
дополнительную метиловую группу в положении С-25, могут происходить от 24метилен-25-метилхолестерола.
Биосинтез брассиностероидов
К настоящему времени известно большое количество мутантов с
нарушенным синтезом брассиностероидов. Это позволило проследить этапы их
биосинтеза, выделить участвующие в нем ферменты и кодирующие их гены,
установить функциональную роль. В частности, получены карликовые мутанты,
рост которых нормализуется при экзогенном применении брассиностероидов.
Так, у арабидопсиса мутации dwf (от англ, dwarf — карлик) контролируют разные
этапы биосинтеза (рис. 1.3). Вместе с тем есть карликовые мутанты, не
чувствительные к брассиностероидам (например, мутация bril)[32]. Это связано с
нарушением в системе восприятия или передачи сигнала о брассиностероидах.
Помимо арабидопсиса мутации в генах, кодирующих ключевые биосинтетические
ферменты, обнаружены и изучены на томатах (рис. 1.4), горохе (рис. 1.5), рисе
(рис. 1.6).
Биосинтез брассиностероидов идет по мевалонатному пути и включает
общие для других терпеновых соединений стадии: изопентенилпирофосфат,
геранилпирофосфат, фарнезилпирофосфат, сквален. Первым специфическим
продуктом, из которого синтезируются остальные брассиностероиды, является 24метиленхолестерол, превращающийся в кампестерин и кампестанол (рис. 7). От
кампестанола
расходятся
две
параллельные
ветви
биосинтеза,
часто
одновременно сосуществующие в растениях: с ранним и с поздним окислением в
С-6 положении[43]. В итоге обе ветви биосинтеза заканчиваются брассинолидом физиологически активным брассиностероидом.
9
Рисунок1.3. Фенотипы карликовых мутантов арабидопсиса. Слева – растение дикого
типа в возрасте 5 недель, далее – карликовые мутанты по биосинтезу брассиностероидов (dwf5,
det2, dwf1, dwf7, dwf4, cpd) и мутант bril, не чувствительный к брассиностероидам, того же
возраста.
Рисунок1.4. Мутант томата с нарушенным биосинтезом брассиностероидовdumpy (dpy)
(слева), мутант dpy, обработанный 10-6 М брассинолидом (в центре), и дикий тип растений
томата (справа).
10
Рисунок1.5. Внешний вид 18-дневных растений гороха (А) и 4-го междоузлия (В): дикий
тип (слева), мутант lke (в центре) и мутант lkb (справа). Средняя высота 18-дневных растений
дикого типа составляет 30 см, средняя длина 4-го междоузлия – 43 мм.
Рисунок1.6. Фенотип мутанта риса brd2.
11
Рисунок1.7. Биосинтез брассиностероидов:
1 - ранние этапы биосинтеза, общие с другими терпеноидами; 2 - образовани стероидов; 3 - путь
раннего 6С-окисления; 4 - путь позднего 6С-окисления, об пути протекают параллельно с
участием одних и тех же ферментов; звездочкой отмечено 6С-положение в молекуле; 5 схождение путей раннего и позднего 6С окисления на кастастероне; 6 - образование
брассинолида
-
активной
формы
брассиностероидов;
7
-
гликозилирование
делает
брассиностероиды более гидрофильными и снижает их физиологическую активность
Метаболическая биотрансформация брассиностероидов происходит путем
модификации либо стероидного скелета, либо боковой цепи. Биологически
активные брассиностероиды могут быть инактивированы различными способами,
включая дегидрирование в положениях С-3 и С-23, эпимеризацию в положениях
С-2, С-3 и С-24, гидроксилирование в положениях С-20, С-25 и С-26, отщепление
12
боковой цепи в положенииС-20/С-22 и сульфирование в положении С-22 [43].
Активные брассиностероиды так же превращаются в многочисленные формы
путем эстерификации в положении С-3 и гликозилирования в положениях С-2, С3, С-23, С-25 и С-26. Вероятно, конъюгированные вещества служат в качестве
резерва неактивных брассиностероидов, которые могут превращаться в активные
формы в ходе реакций деконъюгирования. Наиболее обычной модификацией
стероидного
скелета
является
эстерификация,
а
боковой
цепи
-
гидроксилирование. Однако в целом метаболизм брассиностероидов все еще
недостаточно изучен. Причиной этого служит то, что растения содержат много
функциональных групп, которые до сих пор вообще не изучены. Кроме того, у
некоторых растений, на которых проведены предварительные исследования,
ученым не удалось полностью идентифицировать метаболиты, особенно это
касается конъюгатов брассиностероидов. Тем не менее усовершенствование и
развитие аналитических методов позволяет надеяться, что знания в этой области
будут прибавляться быстрыми темпами.
1.2.
Классификация брассиностероидов
Брассиностероиды широко распространены в мире растений, включая
высшие и низшие растения. Со времени открытия брассинолида было выделено
70 брассиностероидов (65 свободных и 5 конъюгированных форм) из растений 60
видов, в том числе 51 вида покрытосеменных (12 однодольных и 39 двудольных),
6 видов голосеменных, 1 вида папоротникообразных (Equisetum arvense), 1 вида
мохообразных (Marchantia polymorpha) и 1 вида водорослей (Hydrodictyon
reticulatum).
Брассиностероиды обнаружены во всех органах и частях растений (пыльце,
пыльниках тычинок, семенах, листьях, стеблях, корнях, цветках и плодах)[48]. В
тканях галлов, образованных в результате поражения растений насекомыми или
бактериями, содержание брассиностероидов намного выше по сравнению со
здоровыми тканями. Примером служат галлы на каштане японском (Castanea
crenata) и дистилиуме кистевидном (Distylium racemosum), а также на катарантусе
розовом (Catharanthus roseus), в клетках которых содержание брассинолид и
13
кастастерон на 30-40 мкг/кг выше по сравнению с нормальными клетками.
Обычно в молодых растущих тканях содержание брассиностероидов выше, чем в
зрелых тканях. Богатым источником брассиностероидов являются пыльца и
незрелые семена (1-100 нг/г сырого веса), в то время как содержание
брассиностероидов в вегетативных органах и тканях намного ниже (0,01-0,1 нг/г
сырого веса), в том числе и по сравнению с другими фитогормонами. Самая
высокая концентрация брассиностероидов - 6,4 мг 6-деоксотифастерола на 1 кг
пыльцы - была обнаружена у кипариса аризонского (Cupressus arizonica) (табл.
1.1).
Среди брассиностероидов наиболее широко распространены кастастерон
(50 видов растений), брассинолид (34 вида), тифастерол (25 видов), 6деоксокастастерон (19 видов), теастерон (19 видов) и 28-норкастастерон (12
видов)[4,5].
От 2 до 10 брассиностероидов встречаются только у ограниченного числа
видов. Так, 24-эпикастастерон выделен у 8 видов, долихостерон и 3дегидротеастерон - у 7 видов, 6-деоксотифастерол - у 5 видов, 28-гомокастастерон
и
24-эпибрассинолид
-
у
4
видов,
долихолид,
6-деоксотеастерон,
6-
деоксодолихостерон - у 3 видов, 28-норбрас- синолид, 28-гомотеастерон, 2деоксибрассинолид - у 2 видов. Каждый из остальных 34 брассиностероидов и 5
конъюгатов брассиностероидов обнаружены пока только у одного вида растений.
Ввиду наибольшей распространенности и высокой потенциальной биологической
активности кастастерона и брассинолида являются самыми важными природными
брассиностероидами.
Среди всех изученных источников брассиностероидов самый широкий
спектр брассиностероидов (25 свободных и 2 конъюгированные формы) содержат
незрелые
семена
фасоли
(Phaseolus
vulgaris).
Большое
разнообразие
брассиностероидов обнаружено также у карликового мутанта Catharanthus roseus
(19 веществ), Arabidopsis thaliana (18), Cryptomeria japonica и Cupressus arizonica
(пo 9), Dolichos lablab, Oryza sativa, Thea sinensis и Secale cereale (пo 8), Lilium
longiflorum (7), Distylium racemosum (6).
14
Таблица 1.1.
Встречаемость брассиностероидов и их содержание в органах и тканях
растений
Вид растения
Орган или ткань
Содержание
брассиностероиды, нг/г
сырого веса
Arabidopsis thaliana
Побеги, семена
0,03-5,4
Brassica napus
Пыльца
100
Brassica campestris
Семена
130-1600
Catharanthus roseus
Культура клеток
0,047-30
Cannabis sativa
Семена
600-1800
Castanea crenata
Побеги, листья, галлы
2-30
Citrus sinensis
Пыльца
29,4-36,2
Cupressus arizonica
Пыльца
1,0-6400
Equisetum arvense
Стробилы
0,15-0,75
Fagopyrum esculentum
Пыльца
5-7,1
Helianthus annuus
Пыльца
21-106
Hydrodictyon reticulatum
Таллом водоросли
0,3-4,0
Lilium elegans
Пыльца
1,0-50
Lilium longiflorum
Пыльца, пыльники
20-3180
Lolium perenne
Пыльца
0,001
Lycopersicon esculentum
Побеги
0,03-1,7
Oryza sativa
Побеги
0,0084-0,0136
Pinus thunbergii
Пыльца
89
Pisum sativum
Семена, побеги
0,047-5,2
Raphanus sativus
Семена
0,3-0,8
Secale cereale
Семена, листья, корни
0,02-0,107
Thea sinensis
Листья
0,001-0,1
Typha latifolia
Пыльца
68
Vicia faba
Пыльца, семена
S-628
Zea mays
Пыльца, побеги, корни
2.0-120
15
1.3.
