Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время проблема устойчи-юсти растений к действию экстремальных факторов среды приоб->етает особое значение в связи с возросшей необходимостью ие-юльзования засоленных почв и земель, леяащих в зоне недостаточного увлажнения. Для решения этой проблемы (ее теоретическое аспектов) очень важен поиск механизмов, объясняющих провесы, происходящие в клетках при действии внешних вредных факторов.
Весьма перспективно в этом плане оказалось использование іетодов высокоразрешающей электронной микроскопии. К настояще-іу времени получены довольно обширные сведения по изменению гльтраструктуры различных форм растений при действии самых >азнообразных факторов среды (Куркова, 1975; Удовенко, 1977; гдовенко и др., 1980; Машанския и др. , 1987; Силаева, 1978; Іибковская, 1979; Шэвякова и др., 1988).
На наи взгляд, целесообразно сопоставление структурных иа-юнений растений с их некоторыми биохимическими показателями ига понимания метаболического значения выявленных ультраструк-урных перестроек. Кроме того, не менее важно для решения проблемы устойчивости, как в теоретическом, так и прикладном іспектах, выявление и получение форм, характеризующихся повы-іенной резистентностью к действию факторов внешней среды. Перфективно их использование в качестве удобных моделей в зкепе-шментах по сопоставлению ультраструктурны;: перестроек, выяв-іенннх в исходных неустойчивых формах и их' мутантних линий, юзистентных к действию экстремальных факторов.
В нестоящей работе исследовались изменения ультраструктуры і содержания зеленых пигментов подсолнечника линии 3529 и гор-[ицы сорт Донская-5, а также мутантных соле-эасухоустойчивых jopM, полученных на их основе в нормальных условиях выращва-іия и при действии хлоридного засоления, дефицита света и вла-и. Предполагается существование определенной взаимосвязи (,да-\у характером ультраструктурной организации оргакелл клСТок юследуемых растений и изменением их функционального состоя-мя, вызванного действием факторов внешней среда
Цель и задачи исследования. Конечной целью настоящей рабо-
- 4 -ты является выявление особенностей и обших закономерностей изменения ультраструктуры клеточных органелл горчицы и подсолнечника при действии экстремальных факторов среды (при переходе на новый уровень функционирования) и значения (метаболического) этих изменений.
Исходя из поставленной цели, были сформулированы следующие задачи:
1. Изучить ультраструктуру подсолнечника инбредной линии
3629 и мутанта en: chlorina-5 при обезвоживании и дефиците све
та.
-
Исследовать ультраструктуру горчицы сорта Донская-5 и солерезистентных линий SRjH SR3, а также пестролистных мутантов.
-
Определить содержание зеленых пигментов в листьях подсолнечника инбредной линии 3629, горчицы сорта Донская-5 и резистентных мутантов.
4. Изучить генетическую поироду соле-засухоустойчивых му
тантов.
Научная новизна исследований. Впервые изучена' у. ьтраструк-тура и пигментный состав высших растений горчицы и подсолнечника и их мутантних форм в норме и при действии внешней среды: хлоридного засоления, дефицита влаги и дефицита света.
Выявлено, что адаптация исходных форм к действию этих факторов обусловлена изменением ультраструктуры пластидных компонентов.
Показано,. что у мутантных, резистентных линий действие экстремального фактора существенных изменений ультраструктуры не вызывает.
Показано влияние изменений генетической организации клеточных органелл масличных растений на оптимизацию их ультраструктурного патеррна в процессе адаптации к вредным условиям среды. Показано, что в основе изменений ультраструктурной организации растительной клетки при переходе на новый уровень функциональной активности (под действием факторов внешней среды) ле^аг два типа ультратруктурных перестроек: изменение внутреннего строения клеточных органелл - первый тип и изменение их пространственного положения в клетке - второй тип.
Теоретическая и практическая значимость исследований. Про-
деланная работа вносит определенный вклад в понимание ультраструктурных механизмов устойчивости растений к факторам засоления и дефицита влаги, которое необходимо для создания теоретических основ выращивания растений в условиях засоленных почв и недостатка влаги, в '«ектронно-микроскопическое выявление пластидных мутантов резистентных к засухе и засолению. Использование этого метода, позволяет выделить перспективные мутант-ные формы как модели оптимальные для изучения механизмов устойчивости и практического использования. Выявленные изменения тонкого строения органедл могут быть использованы в качестве ультраструктурных показателей признаков устойчивости у исходных лнниі» ари создания целенаправленного, высоко эффективного селекционного процесса с целью получения ценных сельскохозяйственных культур, резистентных к действию экстремальных факторов.
