Фоторегуляция физиологических реакций в хлопчатнике Ахмеджанов, Искандар Гулямович

Введение к работе

Актуалвупреть, тсмц.,

В настоящее .время все более актуальными становятся исследования регуляторного действия света на пронесен жизнедеятельности. Важное значение в этой проблеме отводится фотоморфогенезу, контролируемому специфическим хромспротеидом Фитохрсмом, поглощающим свет в красной области спектра. . Морфогенетическое действие красного света, опосредованное- Фитохрсмом, определяется способностью хремспротеида находиться в двух формах - активной (Рдк) и неактивной (Рк). ЭДфективность фотоконверсии фитохрома из неактивной в активную форму определяет интенсивность протекания .различных физиологических процессов в развивающемся организме, -'его физиологическое состояние. Кроме морфогенетических реакций, этот пигмент принимает такке участие в регуляции устойчивости растений И-.влиянию неблагоприятных факторов среды, т.е. выполняет важную физйолого-зкологнческую роль. Механизм фотоконверсии фитохрома является предметом многих исследований, однако исследования по изучению фитохрома ." хлопчатника практически не ведутся. Тем самым, проблема выявления и изучения фитохромной системы хлопчатника различных сортов и исследование физиологических проявлении действия фитохрома в семенах и проростках клепчатнпка имеет большую актуальность. Решение этих вопросов іолміа" ..определить пути опосредованного фитохрсмом направленного злияния. на рост, развитие и устойчивость хлопчатника к воздействию факторов внешнего окружения, которое в практическом плане іоляно. привести к порыгаению урожайности этой ценной сельхозкультуры и будет зкологичесіад чистым. .

. Ощутимый урон хлопководству наносит вертициллезный ьилт слопчатника, вызываемый грибом VerticlUium dahliae Kleb. Приме-шекие в'настоящее время разнообразные методы борьбы с возбудителем этого заболевания недостаточно эффективны, что определяет гонск новых высокоэффективных и экологически безопасных подходов уія повышения вилтоустоичцвости хлопчатника посредством как ре-уляции защитных реакции самих растений, так и через влияние на чюйства патогена. Учитывал многочисленные данные о регистрации 'пбисі:!.<псті! тех и,-и иных Физиологических Функций гриба пт харз;<;-сра освещения, а тагах наличия в его составе микоуромпых спс-ем, напоминающих Фнтохромные высших растений, есп-етвенно пред-юлскнть, что исследование регуляторного злияния света на гриб

- 4 -позволит, во-первых, приблизиться .к пониманию природи его фоторецептора, н, Ео-вторых, наметить пути воздействия на вирулентные свойства посредством красного света.

В связи с атиы, основной цалыз работы явилось изучение механизма регуляторного действ;.я красного света на протекание физиологических процессов в хлопчатнике, и том числе взаимоотношений в системе хлопчатник-грис V.dahllao, и выявление роли фита¹ хрсмной системы в такой регуллцпи.

Основные задачи (заключались в следующем:

1. Изучить закономерности действия красного света на прорастание семян, рост и развитие хлопчатника для выявления природы фоторецептора, ответственного аа морфогенетическое действие света в этой облает спектра и методом низкотемпературной люми несценции установить наличие фитохромной системы в хлопчатнике.

2. Выявить значение фитохромной системі, в регуляции физиологических процессов в хлопчатнике и показать ее роль на примере известных мутаций, изменяющих активность фитохрома;

3. Исследовать действие красного света на физиолого-биохи-иические механизмы взаимодействия в патосистеме хлопчатник-гриб Vertlcllllum dahllae.

4. Разработать экологически безопасный способ предпосевной обработки семян растений красным светом.

Научная новизна работа.

На основе систематического изучения фотовоеде'йствия на прорастание семян и развитие растений впервые показана рель биологически активного красного света в«регуляции процессов роста и формирования хлопчатника. Установлено, что эффективность фотостимуляции зависит от сорта хлопчатник/*, состояния семян, дозы и способа облучения, температуры окружающей среды.

С целью эффективного исследования нативного фитохрома в клетке сконструирован высокочувствительный спектропшинометр, позволяющий производить измерения спектров ЕозОуадения низкотемпературной люминесценции с ошибкой 3-4%, что дает возможность сравнения спектров различных образцов не только по форме, но и по интенсивности. Установлено, что при измерении спектров следует учитывать кинетику темноьой активации фитохрома.