Физиолого-биохимическая роль брассиностероидов в растении
Изучение физиологического действия брассиностероидов на растениях
было начато еще до установления структуры первого представителя этой группы
фитогормонов – брассинолида. При этом первые данные были получены при
изучении брассинового комплекса[5]. Наносимы в дозе 10 нг на растение, он
вызывал значительное удлинение вторых и третьих междоузлий фасоли.
Позднее было показано, что подобные эффекты, связанные с ростовой
реакцией
клеток
и
накоплением
биомассы,
являются
типичными
для
брассиностероидов и обнаруживают при их действии на различные растения.
Следует подчеркнуть, что проявление стимулирующего эффекта возможно лишь
при определенных значениях концентрации, различающихся в зависимости от
вида растений и структуры брассиностероидов, а также при проведении
обработки в соответствующей фазе развития.
Обработка растений брассиностероидом на ранних стадиях развития во
многих случаях приводит не только к увеличению роста и ускорению созревания,
но и к повышению урожая семян. Характерно, что данный эффект, как и другие
ростовые реакции, может наблюдаться в той или иной степени не только для
брассиностероидов природного типа, но и для их структурных аналогов, причем
последние в некоторых случаях оказываются весьма активны. Так, при нанесении
на проростки фасоли 22S,23S-эпибрассинолида в ланолине наряду с ростом
размера листьев и массы растений на 30—75% увеличивалась на 45% масса
семян, собранных с одного растения[19,21,22].
Попытки объяснить механизм возникновения ростовых реакций, связанных
с действием брассиностероидов, до настоящего времени остался безуспешным.
Вместе с тем, в ходе исследований получен большой объем данных,
свидетельствующих
о
наличии
сложных
взаимодействий
между
брассиностероидами и другими гормонами в растении, влиянии на клеточные
процессы, свойства мембран и активность ферментов.
16
1.3.1. Влияние на водный режим
В литературе не найдено сведений о действии брассиностероидов на
водообмен растений. Лишь в работе [47] отмечается, что в оптимальных условиях
среды представители брассиностероидов – эпибрассинолид и гомобрассинолид
значительно увеличивали относительное содержание воды в листьях томатов.
1.3.2. Влияние на фотосинтетическую активность
Изучению влияния брассиностероидов на фотосинтез растений посвящено
относительно мало исследований. Имеются лишь единичные работы. Так, в
работе [48] при экзогенной обработке растений герани эпибрассинолидом в
концентрациях 0,5, 1, 3 мкМ значительно увеличилась интенсивность фиксации
углекислого газа.Максимальную скорость фиксации отмечали при обработке
растений герани 3 мкМ раствором эпибрассинолида. Кроме того, обработка
данным фитогормоном сопровождалась увеличением содержания хлорофилла a и
b.И в данном случае максимальный эффект наблюдался в варианте с 3 мкМ
эпибрассинолида. Авторы отмечают, что высокое содержание хлорофиллов
коррелировало с интенсивностью фотосинтеза, что приводило к увеличению
количества углеводов в растениях герани.
В растениях томатов, обработанных растворами эпибрассинолида и
гомобрассинолида в концентрации 10-8 М достоверно увеличивалось содержание
хлорофиллов a и b, соотношение a/b и содержание каротиноидов[47]. При этом
эпибрассинолид
проявлял
большую
эффективность
по
сравнению
с
гомобрассинолидом.
Иные данные по содержанию пигментов получены у мутантов растений
Arabidopsis thaliana с нарушенным биосинтезом брассиностероидов [49].У
данных мутантов увеличивался уровень как хлорофилла a и b, так и
каротиноидов. В работе показано также, что низкий уровень брассиностероидов
инициирует появление признаков "светового" развития растений в темноте, и
более интенсивную транскрипцию пластидных генов в условиях освещения.
17
В исследованиях [48], проведенных на растениях бобов под действием
эпибрассинолида увеличивалась активность Рубиско, основного фермента
темновой фазы фотосинтеза, а также увеличилось содержание сахаров и
крахмала.
Вызывает
интерес
исследования
по
влиянию
эпибрассинолида
на
фосфорилирование некоторых ферментов цикла Кальвина [52]. На растениях
гороха, выращенных в водной культуре на питательной среде Хогланда-Арнона,
было показано, что данный фитогормон в концентрации 0,1 мкМ участвует в
фосфорилированиии
по
тирозину
восьми
полипептидов,
относящихся
к
ферментам цикла Кальвина и, прежде всего, изоформам большой и малой
субъединиц РБФК/О (Рубиско).
1.3.3. Влияние на устойчивость
Устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды зависит от
работы антиоксидантной системы.Прежде всего, это касается активности
антиоксидантных ферментов. Известно, что фитогормоны могут экспрессировать
гены, ответственные за синтез антиоксидантных ферментов [18]. Что касается
брассиностероидов, то имеются немногочисленные работы, в которых показано
участие данной группы фитогормонов в регуляции их активности.Так, в работе
[47] отмечается значительное увеличение активности каталазы, пероксидазы и
СОД
в
ответ
на
обработку
растений
томатов
эпибрассинолидом
и
гомобрассинолидом в концентрации 10-8 М. Экзогенный эпибрассинолид был
более эффективен, чем гомобрассинолид и повышал активность каталазы на 10%,
пероксидазы на 38% и СОД -на 15% по сравнению с контролем. Данные
представители брассиностероидов увеличивали содержание низкомолекулярного
антиоксиданта пролина в листьях и корнях проростков томатов. Однако,
испытуемые брассиностероиды не оказали существенного влияния на утечку
электролитов через мембраны и процесс перекисного окисления липидов (по
малоновому диальдегиду).
Способность брассиностероиды и их синтетических структурных аналогов в
ничтожно малых концентрациях стимулировать рост и развитие растений
18
оказалась весьма привлекательной с точки зрения и их практического применения
в растениеводстве в качестве регуляторов роста. Эти работы проводились на
таких важнейших сельскохозяйственных культурах, как пшеница, ячмень, рис,
картофель и др. При этим уже самые первые опыты по применению
брассиностероидов в агрономической практике продемонстрировали их ярко
выраженное защитное действие на растения. Как оказалось, брассиностероиды
повышают устойчивость растений к низкой и высокой температурам, засухе,
водному стрессу, засолению, аноксии, повреждающему действию гербицидов,
воздействию
патогенов,
регулируют
поступление
ионов
в
клетки
и
предотвращают таким образом накопление тяжелых металлов и радиоактивных
элементов растениями, растущими в зонах загрязнения. Все это в совокупности
предполагает
участие
брассиностероиды
в
регуляции
неспецифических
адаптивных механизмов.
Предполагается,
в
частности,
что
влияние
брассиностероидов
на
устойчивость растений к холоду, аноксии и засолению связано с их действием на
структуру
и
функции
мембран.
Например,
увеличение
под
влиянием
брассиностероиды устойчивости к охлаждению и аноксии связывают с защитой
целостности мембран и мембраносвязанных структур[9,53].
Влияние брассиностероидов на устойчивость к тепловому шокусвязывают с
повышением
термостабильности
белоксинтезирующей
системы.
Так,гомобрассинолидв условиях нормальной температуры и теплового шока
стимулировал общий синтез белка в листьях пшеницы, изменяя при этом спектр
синтезируемых белков, часть которых соответствовала белкам теплового шока.
Обработка
гомобрассинолидом
листьев
пшеницы
увеличивала
порог
чувствительности белкового синтеза к гипертермии на несколько градусов, то
есть гомобрассинолид увеличивал термоустойчивость белкового синтеза, что
сопровождалось
повышением
термоустойчивости
мембран
и
белоксинтезирующей системы клеток в целом. Повышение теплоустойчивости
рапса и томата под воздействием эпибрассинолид также связывают с индукцией
синтеза теплового шока.
19
Способность брассиностероидов, за счет предпосевной обработки семян или
опрыскивания растений пшеницы в условиях водного дефицита, увеличивать
относительное содержание воды в листьях, активность нитратредуктазы,
содержание хлорофилла и интенсивность фотосинтеза, улучшать мембранную
стабильность, как оказалось, приводит к значительному увеличению площади
листьев, их биомассы и урожая зерна, что однозначно говорит о возможности
повышения устойчивости растений к засухе с помощью брассиностероидов[14].
Под влиянием брассиностероидов в условиях засухи и засоления
усиливается выделение этилена, что является одним из факторов повышения
устойчивости растений к этим видам стресса.
Обнаружена способность брассиностероидов увеличивать прочность стебля
злаков, не изменяя диаметр стебля, за счет усиления поступления кальция.
Повышение прочности стебля растений без изменения его длины и толщины
приводит к значительному росту устойчивости растений к полеганию, что может
найти применение на таких культурах, как злаки, лен, конопля.
Антистрессовые и иммуномодулирующие свойства брассиностероидов во
многом обеспечиваются их способностью регулировать реакции растений на
окислительный стресс, прямо или косвенно нейтрализуя свободные радикалы,
продуцируемые в ходе нормального метаболизма и особенно в условиях
окислительного стресса [30]. Интересно, что брассиностероиды индуцируют
активность генов защиты и генов, кодирующие антиоксидантные ферменты даже
в отсутствие стресса.