Апробацій работ». Основные положения работы были доложены на Всесоюзной конференции молодых ученых (Махарадзе-Анасеули. 1985), на 5 и 6 областной конференции "Механизмы адаптащш растений и животных к экстремальным факторам среды" (Ростов-на-Дону. 1987, 1990). на 5 съезде ВОГиС (Москва, 1987), на 1 сьеэде ВОГиС (Саратов, 1994)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.
Структура и объем работа Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, литературы и изложена на 121 странице ; содержит 28 рисунков, б таблиц. 1 схему; список литературы включает 157 наименований.
Объектом исследований служили инбредная линия 3629 подсолнечника Helianthus annus L., а также пластомный хлорофилльннй мутант en:chlorina-5, полеченный на ее основе.
другим объектом исследований служила горчица сарептская Brassica junceae L., сорт Донская-б, а такие пестролистные и солерезистентные линии, полученные на ее основе.
Инжувдия нЪШ пластидных нутадхй у тадтиы Семянки сортовой популяции Донская-5, предварительно замачивали в воде без
- б -
доступа воздуха при комнатной температуре в течение 10-12 т сов. Набухшие семена раскладывали на увлажненной фильтровал! ной бумаге в чашках Петри и проращивали на водных раствор; НММ в течение 6 часов в термостате при 25*С. После окончаш шестичасовой экспозиции проростки тщательно отмывали от мутг гена 60 минут в проточной воде и в дальнейшем высевали в по. (Белецкий и др., 1990). Обработку проростков горчицы проводи: водными растьорами НММ в концентрациях 0,01% и 0.01J (РН-7,0). Растворы НММ готовили на 0,25 М фосфатно-цитратнс буфере (РЧ-7,0).
Получодое солерезистекппа форм горчицы сарептской. Семе М л, горчицы высевали в вегетационные сосуды с засолением NaCl концентрациях 0,8%, 1% и 1,2%. В каедый сосуд высевали по { семянок при шестикратной повторности. Почва - приазовский чеі нозем. Влажность почвы поддерзкивали на уровне 60% от полис влагоемкости при помощи ежедневного полива сосудов ио весз Засоление почвы проводили дробно по 0,2% от веса сухой почвы несколько приемов (Сгрогонов и др., 1962). Условно обозначеі ные нами солерезистентные линии SRjH SR5выделены из генералі М горчицы, прошедшей обработку мутагеном в концентрация 0,01" , SR на провокационном фоне NaCl в 0,8%, SR на провокационнс фене NaCl в 1%.
Зл8істротіо-№всроскопичес!оій иеход исследования. Злектрої но-микроскопическое исследование структуры пластид проводи; по стандартной методике (Уикли, 1975). Применяли глутаро-осмі евую фиксацию тканей листьев с последующим обезвоживанием заключением в эпояово-аравдитовые блоки. Ультратонкие срег получали на ультрамикротоме BS-590 А и исследовали в злектрої ном микроскопе НЭМ-100.
Постановка эксперимента по воздействии водного дефкцл іга. ультраструктуру пластид подсолнечника. Растения мутам en: ohlorma-5 и иноредной линии 3629 выращивали в сосудах массой почвы 9,6 кг. В каждом сосуде выращивали пс одному рас тйнию. Почва - приазовский чернозем. Почвенную засуху создавг ли путем прекращения полива и доведения влажности почвы до 3( ел- полной влагоемкости (60%) в условную фазу развития 5-6 паї ' листіев. Заданный режим влашости поддерживали в дальнейшем і пощолмнем уровне путем полива сосудов по весу.
Постановка эксперимента по воздействия) св Растения инбредной линии под->лнечника 3629 и полученного из нее мутанта en: chlorina-5 вы-ццивали в сосудах в условиях вегетационного опыта. Вес почвы сосудах - 9,6 кг. Часть растений выращивали в обычных свето-к условиях при освещенности 18 000 - 20 000 люкс, другую їсть - в условиях затемнения при освещенности 4 000 лк.
Опроделешга содержания зеленых пигментов .Содержание хло-)филлов определяли в первой , 3-5 паре настоящих листьев кон-юлыюй линии 3629 и исследуемых мутантов спектрометрически в ЇХ-ном ацетоне по методике (Гавриленко и др. , 1975). Степень зглощения сєета пигментами регистрировали на спектрофотометре ipecol-10" (Германия).
Статистическая обработка результатов опытов. Все предс-івленньїе в работе опыты проводили в необходимой повторности. гатистическую обработку проводили.с использованием специально азработанной в нашей лаборатории автоматизированной системы зализа ультраструктуры клеток на базе ГОВМ типа IBM PC/AT.