Детальным исследованием чувствительности прорастания семян хлопчатника к действию красного (КС) и дальнего красного света (ДКС) и установлением характерного антагонизма между КС и ДКС, а

также методом низкотемпературной люминесценшш Еперг.ие виявлено налипне фнтохромной системы в этиолированных проростках хлопчатника. Кроме того подтверждено крайне низкое содержанке фитохрома в мутантах томатз "ангеа" и установлено, что различия в состоянии фитохромных систем томата сорта "ЛИза Craig" и мутантной форми "ргосега" имеют отношение к гормональному контролю прорастания семян.

Исследовано сравнительное содержание (в зависимости от возраста растений) !! распределение фитохрома в корсаках и гипскоти-лях этиолированных проростков хлопчатника.

Разработан эффективный метод идентификации здоровых и пораженных вилтом растений по динамике синей люминесценции основной жилки листа в процессе развития хлопчатника.

Впервые установлено участке фнтохромной системы п фогорегулянии физиологе-биохимических процессов в растениях хлопчатника, в том числе устойчивости it различным видам стресса, а также. в регуляции физиологических механизмов взаимоотношений в системе хозяин-гриб Y.dahUae посредством индуцирования красным светом в интактиых тканях хлопчатника физиологических параметров сверхчувствительности, в частности, синтеза постинфекциошшх ингибиторов- фитоалекеннов. Тем самым показано, что процесс оптимизации физиологического состояния хлопчатника под действием красного света является фнтохромозави'симим. '

Исследована регуляция красным светом морфологических проявлений в грибе - возбудителе вертнциллезного вилта хлопчатника. Показана эффективность фотовоздействня на физиологическую активность V.dahlias, что приводит к изменению токсических свойств патогена в сторону повышения толерантности хлопчатника. Результаты этих исследований использованы для регуляции интимных механизмов взаимоотношений в системе хозяин-паразит.

y?X}M9znPl^J?i^;J^!M-Rt!'^!i0CT^bLjL Результаты теоретических разработок, связанных с фоторегуляцией процессов"роста, развития и устойчивости растений к различным неблагоприятным факторам, могут быть использованы при дальнейшем развитии такого рода исследований биофизического, биохимического, молегсу.чярно-биологичес-кего, генетического и сельскохозяйственного профиля. Показанная козмс.*нееть методом низкотемпературной люминесценции этиолированных тророетков тестировать функциональное состояние фитохрем-ней системы растений может найти применение для отбора мутантов,

характерные признаки которых обусловлены нарушениями в фитохром-ной регуляции физиологических процессов.

.Разработан и внедрен а ряде хозяйств Таиюбласти наутю-сбое-новашшн и экономически эффективный способ предпосевной обработки красным светом семян томатов и огурцов с целью повышения урожайности в закрытом грунте (Удосг. Ташоблагропроыа на рац. предл. N 12, 1968 г.). Получено авторское свидетельство И1783в? Гсскомизобретешш СССР на способ повышения видтоустойчнвости хлопчатника при облучении семян красным светом.

Апробация работы. По результатам исследований опубликовано 34 работы. Материалы диссертации были долокекы на: 5-м Меедународном симпозиуме по вертнциллиуму (Ленинград 100Q); 2-м Всесоюзном совещании iu генетике, развития (Ташкент 1990);'' 5-й конференции биохимиков республик Средней Азии и Казахстана; (Ташкент 1991); 1-м съезде физиологов растений -Узбекистана (Ташкент 1991); 4-м съезде физиологов Узбекистана (Ташкент 1988); Бессоюзном координационном совещании по вилту хлопчатника (Ташкент 1992); Международном симпозиуме по физиологии, биохимии и генетике солеустсйчивости растений (Ташкент 1992); Научной конференции по современным проблемам общей физиологии и биофизики (Ташкент 1993); межлабораторном научном семинаре; Института физиоло гии и биофизики АН Узбекистана (1994); расширенном заседании ла боратории иммунитета хлопчатника Института экспериментальной биологии растений НПО "Биолог" АН РУ.(1994)..

Структура и объем работы. Диссертация изложена на Зй1 странице машинописи, содержит 5? рисунков и 28 таблиц. Библиография содержит 424 источника.' Работа состоит из введения, обзора литературы (4 главы), главы с списанием материалов и методов исследования, четырех глав с изложением собстБеиих.результатов и их обсуждением, а также заключения.и выводов.