Брассиностероиды участвуют в защите растений от негативного влияния
тяжелых металлов. Как оказалось, они обладают способностью регулировать
поглощение ионов клетками растений и могут быть использованы для снижения
накопления тяжелых металлов и радиоактивных элементов. Например, показано
защитное действие различных брассиностероидов, применяемых в малых дозах на
определенных стадиях развития в отношении стресса, вызванного действием
меди, кадмия, цинка, свинца, цезия, марганца, никеля, кобальта. Описаны
20
различные
механизмы
снижения
токсичности
металлов
брассиностероидом[11,12].
Установлено, что брассиностероиды влияют на электрические свойства
мембран и транспорт ионов, изменяя проницаемость и структуру мембран,
стабильность и активность мембранных ферментов. Снижение токсичности
ассоциируется с меньшим поглощением ионов и повышенным уровнем
растворимых белков и нуклеиновых кислот при увеличении активности АТФ-азы.
Кроме того, повышенный уровень активности антиоксидантных ферментов,
индуцированный обработкой брассиностероидами, может играть важную роль в
процессах детоксикации и повышать устойчивость растений к действию тяжелых
металлов.
Таким образом, способностьбрассиностероиды повышать продуктивность
растений,
увеличивать
урожай
и
улучшать
его
качество
у
разных
сельскохозяйственных культур проявляется особенно ярко в неблагоприятных
условиях внешней среды. Предобработка растений брассиностероидами приводит
к снижению повреждающего действия стресс-факторов той или иной природы,
что
указывает
на
их
участие
в
защитно-приспособительных
реакциях,
способствующих предадаптации растений. Важным наблюдением является и то,
что от интервала времени между обработкой брассиностероиды и стрессовым
воздействием зависит степень повышения устойчивости, индуцированной
брассиностероидами.
Необходимо
также
отметить,
что
экзогенное
применение
брассиностероидов снижает фитотоксическое действие гербицидов, фунгицидов и
инсектицидов на листья растений, ускоряя разрушение этих веществ. Этот эффект
связывают с усиленной экспрессией генов системы детоксикации, что повышает
устойчивость растений к пестицидам и гербицидам, регулируя их метаболизм.
Кроме
того,
брассиностероиды,
оказывая
антигенотоксическое
действие,
существенно снижают процент хромосомных аберраций в клетках растений,
индуцируемых применением некоторых гербицидов.
21
Наконец, следует отметить способность брассиностероидов повышать
устойчивость растений картофеля, свеклы, пшеницы, ячменя, огурца, томата и
других культур к таким грибковым заболеваниям, как фитофтороз, макроспориоз,
гельминтоспориоз, кладоспориоз, церкоспороз, фомоз, серая гниль и мучнистая
роса.
Увеличение
устойчивости
к
фитофторозу
у
обработанных
брассиностероидом клубней картофеля связывают с повышением уровня АБК и
этилена, а также присутствием фенольных и терпеноидных веществ[5].
Один из важных аспектов защитного действия брассиностероиды в
растениях связан с их способностью стимулировать устойчивость к вирусам и
бактериям. Показано, что обработка брассиностероидами снижала зараженность
вирусами
посадочного
материала
картофеля.
У
растений,
выращенных
изобработанного брассиностероидом посадочного материала, урожай был на 56%
выше, а вирусная инфекционная нагрузка значительно ниже. Растения табака,
обработанные брассиностероидом, показали лучший рост и более низкое
инфицирование
вирусом
табачной
мозаики,
бактериальным
патогеном
Pseudomonas syringae и грибковым патогеном рода Odium. Сходным образом у
риса
пирикуляриоз
и
бактериальный
ожог,
вызванные,
соответственно,
возбудителями Magnaporthe grisea и Xanthomonas oryzae, были значительно
снижены за счет обработки брассиностероидом.
Отметим, что в настоящее время ведутся скрупулезные и системные
исследования
перспектив
возможных
их
лекарственных
применения
в
свойства
медицинской
брассиностероиды
практике.
и
Потенциал
брассиностероиды для использования в качестве будущих лекарственных средств
основан
на
их
противовирусных,
антибактериальных,
противогрибковых,
антигенотоксических свойствах, а также противораковой и антипролиферативной
активности.
1.3.4. На рост и развитие
Ярко выраженный ростостимулирующий эффект брассиностероидов был
выявлен уже с момента их открытия. Он проявлялся в стимуляции роста в длину
второго междоузлия фасоли (типично гиббереллиновый эффект) одновременно с
22
его искривлением, набуханием и расщеплением (специфический ответ) (рис. 1.8).
Гиббереллины в этом тесте обуславливали только удлинение междоузлия и
вызывали эффект в гораздо больших концентрациях, а ауксины и цитокинины не
проявляли своего действия. В ряде специфичных для ауксинов, гиббереллинов,
цитокининов и этилена биотестах брассиностероиды проявляли очень высокую
активность, в других -- не оказывали действия или даже имели противоположный
эффект. Причем во всех исследованных биотестах брассиностероиды были
активны в чрезвычайно низких концентрациях (10-6—10-12 М), что отличает их от
других фитогормонов[6].
Рисунок1.8. Расщепление второго междоузлия фасоли в результате обработки растений
брассинолидом
Следует, однако, отметить, что при анализе ростостимулирующего действия
брассиностероидов
противоречивых
на
растительные
данных,
что
связано
организмы
с
встречается
различием
в
много
чувствительности
растительных объектов к брассиностероидам, разными концентрациями и
сроками обработки и, наконец, структурой самих брассиностероидов. По
активности
брассиностероиды
в
биотестах
максимальной
активностью
характеризуется брассинолид, а в полевых опытах - 24-эпибрассинолид и 28гомобрассиноид,
и
именно
эти
брассиностероиды
считаются
наиболее
эффективными с точки зрения практического использования.
Для
выявления
ростостимулирующего
действия
брассиностероиды
используют специфические для них биотесты. Первый из них, связанный со
стимуляцией роста второго междоузлия фасоли, упомянут выше. Более
чувствительным к воздействию брассинолид по сравнению с этим тестом
23
является биотест по оценке скорости роста эпикотилей маша, который позволяет
выявить его стимулирующий эффект в концентрации 10-7 М за 1 час. Кроме того,
для выявления активности брассиностероиды часто используют чрезвычайно
чувствительный тест по изменению угла отклонения листовой пластинки риса от
влагалища листа. Угол может достигать 140°. Таким образом, брассиностероиды
обладают высокой физиологической активностью в ряде специфических для них
биотестов.
Экзогенная обработка брассиностероидами изолированных органов из
частей или целых растений вызывает сильную активацию роста как за счет
усиления деления клеток, так и их растяжения. Стимулирующий эффект
брассиностероидов на деление клеток наиболее четко показан при использовании
модельных
систем.
Например[4],
24-эпибрассинолидсущественно
ускоряет
деление изолированных протопластов китайской капусты. В зависимости от
соотношения ауксина и цитокинина в среде культивирования изолированных
протопластов мезофилла листа петунии выявлены интересные закономерности
ускорения пролиферации при обработке 10-100 нМ брассинолидом. Разные
брассиностероиды (в диапазоне концентрации от 10-12 до 10-8) стимулируют
деление клеток хлореллы.
Влияние брассиностероидов на активное растяжение клеток как в
модельных системах (на этом основаны биотесты по выявлению их активности),
так и на целых растениях показано достаточно хорошо. В ряде тест-систем
выявлен синергетический эффект ИУК и брассиностероиды и аддитивный эффект
гиббереллина и БР на растяжение клеток.
Брассиностероиды действуют на проростки, усиливая растяжение. Причем,
если для ауксинов характерно быстрое растяжение, при котором активация Н+помпы наблюдается через 10 мин с максимумом растяжения через 30-45 мин
после воздействия, то для брассиностероидов типична более замедленная
реакция, которая начинается через 30 мин после воздействия и продолжается в
течение 1.5-2 часов. Если добавлять брассиностероиды совместно с ауксинами, то
24
они вызывают гораздо больший эффект, чем при действии только ауксинов или
только брассиностероидов[29].
На молекулярном уровне эффект растяжения по-видимому обусловлен
активацией генов ксилоглюкан-эндотрансгликозилаз (КсЭТ). Активация таких
генов показана в разных растительных объектах. Это ген TCH 4арабидопсис, ген
BRU 1 сои и др. Белки КсЭТ после биосинтеза направляются в клеточную стенку,
и при взаимодействии с ксилоглюканами размягчают матрикс клеточной стенки.
Таким
образом,
если
ауксины
запускают
процесс
растяжения,
то
брассиностероиды важны для его длительного поддержания.
Связанные с этим явлением эффекты - частичная и полная мужская
стерильность при недостаточности брассиностероидов. У многих растений,
мутантных по генам биосинтеза брассиностероидов, тычиночные нити не
достигают нужной длины, достаточной для самоопыления. Но даже в том случае,
когда пыльцевые зерна попадают на поверхность рыльца, рост пыльцевой трубки
существенно замедлен[9].
Очевидно, что непременным условием растяжения и деления клеток
является активный синтез белка и нуклеиновых кислот. Действительно, изучение
характера белково-нуклеинового обмена в растениях фасоли, обработанных
брассинолидом, показало, что у них отмечается повышенная активность ДНК- и
РНК-полимераз, усиливается синтез ДНК и РНК[7]. Аналогичные данные,
отражающие особенности протекания биохимических процессов в клетках
растений под действием брассиностероидов свидетельствуют о существенной
активации синтетических процессов в клетке и снижения интенсивности
катаболических
процессов.
Обнаружено
существенное
влияние
брассиностероидов на аминокислотный состав и биологическую ценность белка
семян, также очевидно, что при этом улучшается питательная ценность белка.
Весьма важным также является увеличение содержания глутаминовой кислоты и
пролина, связанных путями биосинтеза и играющих важную роль в реакции
растений на стрессовые факторы. Вполне существенной является избирательность
действия
брассиностероидов
на
отдельные
звенья
метаболической
цепи
25
(активирование определенных ферментов и синтеза специфических белков),
зависящая от условий роста. Результаты исследований последнего времени
позволяют предположить, что эта особенность имеет фундаментальное значение
для реализации механизма адаптации растений к условиям внешней среды,
повышения устойчивости к неблагоприятным факторам.
Значительный
интерес
в
этом
плане
представляют
данные,
свидетельствующие об активизации синтеза белка в листьях пшеницы под
действием брассиностероидов и изменении состава синтезируемых полипептидов
в условиях нормальной и повышенной температуры[31]. Последняя была выбрана
в качестве стрессового фактора, вызывающего синтез в растениях так называемых
белков теплового шока, которые, по-видимому, существенны для защитных
реакций клетки. Примечательно, что в условиях, как низкой, так и высокой
температуры заметно усиливался общий синтез белка с изменением состава, в
котором отмечено увеличение содержания как высоко-, так и низкомолекулярных
белков, в том числе и фракции, молекулярная масса которой отвечала белкам
теплового шока. В условиях повышенной температуры при этом происходит
сдвиг на несколько градусов в высокую область пороговой температуры, при
которой начинается резкое подавление процесса синтеза белка. Эти результаты
свидетельствуют о повышении термоустойчивости белкового синтеза под
действием брассиностероидов, сопровождаемом повышенной термоустойчивости
мембран и белкосинтезирующей системы клеток растения.
Скорость ростовых процессов находится в прямой зависимости от
активности белково-нуклеинового обмена клеток. Поэтому ингибиторы синтеза
РНК и белка снимают стимуляцию индуцированного брассиностероидом роста
отрезков эпикотилей маша. Известны данные об активации ДНК-полимераз и
РНК-полимераз, а также синтеза ДНК и РНК в растениях фасоли под влиянием
обработки брассиностероиды, при этом возрастание активности РНК-полимеразы
I способствует увеличению размеров белоксинтезирующего аппарата и усилению
синтеза белка. Обработка брассинолидом гипокотилей и эпикотилей сои, а также
проростков арабидопсиса вызывает активацию транскрипции более 50 генов и
26
усиление синтеза полипептидов. Инкубирование сегментов листьев пшеницы на
гомобрассинолиде (10-6М, 10-8М) приводит не только к активации общего синтеза
белка, но и к увеличению спектра синтезируемых белков.
В исследованиях индийских ученых проведенных на эфиро-масличном
растении герани [48]показано, что эпибрассинолид концентрацией 3 мкМ
положительно влиял на высоту растений, количество листьев, общую листовую
поверхность, а также на массу побегов и корней. Подобное усиление роста и
накопление
биомассы
отмечено
также
у
растений
Chlorellavulgaris
и
Cucumissativus.
В работе китайских исследователей [50] было показано, что в культуре
семяпочек хлопчатника invitro удлинение волокон может стимулироваться при
добавлении брассинолида в низких концентрациях и подавляться брассинозолом,
ингибитором биосинтеза брассиностероидов.Более того процесс дифференциации
волокон также был подавлен при обработке данным ингибитором, что
свидетельствует об участии брассинов в процессе удлинения волокон. Наряду с
этим было обнаружено, что брассиностероиды и этилен могут совместно
стимулировать удлинение волокон, так как брассинолид способен индуцировать
экспрессию генов биосинтеза этилена (ACS6), а этилен способен индуцировать
экспрессию генов биосинтеза брассиностероидов (DEM1,DDWF 1).
Одной из первых регистрируемых реакций растительной клетки на
обработку экзогенными фитогормонами, стимулирующими ростовые процессы,
является
гиперполяризация
мембран
и
активация
протонной
помпы.
Брассиностероидно-индуцируемое растяжение клеток сопровождается выбросом
протонов и гиперполяризацией клеточных мембран, и это, вероятно, связано с
активацией мембранной АТФ-азы, поскольку брассиностероиды способны
активировать АТФ-азу в системе in vitro. Не исключено, что влияние
брассиностероиды на протонную помпу опосредовано через модификацию
липидного окружения АТФ-азного комплекса, так как липидный состав
мембранной фракции, выделенной из обработанных брассиностероиды семядолей
27
огурца, характеризуется повышенным содержанием ненасыщенных жирных
кислот.
Имеются убедительные доводы в пользу участия брассиностероидов в
диффренциации
сосудов
ксилемы:
в
наномолярных
концентрациях
брассиностероиды резко увеличивают формирование элементов трахеид в
обработанных
ауксином
и
цитокинином
черенках
топинамбура,
а
экстрагирование брассиностероидов из камбиальной части сосны подтверждает
роль эндогенных брассиностероидов в ксилемной дифференцировке. Интересным
подходом в выяснении роли эндогенных брассиностероиды в развитии и
дифференцировке растений является использование в опытах ингибитора синтеза
брассиностероидов брассиназола. Растущие в темноте проростки арабидопсиса
после обработки брассиназолом приобретали морфологические особенности
растений, растущих на свету, а именно: короткий гипокотиль, широкие семядоли
и настоящие листья (хотя необработанные растения не развивали листовые
примордии)[40,43]. Более того, в семядолях опытных растений наблюдалось
формирование мембран тилакоидов - первого этапа дифференцировки пластид, а
также повышение активности рибулозо-1,5-бифосфаткарбоксилазы, ключевого
фермента фиксации СО2 в темновой фазе фотосинтеза.
К этому стоит добавить, что предпосевное замачивание семян многих
растений в растворах брассиностероиды (10-10-10-8 М) приводит к увеличению
энергии прорастания и всхожести семян. Прорастание семян - это процесс, где
просматривается взаимодействие брассиностероиды с другими гормонами
растений. В частности, нарушение состояния покоя семян и прорастание
стимулируются гиббереллинами, а их антагонистом в этих процессах выступает
АБК. Мутанты по биосинтезу гиббереллинов требуют для прорастания семян
экзогенной обработки гиббереллинами. Однако обработка семян таких мутантов
брассиностероиды приводит к их прорастанию. Но судя по всему, механизмы
действия гиббереллинов и брассиностероиды на прорастание семян разные и не
зависят друг от друга.
Брассиностероиды и продуктивность растений
28
В результате стимуляции роста и развития, повышения фотосинтетической
активности
растений
и
устойчивости
к
неблагоприятным
факторам
брассиностероиды повышают продуктивность растений. Так, обработка растений
пшеницы в фазу цветения эпибрассинолидоми 22S-, 23S-гомобрассинолидом в
концентрации 0,01- 0,1 мг д. в. вызывала увеличение массы колосьев на 20—30%
и 10-20% и количества семян в колосе на 30 и 20%, соответственно[8]. В
зависимости от сортовой чувствительности к 24-эпибрассинолиду (эпин, 0,25
мл/л) при предпосевной обработке семян и опрыскивании растений в условиях
засухи эпин повышал устойчивость пшеницы к засухе и увеличивал ее
продуктивность. У пшеницы эпибрассинолид и брассинолид в дозе 10 мг/га при
опрыскивании в фазу цветения повышали урожай зерна на 8 ц/га за счет
увеличения числа колосков и зерен в колосе, что было обусловлено оттоком
ассимилятов из вегетативных органов в колос.
Использование в растениеводстве Индии 28-гомобрассинолида в диапазоне
концентраций 0,25—1,0 мг/л при опрыскивании растений картофеля через 25—35
сут., горчицы через 30—45 сут., хлопка через 30 и 50 сут. после появления
всходов, пшеницы, риса и арахиса в фазу цветения значительно повышало урожай
этих культур по сравнению с контролем.
В условиях дождливого года в Московской области опрыскивание
раствором эпибрассинолида (10~8 М) растений гречихи в начале фазы
бутонизации главного побега вызывало увеличение числа соцветий на растении и,
соответственно, числа плодов, что привело к повышению урожая плодов гречихи
на 60% (по сравнению с контролем), не оказывая при этом отрицательного
влияния на содержание запасных белков и крахмала в семенах гречихи[2].
При опрыскивании риса эпибрассинолидом в фазе цветения масса растений,
постоянно находившихся при температуре выше 25 °C, составляла 111% от массы
необработанных растений. Продуктивность риса, подвергшегося действию низких
температур, уменьшалась, но под влиянием эпибрассинолида в меньшей степени
(97% против 88% в контроле). Эпибрассинолид (2,09 • 10-8 М) при обработке
семян гречихи повышал продуктивность растений за счет укрупнения семян на
29
9—25% в зависимости от сорта; при опрыскивании в фазе бутонизации — начале
цветения за счет количества семян на растении и их укрупнения - на 8-17%[3].
Гомобрассинолид в дозе 0,3 г/га приводил к увеличению фракции
картофеля диаметром 6 см на 25%. Трехкратное опрыскивание картофеля
брассинолидом в концентрации 10-4—10-2 М с интервалом в неделю давало
прирост средней массы картофеля с 100 до 145 г.
В зависимости от вида и сорта растений, условий их возделывания
проявляется влияние брассиностероиды на формирование репродуктивных
органов, их количество и массу и в конечном итоге на продуктивность.
30
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика объекта
Работа проводилась на растениях картофеля (Solanum tuberosum L.). Наряду
с зерновыми культурами картофель относится к основным продовольственным и
кормовым культурам мирового земледелия. Эксперименты были проведены с
сортом картофеля Удача селекции ГНУ ВНИИ картофельного хозяйства им. А. Г.
Лорха. Удача представляет собой раннеспелый адаптированный к различным
видам почвы сорт картофеля столового назначения. Дальневосточный, ВолгоВятский, Северо-Западный, Средневолжский и Центрально-Черноземный –
наиболее рекомендуемые для возделывания данного сорта территориальные
регионы, но благодаря своей высокой приспосабливаемости к различным
природно-климатическим условиям и хорошей устойчивости к засухе и жаре,
данный картофель способен обеспечивать гарантированно высокий урожай
(порядка 40 — 45 т/га) и в других почвенно-климатических зонах. Сорт устойчив
к переувлажнению, мокрым и сухим гнилям, раку, парше, мозаичным вирусам,
фитофторозу клубней, ризоктониозу, механическим повреждениям. Восприимчив
к золотистой картофельной нематоде, альтернариозу и фитофторозу по ботве.
Побеги
ботвы
картофеля
Удача
представляют
собой
средней
высоты,
раскидистый, сильнооблиственный куст, с матовыми листьями темно-зеленого
цвета. Им свойственно редкое ягодообразование. Цветки – белого цвета, средних
размеров, чашелистики сильно изогнуты книзу. Достаточно крупные, округлоовальные, слегка притупленной формы клубни этого картофеля имеют тонкую,
гладкую на ощупь кожицу бело-кремового цвета, покрытую немногочисленными
очень мелкими ростками. Мякоть клубней – белого цвета с содержанием крахмала
12 — 14%. При использовании хлористых и калийных удобрений замечено
потемнение мякоти в процессе варки клубней.
31
Сорт картофеля Удача отличается хорошей урожайностью и позволяет
собрать от 10 до 15, а иногда даже и до 20 клубней, обладающих весом 100 — 150
грамм, с каждого здорового куста. Максимальная урожайность данного сорта,
полученная при проведении государственных испытаний, составила более 45 тонн
товарного картофеля с одного гектара, а средняя 42 — 43 тонны отборного
картофеля также с каждого гектара возделанной земли (рис. 2.1.).
Рисунок 2.1. Клубни картофеля сорта «Удача»
2.2. Условия проведения опыта
Вегетационные и лабораторные опыты проводили в течение двух лет на
базе
агробиостанции
и
лаборатории
физиологии
растений
Орловского
государственного университета имени И.С. Тургенева.
Вегетационные опыты проводили в типовом вегетационном домике,
площадью 180 м3. Растение картофеля выращивали в почвенной культуре. Для нее
использовали серую лесную почву с поля полевого севооборота агробиостанции.
В сосуде с 10 кг почвы выращивали одно растение и поддерживали влажность
почвы 60% от полной влагоемкости (рис. 2.2). В период закладки опытов в почву
32
вносили оптимальное количество азота, фосфора и калия, соответственно 230, 70,
310 мг элемента на кг почвы.
Рисунок2.2. Сосуды с опытными растениями в вегетационном домике
Лабораторные опыты. После прохождения глубокого покоя клубни
переносили из овощехранилища, где они находились при температуре 4°С ,
условия лаборатории (20-22°С). Клубни прорастали в темном шкафу. Для
дальнейшего проращивания клубни помещали в контейнеры с увлажненными
опилками. Для получения этиолированных побегов возобновленияконтейнеры с
клубнями помещали в темный шкаф, который ежедневно проветривали. Зеленые
побеги возобновления в течение месяца отрастали в условиях естественного
освещения лаборатории (рис. 2.3.).
33
Рисунок2.3. Лабораторный опыт
Варианты опыта включали обработку растений путём опрыскивания
раствором Эпина- экстра (рис. 2.4) (НЭСТ-М, Россия) из расчета содержания
эпибрассинолида в концентрации 1.47·10-8 М через 15 суток после появления
всходов. Контрольные растения опрыскивали водой.
34
Рисунок 2.4. Препарат Эпин-экстра
Эпин– аналог естественных биостимуляторов.Его действующим началом
является представитель фитогормонов брассиностероидов – эпибрассинолид.
Данный
препарат
кроме
стимулирующего
рост
действия
обладает
и
антистрессовым эффектом, является адаптогеном, повышает иммунитет перед
засушливой погодой, серьезными перепадами температур, градом и ливнями,
поздними весенними заморозками, повышаетурожайность культур на 15%, а
созревание плодов идет быстрее на 1-2 недели.
На ряду с этим практики растениеводства отмечают:

Ускорение прорастания семян культур,

оптимизацию укоренения высаженной рассады или растений после
пикировки,

увеличение стойкости к разным грибковым, вирусным, бактериальным,
паразитарным болезням, в том числе – к фитофторозу, парше, фузариозу и
другим серьезным заболеваниям,

удаление из вегетативной массы растений и из плодов солей тяжелых
металлов, радионуклидов, нитратов,
35

укрепление слабых растений, в которых нарушены обменные процессы,

омолаживание старых культур благодаря увеличению бокового прироста,

защиту от вредного воздействия окружающей среды.
Данный препарат полностью безопасен для животных, природы, человека, в
связи с чем можно без страха использовать Эпин не только в возделывании
цветов, но и в выращивании овощей и фруктов.
2.3. Методы исследования
Интенсивность дыхания определяли по количеству выделяющегося СО 2 в
приборах для наблюдения газообмена при дыхании растений («Физприбор»,
Россия) методом титрования. Навеску растительного материала размещали на
сетке прибора. В нижнюю часть наливали 0,1н Ва(ОН) 2. Сосуд герметически
закрывали. Через 15 минут экспозиции Ва(ОН)2 титровали 0,1н НСl( с помощью
микробюретки), предварительно добавив фенолфталеин. Контролем служил
вариант без растительной навески. Интенсивность дыхания рассчитывали по
формуле: 2,2∙(VHClк.-VНClоп.)/p∙t, где V HClк.- объем 0,1НСl (мл), прошедший
титрование 0,1н Ва(ОН)2 в контрольном варианте, а V НClоп.- в опытном варианте;
p - навеска в г, t- время экспозиции ,в час. Интенсивность дыхания выражали в мг
СО2/(гч) (рис. 2.5).
Рисунок 2.5. Определение интенсивности дыхания листьев в газометрических сосудах
36
Качество дыхания. В качестве специфического ингибитора гликолиза
использовали NaF (3∙10-2 М), который вводили в побеги возобновления или
листья картофеля методом вакуум инфильтрации в эксикаторе с вакуумным
отсосом. В контроле инфильтровалидистилированную воду (рис.2.6, 2.7).
Рисунок 2.6. Вакуумная инфильтрация
Рисунок2.7 взятие навесок листьев на электронных весах
37
Каталаза
Активность каталазы определяли газометрическим методом в каталазнике
(Ермаков и др. 1987) по количеству выделяющегося кислорода с последующим
пересчетом на количество пероксида водорода, разлагающегося каталазой (рис.
2.8).
Рисунок 2.8. Определение каталазы
Пероксидаза
Активность пероксидазы определяли методом А.Н. Бояркина(Ермаков и др.
1987) по времени образования синей окраски в результате окисления бензидина.
Для этого навеску листьев растирали с ацетатным буфером (рН 5.4), настаивали, а
затем центрифугировали при 4000 об/мин на лабораторной медицинской
центрифуге ОПн-8 («Дастане», Киргизия). К центрифугату добавляли буферный
раствор
и
бензидин.
В
контрольный
вариант
добавляли
воду,
а
в
экспериментальный − 0.3%-ный раствор пероксида водорода. Измерение времени
окисления бензидина проводили на фотометре КФК-2 (ЗОМЗ, Россия) при длине
волны 590 нм (рис. 2.9).
38
Рисунок 2.9. Подготовка листьев для постановки опыта на пероксидазу
Трансмембранный транспорт воды через аквапорины
В
качестве
блокаторов
водных
каналов
мембран
–
аквапоринов
использовали 0.1мМ раствор хлорида ртути, который, как известно, является
эффективным в отношении большинства аквапоринов. Для изучения потока воды
через аквапорины взвешенные листья картофеля погружали на 15 минут в данный
раствор. Листья контрольных растений помещали в воду. По истечение времени
инкубации листья вынимали, обсушивали фильтровальной бумагой и вновь
взвешивали.
По
разнице
определяли
количество
поглощенной
воды
и
рассчитывали долю поступления воды через аквапорины в % [54].
Количество устьиц определяли под микроскопом БИОЛАМ ("ЛОМО",
Россия) в эпидермисе крайнегосегмента листа картофеля (лист простой перисто рассеченный). Срезы просматривали при увеличении микроскопа 50х20. Площадь
поля зрения микроскопа рассчитывали с помощью линейки объектив-микрометра.
Количество устьиц пересчитывали на 1мм2 листовой поверхности (рис. 2.10).
39
Рисунок 2.10. Устьица под микроскпом
Интенсивность
транспирации
определяли
весовым
методом
путем
взвешивания листьев на торзионных весах через 3 минуты. Интенсивность
транспирации выражали в мг/(г∙ч) (рис. 2.11).
Рисунок2.11. Торсионные весы с образцами листьев для определения интенсивности
транспирации
40
Водоудерживающая способность листьев определяли путем взвешивания
листьев на весах через 20, 40, 60 минут. Водоудерживающую способность
характеризовали по величине водоотдачи. При этом большей водоотдаче
соответствовала
меньшая
водоудерживающая
способность
и
наоборот.
Водоотдачу выражали в процентах от исходной сырой массы(рис. 2.12).
Рисунок 2.12. Варианты опыта по водоудерживающей способности
Оводненность
листьев
(общее
содержание
воды)
измеряли
путем
высушивания в термостате при 105°С и выражали в процентах (рис.2.13).
Рисунок 2.13. Высушивание листьев в сушильном шкафу для определения их
оводненности
41
Высота растений. Высоту растений измеряли с помощью линейки (рис.
2.14).
Рисунокк 2.14. Измерение высоты растений
Толщина феллемы (пробки) определяли в естественной перидерме на
поперечных срезах клубней (в средней части). В каждом варианте опыта
исследовали 5 клубней по 5 срезов в каждом. Размер феллемы выражали в мм
(рис. 2.15).
Рисунок 2.15. Толщина феллемы под микроскопом
42
Продуктивность картофеля в почвенной культуре учитывали путем
взвешивания клубней в каждом сосуде.
Объём корневой системы определяли методом Сабинина, Колосова по
вытеснению воды и выражали в см3[29].
Статистическая обработка полученных результатов. В таблицах и
рисунках представлены средние арифметические из
семи биологических
повторностей и их стандартные ошибки. Достоверность результатов оценивали с
помощью критерия Стьюдента, считая достоверным различия при уровне
доверительной вероятности выше 0, 95[50].
43
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ЭПИНА НА ФИЗИОЛОГО БИОХИМИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ В РАСТЕНИИ КАРТОФЕЛЯ
3.1.Влияние эпина на интенсивность дыхания
Дыхание является основным поставщиком энергии в клетках. Дыхание
удовлетворяет большую часть энергетических потребностей аэробной клетки, что
предопределяет
ведущую
роль
этого
процесса
в
общей
системе
энергообеспечения растительного организма. Об интенсивности дыхания судили
по количеству выделяющегося углекислого газа. Из таблицы 3.1 следует, что
препарат Эпин способствовал повышению интенсивности процесса дыхания на
36%. Это может быть связано с увеличением под действием эпина содержания
фитогормонов
ауксином,
такие
сведения
имеются
в
литературе
[15].
Положительная роль ауксинов в регуляции процессов дыхания является хорошо
известным фактом.
В последнее время уделяется внимание качественным показателям процесса
дыхания. По данным[25] фтористый натрий в концентрациях, подавляющих
дыхание приблизительно на 50%, рассматривается как специфический ингибитор
гликолиза.
Использование
в
наших
опытах
раствора
фторида
натрия
свидетельствует о том, что брассиностероиды сдвигают процесс дыхания в
сторону гликолиза, так как в контроле ингибирование дыхание ставило 50%, а в
опыте – 79%(рис. 3.1).
Таблица 3.1.
Влияние Эпина на интенсивность дыхания
Вариант
Интенсивность дыхания, Ингибирование дыхания
мг СО2/(г·ч)
NaF, %
Контороль
3.08±0.03
50
Эпин
5.28±0.04
79
44
Следует заметить, что в литературе нами не найдено сведений о влиянии
фитогормонов
брассиностероидов
на
соотношение
гликолитического
и
апотомического путей дыхания.
Рисунок 3.1. Влияние фтористого натрия на процесс гликолиза
3.2. Влияние Эпина на активность антиоксидантных ферментов
Антиоксидантная система, нейтрализующая активные формы кислорода и
сохраняющая структурно-функциональное состояние клеточных мембран имеет
большое значение в адаптации растений к условиям среды [16]. Антиоксидантная
система представлена, прежде всего, антиоксидантными ферментами. Активность
каталазы определяли в листьях побегов возобновления как в случае выросших из
клубней собранного урожая (эффект последействия Эпина) так и непосредственно
после обработки растений Эпином через 15 дней после появления всходов.
Известно, что каталаза утилизирует пероксид водорода до воды и кислорода.
Результаты исследования показали что опрыскивание растений эпином (через 7
суток) не оказало влияние на активность данного фермента (рис. 3.2 а). в случае
когда активность данного фермента определяли в растениях выросших из клубней
прошлогоднего урожая препарат эпин несколько снижал активность данного
фермента (на 14%)(3.2 б).
45
В отличие от каталазы эпибрассинолид, входящий в состав эпина,
активизировал работу пероксидазы, которая восстанавливает перекись водорода
за счет низкомолекулярных органических соединений. Так, активность данного
фермента в варианте с эпином была на 26% выше контрольного варианта. Такой
эффект эпина на пероксидазу возможно связан, как уже отмечалось выше, с
возрастанием количеств ауксинов. По данным [55] ауксины экспрессируют
работу гены антиоксидантных ферментов.
Рисунок 3.2 Активность каталазы (а) после опрыскивания эпином, (б) эффект последействия
46
Рисунок 3.3. Активность пероксидазы
3.3 Влияние эпина на водный режим
Вода играет первостепенную роль в жизнедеятельности растений. водный
режим тесно связан со всеми составляющими продукционного процесса растений.
Поэтому важно знать механизмы регуляции водного обмена в растительном
организме.
Процессы, протекающие в растительной клетке, весьма требовательны к
содержанию
воды,
поэтому
представляло
интерес
изучить
влияние
брассиностероидов на поступление воды в листья картофеля.Проведенные
исследования показали, что препарат эпин увеличивает поглощение воды по
сравнению с контролем на 41%(табл. 3.2).
В литературе не найдено сведений об участии брассиностероидов в
трансмембранном
потоке
воды
через
аквапорины.
Результаты
наших
исследований свидетельствуют, что хлорид ртути – блокатор аквапориновых
белков ингибирует поглощение воды листьями – в контроле на 34%, а в варианте
с эпином на 40% .
Таким образом, через аквапорины в контрольном варианте поступило 66%
воды, а в варианте с эпином – 60% (рис. 3.4). Из этих данных следует, что доля
поступления воды через аквапорины в варианте с эпином практически не
47
отличалась от контрольного варианта (находилась в пределах ошибки опыта). Это
может указывать на то, что эпин способствовал поглощению воды листьями в
основном через липидный бислой мембран.
Рис. 3.4. Поступление воды через аквапорины
Таблица 3.2.
Влияние эпина на поступление воды в листья
Вариант
Условия проведения
Поглощение воды
листьями, мг/г сырой
массы
Контроль
Эпин
H2O
408±2.1
HgCl2
270±1.3
H2O
579±2.4
HgCl2
348±1.4
Оводненность
Определение содержания воды в листьях опытных и контрольных растений
показал, что процент их оводненности был практически одинаковым (рис.3.5).
Известно, что сохранение жизнедеятельности растений зависит не только от
оводненности, но и от водоудерживающей способности клеток, которая
48
определяется термодинамическим состоянием воды [56]. По мнению Хохловой и
др.
1997,
водоудерживающая
физиологическим
показателем
способность
водного
обмена
является
интегрально-
растительных
клеток.
О
водоудерживающей способности листьев судили по водоотдаче- потери воды от
первоначальной массы. (табл 3.3).
Результаты исследований выявили, что обработка растений эпином
увеличивает водоудерживающую способность.
Рисунок 3.5. Влияние эпина на оводненность
Таблица 3.3.
Влияние эпина на водоудерживающую способность листьев
Вариант
Через 20мин
Через 40мин
Через 60мин
Водоотдача, % от исходной массы
Контроль
10.0±0.5
10.4±0.5
12.8±0.6
Эпин
6.0±0.3
7.2±0.4
8.8±0.4
Влияние на количество устьиц
49
Количество устьиц определяли в крайнем сегменте листа седьмого яруса в
поле зрения микроскопа при увеличении 15х20.
Результаты проведённого исследования показали, что эпибрассинолид,
входящий в состав препарата Эпина, существенно повысил количество устьиц
(почти в 2 раза) (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Влияние эпина на количество устьиц
Интенсивность транспирации
Несмотря
на
большее
количество
устьиц
в
варианте
с
эпином
интенсивность транспирации была в 1,25 раза ниже против контроля (рис. 3.7).
По-видимому, это связано не с количеством устьиц, у которых могла быть
меньше
степень
отомкнутости
устьичных
щелей,
а
с
увеличением
водоудеривающей способности. Известно, что повышение водоудерживающей
способности указывает на увеличение в клетках прочно связанной воды в
основном с белками цитозоли.
50
Рисунок 3.7. Влияние эпина на интенсивность транспирации
3.4.Влияние эпина на рост, развитие и продуктивность растений
Рост и развитие является интегральным физиологическим показателем в
растительном организме. Наблюдение за наступлением фаз онтогенеза показало,
что растения, обогащенные брассиностероидом, ускоряли процесс развития, что
проявилось в более раннем сроке перехода к началу бутонизации (табл.3.4).
Таблица 3.4.
Влияние эпина на процессы развития
Вариант
Фаза онтогенеза
Контроль
Вегетация
Эпин
Начало бутонизации
Обработка растений картофеля препаратом эпина не повлияла на высоту
побегов (рис. 3.8) и объем корневой системы (рис. 3.9). В предыдущих
исследованиях [29] отмечается, что также эпибрассинолид не влияет на
формирование придаточных корней растений картофеля, а именно на их массу.
51
Рисунок 3.8. Влияние эпина на высоту побегов
Рисунок 3.9. Действие эпина на объем корневой системы
Определение
массы
надземных
органов
в
фазу
бутонизации
свидетельствует об отсутствии эффекта эпина, это касается как сырой, так и сухой
массы наземного побега (рис. 3.10, 3.11).
52
Рисунок 3.10. Действие эпина на сырую массу надземного побега
Рисунок 3.11. Действие эпина на сухую массу надземного побега
53
В отличие от надземных органов препарат эпин оказал положительное
влияние на процесс клубнеобразования (рис. 3.12).
Рисунок 3.12. Действие эпина на структуру урожая
Обогащение
продуктивность
растений
в
картофеля
условиях
эпином
вегетационного
на
24
%
повысило
опыта.По–видимому,
их
это
происходило не только за счет увеличения инициации клубнеобразования, но и за
счет положительных изменений в водном режиме, в работе антиоксидантных
ферментов и процесса дыхания.
Таблица 3.5.
Действие эпина на продуктивность растений картофеля (почвенная
культура)
Вариант
Масса клубней, г на куст
крупные клубни
мелкие клубни
Сумма
Контроль
83.0±4.2
62.4±3.1
145.4±7.2
Эпин
99.5±5.0
80.8±4.0
180.3±9.0
54
Толщина феллемы клубней и продуктивность
При хранении клубней картофеля важное значение имеет формирование
вторичной покровной ткани – перидермы и, прежде всего, её составной части
феллемы (пробки), защищающей клубни от патогенов. В литерптуре отсутствуют
сведения о действии брассиностероидов на формирование перидермы- вторичной
покровной ткани. Исследовалась толщина феллемы клубней средней величины
после конца вегетации растений (табл.3.6). Результаты показали, что эпин
несколько увеличивал толщину феллемы (на 13 %).это происходило за счет
увеличения числа слоев клеток (на 42%), что может свидетельствовать о том, что
брассиностероиды участвуют в регуляции работы феллогена – вторичной
образовательной
брассиностероиды
ткани
клубня.
увеличивают
В
литературе
содержание
имеются
цитокининов
данные,
[15],
что
которые
регулируют деление клеток.
Таблица 3.6.
Влияние эпина на формирование феллемы
Вариант
Толщина феллемы, мкм
Количество слоев клеток
феллемы, шт
Конроль
66.8±0.02
4.66±0.02
Эпин
76.7±0.03
3.28±0.01
55
ВЫВОДЫ
Выявлена
1.
интенсификация
процесса
дыхания под влиянием препарата эпина и преобладание гликолитической
составляющей в дыхательном обмене.
Показана специфика влияния эпина в
2.
активности ферментов антиоксидантной системы: отсутствие реакции каталазы
и увеличение активности пероксидазы.
Под
3.
снижалась
интенсивность
влиянием
транспирации
на
препарата
фоне
эпина
повышения
водоудерживающей способности листьев, несмотря на увеличение количества
устьиц.
Обработка
4.
растений
эпином
способствовала поступлению воды в листья, однако не изменила долю
трансмембранного потока воды через аквопорины.
Препарат эпин оказал неоднозначное
5.
действие на ростовые показатели растения картофеля: не повлиял на высоту
побегов
растений
картофеляи
их
массу,
объем
корневой
системы;
способствовал инициации клубнеобразования (увеличил количество клубней).
Выявлено некоторое ускорение развития
6.
растений под влиянием эпина, повышение их продуктивности (на 24%),
увеличение толщины феллемы (пробки) клубня за счет увеличения в ней
количества слоев.
56
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Полифункциональность
1.
действия
брассиностероидов. М.: ННПП НЕСТ М, 2007. 357с.
Прусакова
2.
Л.Д., Чижова С.И. Роль
брассиностероидов в росте, устойчивости и продуктивности растений //
Агрохимия. 1996. № 1. С. 137-150.
Прусакова
3.
Л.
Д.,
Чижова
С.
И.
Применение брассиностероидов в экстремальных для растений условиях //
Агрохимия. 2005. № 7. С. 87-94.
4.
ХрипачВ. А., ЛахвичФ. А.,ЖабинскийВ.
Н. Брассиностероиды. – Минск: Наука и техника, 1993. 287 с.
5. Титов А.Ф., Шибаева Т.Г. Брассиностероиды. Петрозаводск: Карельский
научный центр РАН, 2013. 58 с.
6.
ХрипачВ. А., ЛахвичФ. А.,ЖабинскийВ.
Н. Перспективы практического применения брассиностероидов – нового
класса фитогормонов // С.-х. биология. 1995. № 1. С. 3-11.
7.
Лахвич, Ф. А. Синтез брассиностероидов
- нового класса гормонов растений / Ф. А. Лахвич, В. А. Хрипач, В. Н.
Жабинский // Успехи химии. - 1991, Т. 60. - № 6. - С. 1283-1317.
8.
Скатерная,
Т.
Д.
Влияние
24-
эпибрассинолида на биосинтез белка в проростках кукурузы при холодовом
стрессе / Т. Д. Скатерная [и др. ] // Доклады Национальной академии наук
Беларуси. - 2012. - Т. 56, N 2. - С. . 63-68.
57
Канделинская,
9.
О.
Л.
Влияние
эпибрассинолида на морфометрические и биохимические показатели роста
корней ячменя и люпина под действием свинца / О. Л. Канделинская [и др.]
// Агрохимия :Ежемес. научн. журнал. - 2011. - N 6. - С. 33-42.
Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова
10.
В.В.Тяжелые металлы и растения Петрозаводск: Карельский научный центр
РАН.2014. 196 с.
Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина
11.
Н.М. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам,
2013.
Будыкина Н.П., Шибаева Т.Г., Титов
12.
А.Ф.Эффективность препарата эпин-экстра при выращивании сладкого
перца (Capsicum annuum L.) в защищенном грунте в условиях СевероЗапада России // Агрохимия. №11. 2013. C. 38-44.
Чиркова Т.В. Физиологические основы
13.
устойчивости растений— СПб.: СПбГУ, 2002. — 244 с.
Пузина Т.И. Гормональная регуляция
14.
как основа целостности и продуктивности организма : дис. …доктора биол.
наук. Москва, 1999. 357с.
Трунова
15.
Т.И.
Растение
и
низкотемпературный стресс // 64 Тимирязевские чтения. – М.:Наука, 2007. –
70с.
Такемацу Т. Биологические основы и
16.
практическое применение эпибрассинолида. М., 1988. 19с.
Скоробогатова
17.
И.В.,
Курапов
П.Б.,
Бумажный Б.Е. // 2-е Всесоюз. совещ. По брассиностероидам: Тез. Докл.
1991. С. 30.
18.
Кислин Е.Н., Семичева Т.В. // 2-е
Всесоюз. совещ. По брассиностероидам: Тез. Докл. 1991. С. 26-27.
58
Козик Т.А., Кислин Е.Н. // 2-е Всесоюз.
19.
совещ. По брассиностероидам: Тез. Докл. 1991. С. 29-30.
Кораблева Н.П., Сухова Л.С. // 2-е
20.
Всесоюз. совещ. По брассиностероидам: Тез. Докл. 1991. С. 46.
Канделинская
21.
О.Л.,
Бушуева
С.А.,
Уральская Е.Р. и др. // 2-е Всесоюз. совещ. По брассиностероидам: Тез.
Докл. 1991. С. 33.
Хрусталева
22.
Л.И.,
Андреева
Г.Н.,
Головина Ю.М. и др. // 2-е Всесоюз. совещ. По брассиностероидам: Тез.
Докл. 1991. С. 31-32.
Чайлахян, М.Х. Фотопериодическая и
23.
гормональная регуляция клубнеобразования у растений / М.Х.Чайлахян. –
М.: Наука, 1984. – 69 с.
Семихатова, О.А. Дыхание поддержания
24.
и адаптации растений / О.А. Семихатова // Физиология растений. – 1995. –
Т. 42, №2. – С. 312–319.
Кефели, В.И. Природные ингибиторы
25.
роста / В.И. Кефели // Физиология растений. – 1997. – Т. 44, № 3. – С. 471
Корнева,
26.
О.Г.
Влияние
регуляторов
роста и биологически активных веществ на продуктивность картофеля в
условиях нижнего Поволжья: автореф. дис. … канд. с/х. наук: 06.01.09 /
Корнева Ольга Георгиевна. – Астрахань, 2009. – 24 с
Кузнецов, В.В. Физиология растений /
27.
В.В. Кузнецов, Г.А. Дмитриева.– М.: Высшая школа, 2005. – 736 с.
Пузина, Т.И. Влияние селенита натрия и
28.
ауксина на работу антиоксидантной системы и ростовые процессы растений
картофеля / Т.И. Пузина, П.С. Прудников, Н.И. Якушкина // Регуляция
продукционного процесса сельскохозяйственных растений. Часть I. – Орел,
2006. – С. 32–38.
59
Третьяков,
29.
Н.Н.
Практикум
по
физиологии растений / Н.Н. Третьяков. – М.: Агропромиздат, 1990. – 271 c.
Канделинская О.Л., Пелагейчик Т.Я.,
30.
Уральская Е.Р. и др. О механизме адаптогенного действия эпибрассинолида
на растения люпина // Регуляция роста и развития растений: Тез. докл. науч.
конф., Минск, 9-11 ноября 1999 г. / Минск, 1999,-С. 57.
Жабинский В.Н., Литвиновская
31.
Р.П.,
Завадская М.И. // Регуляторы роста и развития растений: Тез. докл. науч.
конф., 29 июня - 1 июля 1999 г. / Московская сельскохозяйственная
академия им. К.А.Тимирязева. -Москва, 1999,-С. 248-249.
Балина Н.В., Жолкевич В.Н., Кулаева
32.
О.Н. Действие гомобрассинолида на устойчивость и продуктивность
пшеницы в условиях водного дефицита //I Съезд физиологов растений.
Ташкент. 1991. С.107
Борзенкова
33.
Р.А.,
Некрасова
Г.Р.,
Крылова Т.Н. Сравнительное действие брассинолида в б-БАП на
фотосинтетическую активность и водный режим изолированных листьев
картофеля /7 III Межд.конф. "Регуляторы роста и развития растений". М.
,1995. С.49
Быховец С.А., Попова М.П., Ботина Т.Н.
34.
Влияние сроков обработки брассиностероидами на урожай картофеля и
томатов //Y Межд.конф. "Регуляторы роста и развития растений". М. ,1999.
0.152.
Волынец А.П., Хрипач В.А. К механизму
35.
действия брассиностероидов на растения //Симпоз. "Брассиностероиды
биорациональные,
экологически
безопасные
регуляторы
роста
и
продуктивности растений". Минск. 1993. С.5.
Дубинина
36.
Действие
эпибрассинолида
на
И.М.,
Бураханова
фотосинтетическую
активность
Е.А.
и
60
образование 14С продуктов фотосинтезау Beta vulgaris L. //Y Междун.конф.
"Регуляторы роста и развития растений". М., 1999. С.90.
Ершова А.Н., Хрипач В.А. Влияние
37.
эпибрассинолида на процессы перекисного окисления Pasum sativum в
нормальных условиях и при кислородном стрессе. // Физиология растений.
1996. т.43. 0.870.
Калитухо
38.
Л.Н.,
Макаров
В.Н.,
Пишбытко Н.Л., Кабашников Л.Ф. Влияние брассиностероидов на
физиолого-биохимические характеристики проростков пшеницы. //IX Съезд
ВОФР. М.,1999. т.2. С.590.
Канделинская
39.
0.Л.,
Бушуев
С.А.,
Уральская Е.Р. и др. Брасси-ностероиды изменяют метаболизм белков и
урожай люпина //II Совещ. по брассиностероидам. Минск. 1991. С.45.
Канделинская О.Л., Пелагейчук Т.Я.,
40.
Колосова Е.М., Чехова А.Н., Уральская Е.Р. Эпибрассинолид: действие на
метаболизм белков в бобовых и злаковых растениях //V Съезд ВОФР.
М.,1999. т.2. С.591.
Кириллов А.Ф., Хрипач В.А. и др.
41.
Влияние эпибрассинолида на некоторые физиологические процессы
винограда //V Междун.конф. "Регуляторы роста и развития растений" М.
,1999, С.98.
Ковганко
42.
Н.В.
Брассиностероиды
в
растительном мире // Химия природных соединений. 1991. N2. С.159.
Кораблева Н.П., Сухова Л.С. Регуляция
43.
покоя клубней картофеля и их устойчивость к болезням с помощью
эпибрассинолида 694 //II Совещ. по брассиностероидам. Минск.1991. С.46.
Мажуль В.Б., Калитухо Л.Н. и др.
44.
Влияние
брассиностероидов
на
структурно-динамическое
состояние
мембранных белков растительных клеток //V Междун.конф. "Регуляторы
роста и развития растений". М., 1999. С.113.
61
Павлова И.В., Деева В.П. Действие
45.
эпибрассинолида на рост и продуктивность гречихи // IV конф.
"Брассиностероиды
биорациональные,
экологически
безопасные
регуляторы роста и продуктивности растений". Минск. 1995. С.25.
Хайят Ш. и др. Взаимодействие окиси
46.
азота
и
брассиностероидов
при
их
влиянии
на
фотосинтез
и
антиоксидантную систему томата //Физиология растений, 2010, том 57, № 2,
с.224-233.
Свами К.Н., С.С.Р. Рао Влияние 24-
47.
эпибрассинолида на рост, фотосинтез и содержание эфирных масел у
растений // Физиология растений, 2009, том 56, № 5, с. 682-687.
Ефимова
48.
М.В.
и
др.
Особенности
экспрессии пластидного генома и развития растений Arabidopsisthalianaс
нарушенным синтезом брассиностероидов // Физиология растений, 2012,
том 59, № 1, с. 32-39.
Вэньбин Ляо и др. Роль фитогормонов в
49.
росте волокон хлопчатника // Физиология растений, 2010, том 57, № 4, с.
495-502.
Лакин Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. –
50.
М.: Высшая школа, 1990. – 113 c.
51.
Федина
Е.О.
и
др.
Влияние
эпибрассинолида на фосфорилирование по тирозину некоторых ферментов
цикла Кальвина // Физиология растений, 2008, том 55, № 2, с. 210-218.
52.
Ершова
А.Н.
Влияние
кинетпна
и
эпибрассинолида на продукцию АФК в растениях в условиях гипоксии и
высоких концентрациях СО2 // Вестник ТГУ. Серия: Естественные и
технические науки. – 2013. – Т. 18, вып. 6. – С. 3192-3195.
53.
Javot
H.,
Maurel
C.
The
Role
Aquaporinis in Root Water Uptake // Ann. Boot. 2002. V. 90. P. 301-313/
of
62
54.
Guan, L.M. Catalase gene expression in
response to auxin-mediated developmental signals // Physiologia Plantarum/ 2002. № 114. –Р. 288-295.
55.
Жолкевич
В.Н.
и
др.
Влияние
химических агентов на кинетику процессов водообмена листа // Тезисы 2-го
съезда ВОФР (часть 2). М.: ВОФР РАН.1992.С.74.
АННОТАЦИЯ
Выпускная квалификационная работа изложена на 62 страницах печатного
текста, состоит из 3 глав, содержит 36 рисунка, 7 таблиц и список цитируемой
литературы из 55 наименований.
Ключевые
аквапорины,
слова:
препарат
оводненность,
эпин,
брассинолид,
растение
каталаза,
пероксидаза,
транспирация,
картофеля,
устьица,
водообмен, феллема, объем корневой системы.
Выяснение механизмов регуляции ростовых процессов и продуктивности
растений остается важной проблемой современной биологии. Актуальным
направлением работ в этой области представляется изучение регуляторов роста фитогормонов и их синтетических аналогов. Из всех классов фитогормонов менее
изученными в действии на физиолого - биохимические процессы являются
брассиностероиды [1,2,4]. Имеющиеся в литературе сведения в основном касаются
их влияния на устойчивость к действию неблагоприятных факторов среды [3].
Практически
отсутствуют
сведения
касающиеся
влияния
данной
группы
фитогормонов на показатели водообмена растений. Основная масса работ
выполнена на зерновых и бобовых культурах. Не найдено исследований
относительно картофеля – одной из ценных сельскохозяйственных культур.
В
последнее время отечественные исследователи используют препарат Эпин-экстра,
синтезированный на основе эпибрассинолида фирмы НЕСТ. М.
Цель настоящей работы состояла в изучении физиолого - биохимичсеких
особенностей действия препарата Эпин-экстра у растений картофеля.
В
соответствии
с
заданной
целью
были
поставлены
следующие
экспериментальные задачи:
- изучить влияние эпина на интенсивность процесса дыхания;
- выявить влияние препарата на первоначально составляющие дыхательного
обмена;
- исследовать действие эпина на работу активности антиоксидантных систем:
каталаза, пероксидаза;
-определить участие эпибрассинолида в трансмембранном потоке воды через
аквапорины;
- изучить влияние эпина на водоудерживающую способность листьев;
-
выявить
действие
эпина
на
количество
устьиц
и
интенсивность
транспирации;
-исследовать влияние эпина на ростовые показатели надземных и подземых
органов растения картофеля;
- изучить действие препарата эпина на продуктивность растений картофеля и
формирование феллемы (пробки) клубней.
Научная новизна
Впервые
показано
действие
брассиностероидов
на
начальные
пути
дыхательного обмена. Показана специфика влияния их на трансмембранный поток
воды. Установлено участие брассиностероидов в формировании феллемы во
вторичной покровной ткани-перидермы.
Научно практическая значимость
Установленные закономерности действия препарата эпина на основе
эпибрассинолида на физиолого - биохимические процессы растений картофеля
развивают представления о роли фитогормонов брассиностероидов в растительном
организме. Результаты исследования, касающиеся действия эпина на инициацию
клубнеобразования,
могут
быть
использованы
в
биотехнологии
при
микроклональном размножении картофеля. Полученные результаты по влиянию
эпина на продуктивность картофеля и формирование феллемы клубней могут быть
использованы в практике картофелеводства. Полученные результаты могут быть
использованы для чтения лекций и проведений семенаров по физиологии и
биохимии растений в разделе «рост, развитие и фитогормоны».
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа