Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Роль электрических явлений в эндогенной системе регуляции морфо- и органогенеза растений 11
1.2. Общее представление о биоэлектрогенезе у высших растений 13
1.2.1. Механизмы биоэлектрогенеза у высших растений 13
1.2.2, Функциональное значение биоэлектрогенеза клеток высших растений 16
1.3. Морфологическая и электрическая полярность растений 19
1.3.1. Градиенты биоэлектрических потенциалов, их связь с метаболическими процессами 22
1.3.2. Факторы, влияющие на электрогенез высших растений 25
1.3.3. Электрофизические воздействия на растительные объекты 27
1.3.4. Применение методов электростимуляции для повышения морфогенетической активности культивируемых тканей в условиях in vitro 32
1.4. Некоторые физиологические аспекты действия электрофизических факторов стимуляции 34
1.4.1. Изменение С02 газообмена растений при действии электрофизических факторов 37
1.4.2. Электрофизиологические градиенты биоэлектрических потенциалов как показатели функциональной активности растений 38
Глава 2. Материалы и методы исследования 44
2.1. Объект исследования 44
2.2. Установка для создания постоянного электростатического поля и условия проведения опытов 47
2.3. Методика проведения культуральных работ in vitro и схема опытов .50
2.4. Внеклеточная (поверхностная) регистрация биоэлектрической активности 54
2.5. Определение СОг газообмена пробирочных растений 55
Глава 3. Результаты и обсуждение 57
3.1. Действие электростатических полей на рост и развитие растений картофеля на отдельных этапах культивирования in vitro 57
3.1.1. Влияние электростатических полей на этапе регенерации верхушечной меристемы растений картофеля 58
3.1.2. Влияние электростатических полей на этапе клоналыюго микроразмножения 62
3.1.3. Влияние электростатических полей при регуляции каллусогенеза 67
3.1.4. Влияние электростатических полей на процессы прямой регенерации (адвентивного побегообразования) на корневых и стеблевых эксплантах 72
3.1.5. Изучение последействия использования электростатических полей, как стимулирующего фактора на этапе клонального микроразмножения, на клубнеобразование картофеля в полевых условиях 83
3.2. СОг газообмен пробирочных растений при действии электростатических полей на изучаемых сортах картофеля 86
3.2.1. Действие электростатических полей разной направленности (полярности) на интенсивность фото синтетического и дыхательного газообмена 86
3.2.2. Особенности COi газообмена растений ряда сортов картофеля под действием электростатических полей разной направленности (полярности) 89
3.3. Градиенты биоэлектрических потенциалов пробирочных растений картофеля при действии электростатических 96
3.3.1. Особенности топографии градиентов биоэлектрических потенциалов растений картофеля при действии электростатических полей 96
3.3.2. Динамика изменения градиентов биоэлектрических потенциалов после действия электростатических полей 103
Заключение 109
Выводы 112
Список использованной литературы 114
Приложения 134
- Общее представление о биоэлектрогенезе у высших растений
- Некоторые физиологические аспекты действия электрофизических факторов стимуляции
- Установка для создания постоянного электростатического поля и условия проведения опытов
- Изучение последействия использования электростатических полей, как стимулирующего фактора на этапе клонального микроразмножения, на клубнеобразование картофеля в полевых условиях
Введение к работе
Защита семенного картофеля от вирусных и других болезней, а также сохранение репродуктивных свойств сортов обеспечивается системой безвирусного семеноводства картофеля /СБС/, конечная цель которой -снабжение хозяйств, производящих товарный картофель, безвирусным посадочным материалом.
Усовершенствование системы размножения оздоровленного посадочного материала, включающее несколько этапов, ряд из которых проводится в контролируемых условиях, ведёт к снижению потерь урожая от вирусной инфекции.
В связи с этим разработка эффективных приёмов, интенсифицирующих процессы клонального микроразмножения оздоровленного посадочного материала, которое из-за высоких затрат на энергоресурсы характеризуется высокой себестоимостью конечного продукта - оздоровленного посадочного материала, является главной задачей при переводе семеноводства картофеля на безвирусную основу.
Метод культивирования in vitro растительных клеток, тканей и органов в настоящее время всё шире используется для селекции, генетических и физиологических исследований/Бутенко, 1994;Мелик-Саркисов, 1995/.
Современное развитие биотехнологических методов вывело безвирусное семеноводство картофеля на уровень самостоятельной отрасли растениеводства. Одним из важнейших факторов для успешного широкомасштабного введения безвирусного картофелеводства в сельскохозяйственную практику является всестороннее изучение физиологии безвирусных растений с целью разработки научно-обоснованных приемов их возделывания.
Результаты научно-исследовательских работ кафедры физиологии
растений ТСХА в период 1985-1995 гг. /Каменская др., 1988, 1993; Третьяков,
Деменкоидр., 1994,1995; Шогеновидр., 1999/показали возможность активно
влиять на процессы морфогенеза ряда сельскохозяйственных культур
/картофель, кукуруза, ягодники/ путём воздействия на клеточную культуру и
растения регенеранты электрическими полями, пневматическим давлением и
вакуумом. Теоретический и практический интерес представляет использование
этих приёмов для улучшения процессов регенерации растений из культуры
клеток и тканей, или сомаклонов, полученных на основе генной инженерии, где
необходима быстрая регенерация с целью предотвращения нежелательной
генетической изменчивости и создания лучших условий для прохождения
отдельных этапов морфогенеза. ч
ьиьлионкл 1
Актуальность темы: Для разработки научных основ и внедрения в производство методов электростимуляции, также необходимы дальнейшие исследования самого механизма влияния электростатических полей на биологические объекты.
Существенным недостатком предыдущих работ по данной проблеме взаимодействия электрических полей с растениями являлись недостаточное внимание исследователей к вопросам С02 газообмена растений и недооценка биологической роли градиентов БЭП-в как интегральному показателю функциональной активности под действием электрофизических факторов.
Вместе с тем, эффект влияния тока на растительный организм носит сложный характер и зависит от множества факторов /Медведев, 1998/, вследствие чего полученные результаты носят зачастую противоречивый характер.
В литературе не нашли отражение конкретные рекомендации по выбору оптимальных параметров воздействия, не обоснованны их временные характеристики и онтогенетические аспекты. Также недостаточно сведений о закономерностях действия тока на интактные растения в оптимальных условиях среды и возможностях его использования для стимуляции процессов роста и развития в условиях in vitro.
Цель и задачи: Целью нашей работы являлось исследование вопросов взаимодействия электрических полей и растения, изучение ответных реакций растительного организма, вьюснение физиологических механизмов эффекта электростимуляции растений в зависимости, от характера электрического поля и от особенностей объекта его воздействия.
В практическом плане важное значение имело определение режимов обработки электростатическим полем растений картофеля при регенерации меристем и росте черенков при их клональном микроразмножении для улучшения морфогенеза растений, что в конечном итоге должно обеспечить более высокий коэффициент размножения.
В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:
Изучить действие электростатических полей разной направленности и разных уровней напряженности на отдельных этапах биотехнологического цикла культивирования растений картофеля в условиях in vitro.
Изучить влияние электростатических полей на морфофизиологические характеристики пробирочных растений (интенсивность видимого фотосинтеза и темнового дыхания, особенности баланса С02 , некоторые биометрические показатели).
Изучить влияние электростатических полей на топографию градиентов БЭП и динамику изменения БЭП после снятия воздействия.
4. Провести полевую оценку растений, которые на этапе клонального микроразмножения подвергались воздействию электростатических полей. Научная новизна и практическая значимость: В настоящей работе
впервые проведены комплексные исследования по применению электростатического поля на отдельных этапах культивирования растений картофеля в условиях in vitro, таких как приживаемость меристем и выход регенерантов, клональное микроразмножение, регуляция каллусогенеза, адвентивного побегообразования на разных типах эксплантов.
Выявлено стимулирующее действие отдельных уровней и направленностей электростатического поля на ряд физиологических процессов: рост и развитие, регенерационные процессы, интенсивность видимого фотосинтеза и темнового дыхания, топографию градиентов БЭП на пробирочных растениях и динамику изменения БЭП после снятия воздействия.
В полевых условиях изучено последействие обработки электростатическим полем растений картофеля на этапе микроразмножения.
Показана высокая воспроизводимость результатов по изучению СС2 газообмена и градиентов БЭП и выявлена корреляция данных показателей при действии электростатических полей разной направленности.
Для регистрации С02 газообмена применен методический подход позволяющий сохранить целостность пробирочного растения картофеля.
Результаты работы позволяют предложить эффективный способ управления ростом, морфогенезом и регенерационными процессами при помощи постоянного электростатического поля. Полученные данные могут быть использованы на изученных этапах культивирования растений картофеля в условиях in vitro, и включены в технологический процесс в системе безвирусного семеноводства картофеля, а также и на других объектах, культивируемых в условиях in vitro, которые трудно переходят к органогенезу, и где стимулирующий эффект действия электростатического поля может превысить соответствующие показатели у картофеля.
Апробация работы: Материал, изложенный в диссертации, был доложен на конференции молодых ученых МСХА /2002, 2003/, на V съезде Всероссийского Общества Физиологов России /Пенза, 2003/, на IV молодежной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии» /Москва, 2004/, отчеты по теме исследований ежегодно заслушивались на научно-методических заседаниях кафедры физиологии растений ТСХА /2002-2004/.
Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, заключения, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа
изложена на 140 страницах машинописного текста, включает 12 таблиц и 19 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 208 наименований, в том числе 81 иностранных авторов.
Публикации: Основные результаты исследований, обобщенные в диссертации, опубликованы в 6 печатных работах, 2 работы находятся в печати.
Общее представление о биоэлектрогенезе у высших растений
Первые доказательства существования электричества в растительных тканях были получены в середине XIX века немецким физиологом Дюбуа- Раймоном /по Оганезову, 1984/. С тех пор изучению «растительного электричества» уделяется большое внимание. Биоэлектрогенез клеток является универсальным свойством всех живых клеток, в том числе и высших растений. Само возникновение биоэлектрических потенциалов, прежде всего, связано с наличием в клетках избирательно проницаемых для ионов мембранных структур. Также растительная клетка обладает сложной системой мембранных структур, каждая из которых обладает определенными электрическими свойствами. В связи с тем, что целлюлозная клеточная стенка, плазмалемма и тонопласт вплотную прилегают друг к другу её рассматривают как единую при микроэлектродной регистрации мембранного потенциала /Опритов, Ретивин, 1986/. И по существу, именно величина потенциала плазмалеммы определяет в решающей степени величину измеряемого с помощью микроэлектродной техники Ет интактных клеток высших растений /Goldsmith, Goldsmith, 1978; Bates et al., 1982; Опритов и др., 1991/. Потенциал покоя - Измерения потенциала покоя делаются в основном на гигантских клетках харовых водорослей, клетках корней и корневых волосков, листьев и проводящих тканей и представляет собой стационарную разность электрических потенциалов, регистрируемых между внутренней и наружной поверхностями плазматической мембраны невозбужденных клеток. Ее представляют уравнением Гольдмана /Bentrup, 1979; Медведев, 1998/: Где /{-универсальная газовая постоянная, Г-абсолютная температура, F-число Фарадея, Рх -проницаемость мембран для соответствующего иона, [Xjm и [X]out -концентрация ионов внутри и снаружи клетки. Но, так как для растения Рк намного коэффициентов проницаемости других ионов через плазмалемму, то Ет в основном определяется распределением именно 1С по обе стороны плазмалеммы по уравнению Нернста для 1С /Bentrup, 1985; Опритов и др., 1991; Maathuis et al., 1997; Медведев, 1998/. О решающей роли Ек+ свидетельствует тот факт, что концентрация 1С в цитоплазме в меньшей степени, чем других ионов зависит от условий эксперимента. При изменении внеклеточной концентрации 1С от 3 до 100 мМ внутриклеточная концентрация существенно не менялась, её величина обычно составляет от 80 до 200 мМ /Опритов и др., 1991; Maathuis et al., 1997/, и на сегодняшний день 1С ионные каналы плазмалеммы клеток являются наиболее изученными. Мембранный потенциал растительной клетки состоит из двух компонентов: 1.
Диффузионного потенциала /EJ- который возникает при пассивном диффузионном перераспределении ионов /Na+, fC, СГ/ на мембране за счёт ранее сформированных ионных градиентов, и составляет от —70 до —90 мВ. 2. Оставшуюся часть, 60-70% от общего значения потенциала покоя, составляет метаболическая компонента /EJ, связанная с функционированием электрогенных транспортных систем. Основной вклад в создание этой активной компоненты мембранного потенциала растительных организмов составляют не Na+, fC-АТФ-азы, а 1Ґ -насос или помпа. Её основу составляет fC-АТФ-аза, которая транспортирует УҐ из клетки наружу за счёт энергии гидролиза АТФ /Калинин и др., 1979аб, 1982; Serrano, 1989; Briskin, 1990; Michelet, Boutry, 1995/. Также метаболическая компонента Em обеспечивает высокую степень энергизации плазматических мембран и осуществляет стабилизацию электрического потенциала на мембране /Орлова и др., 1997/. Мембранный потенциал клеток корня и стебля составляет от -100 до -200 мВ, который в 1,5-2 раза выше, чем в клетках животного происхождения. Максимальные значения были отмечены у клеток эгерии, ряски и элодеи - до -260 мВ /Bentrup, 1985; Опритов и др., 1991/. Эти различия объясняются тем, что растения, по сравнению с высшими животными, больше подвержены неблагоприятным условиям внешней среды и обладают менее совершенными механизмами управления. Если у высших животных функции биоэлектрогенеза для большей надёжности процессов связанных с ними /мышечные сокращения, нервный импульс и др./ эволюционировали в направлении уменьшения связи с метаболизмом, то у растений биоэлектрогенез, играющий значительную управляющую роль, более сцеплен с метаболизмом. Именно большой вклад метаболической компоненты ТТЛ, обеспечивает высокие значения 1111, и их автостабилизацию. Это является отличительной особенностью высших растений /Опритов, 1998/. Функциональная значимость электрогенеза у высших растений является весьма многогранным. Среди них выделяют /Опритов, 2001/: - энергетическую роль потенциалов покоя - т.е. энергия мембранного потенциала используется на совершение мембранзависимых процессов, таких, например, как транспорт ионов через каналы. Так, на модельных и изолированных биологических (в том числе и растительных) мембранах четко показано наличие регулирующего влияния Ет на первичный и вторичный активный транспорт веществ /Опритов др., 1991; Калинин и др., 1991; Buchout, 1994; Орлова, Швец, 1986/.
Некоторые физиологические аспекты действия электрофизических факторов стимуляции
В 30-х годах Ф.Вентом была выдвинута гипотеза о возможной роли градиента электрической полярности в передвижении метаболитов по растению, т.е. по типу электрофореза /Went, 1932/. Данные ряда, исследователей могли быть объяснены с позиций этой теории. Так, в опыгах В.А.Опритова /1964, 1991/ было установлено, что при шунтировании участка стебля растений, приводившего к снижению градиенте БЭП снижалась скорость передвижения ассимилятов и минеральных элементов. На возможное участие градиентов РП в процессах перемещения воды и метаболитов по растению указывают и данные других исследователей /Тараканова и др., 1983; Каменская и др., 1988; Медведев и др., 1992/.
Искусственное увеличение нативных электрических градиентов в растительных тканях путем наложения внешнего электрического поля определенной полярности приводило к усилению поглотительной деятельности растений. Так, в работах Бризеля с сотрудниками /Breazeal, MacGeorge, 1953,1955а, 6/ было показано, что при контакте отрицательного электрода с надземной частью растения томата усиливалось поглощение катионов корнями. При смене знака полярности поступление катионов в опытные и контрольные растения было практически одинаково. Это позволило авторам высказать предположение о возможности электрофоретического поступления катионов в растения. Усиление ростовых процессов и поглощения ионов калия, кальция, фосфора при контакте отрицательного электрода с надземной частью растения наблюдали в своих опытах Блэк с сотрудниками /Black et al., 1971/.
Об усилении обменных процессов при помещении растений в условия искусственного электрического поля свидетельствуют данные ряда исследователей /Мелещенко, Лялин, 1965; Журбицкий, 1972; Вележинская, 1982; Махнев, 1984; Кусакина, 1985; Saxena, Gypta, 1987/.
Установлено, что у растений в неблагоприятных условиях происходит снижение электрической полярности. Восстановление нативных градиентов разности потенциалов при наложении внешнего электрического поля приводит к возрастанию обменных процессов у растений /Poison, Van der Merve, 1983; Каменская, Шогенов, 1988/.
Вполне вероятно, что изменение аксиальных градиентов биоэлектрических потенциалов растений может оказывать влияние не только на транспорт минеральных, но и органических соединений Сахаров, аминокислот, эндогенных фитогормонов. Последние представляют особый интерес, поскольку выполняют регуляторную функцию в процессах жизнедеятельности растений. Еще в 1932 г. Вент /Went, 1932/ высказал предположение о том, что именно перемещение фитогормонов из мест их синтеза к зонам роста может быть связано с электрическим зарядом растительных тканей. Это было в дальнейшем подтверждено Н.Г. Холодным /1956/, показавшим передвижение ауксина в электрическом поле в сторону положительно заряженных участков растительных тканей. Позднее /Newmen, 1963; Hertel, Flory, 1968/ было установлено, что ИУК индуцирует медленные колебания продольной разности биопотенциалов при помещении агарового кубика с ИУК на апикальную часть отрезков колеоптилей овса. При этом обработанный ауксином участок приобретал положительный заряд по отношению к необработанному. На основании полученных данных Ньюменом было высказано предположение, что эта электрофизиологическая реакция связана с транспортом ИУК в базипетальном направлении. Более детальное изучение, проведенное В. В. Полевым с сотрудниками /1968, 1974, 1977, 1989, 1991/ привело авторов к выводу о том, что индуцируемая ауксином электропозитивация тканей связана не столько с транспортом, сколько с механизмом действия ауксина. В настоящее время накоплен большой фактический материал, свидетельствующий о том, что фитогормоны играют значительную роль в изменении биоэлектрической активности и, соответственно, ионного обмена клетки /Гунар и др., 1974; Etherton, 1978; Cleland et al., 1977; Казарян и др., 1986; Полевой, 1991; Pickard, 1993; Ценцевицкий и др., 1985; Кулаева, 1985/. Имеются данные, указывающие на гормонзависимые изменения структуры клеточных мембран /Helgerson, 1976; Молотковский, 1985/.
Показано, что под действием гибберелловой и абсцизовой кислот уменьшается вязкость протоплазмы. При этом было высказано предположение о том, что возникающая под действием фитогормонов электрическая поляризации может способствовать латеральному перемещению функционально активных мембранных белков /Гродзинский, 1984; Молотковский, 1985; Шевцов, Шишова, 1988/. По современным представлениям, транспорт ассимилятов на дальние (по флоэме), ближние (трансмембранный перенос) и средние (межклеточные) расстояния сопряжен с энергетическими затратами. Доказано, что перенос Сахаров осуществляется против их концентрационного градиента в котранспорте с протоном (Н ), Первые экспериментальные данные о сопряжении транспорта Сахаров с РҐ были получены в 1973 году Коморо /FComor, 1973/ на клетках хлореллы, а в последующем и на других растительных объектах: корневых клетках кукурузы /Colombo et al., 1978/, томата /Chin et aL, 1984/, семядолях клещевины /Komor, 1977; Baker, 1978/.
Установлено, что трансмембранный перенос аминокислот сопряжен с протонным котранспортом /Cheung, Nobel, 1973; Etherton, Rubinstein, 1978; Guy, Reinchhold, 1978; Luttge, Jung, 1981/. Доказательством энергозависимости транспорта аминокислот через мембраны являются данные ряда авторов, показавших одновременное снижение транспорта аминокислот и мембранного потенциала при добавлении в среду ингибиторов энергетического метаболизма /Cheung, Nobel, 1973; Etherton, 1982/.
Изменение состояния мембранных систем растительного организма и связанные с ним перестройки обмена веществ также вызывают изменение скорости и направленности окислительно-восстановительных процессов на уровне клетки и отдельных органов; мембранные системы могут переходить в новое стационарное состояние (де-, гиперполяризация). Это, в свою очередь, приводит к соответствующим изменениям мембранной разности потенциалов /Мельников и др., 1974, 1976; Воробьев, 1979/, а также изменению разности потенциалов между отдельными участками растения /Синюхин, Выскребенцева, 1967; Смирнова и др., 1968; Новак, Иванкина, 1976; Усманов, 1979; Тараканова и др., 1983; Петрушенко, 1985/.
Установка для создания постоянного электростатического поля и условия проведения опытов
Исследования проводили в лаборатории физиологии растений Тимирязевской сельскохозяйственной академии и в лаборатории безвирусных культур ВНИИСБ РАСХН. Как апикальные меристемы, так и микрочеренки культивировали в камере "фитотрон" при факторостатных условиях. Температура культивирования в камере "фитотрон" составляла 22+2 С, освещенность на уровне растений 5 клк, продолжительность светового дня-16 часов. Электростатическое поле создавали генератором высокого напряжения В-524, размещенного вне камеры и питающегося от сети переменного напряжения 220 вольт, один высоковольтный полюс которого соединялся с токопроводящей пластиной, на которой устанавливаются штативы с пробирками. Другой полюс источника тока был соединен с металлической сеткой 2x2 мм, расположенной над нижней пластиной на высоте 25-30 см. Напряженность электростатического поля между пластинами зависит от напряженния /U/ подаваемого на пластины установки в кВ-х и расстоянием /// между пластинами /рис.3/. Величину напряжения IUI можно выбрать по таблице 1 и, затем, для заданной напряженности IEI определось необходимое расстояние /// между пластинами. Таб. 1. Напряженность IEI электростатического поля между пластинами установки в кВ/м в зависимости от напряжения ///, подаваемого на пластины установки в кВ и расстояния /// в м. Все культуральные работы проводились по методике, описанной Р.Г.Бутенко /1964/, Ф.Л.Калининым и др. /1980/. Посуда стерилизовалась сухим жаром в сушильном шкафу типа 2В-151 при температуре 180С в течение 2,5 часов. Вода, вата, ватно-марлевые пробки и бумага стерилизовалась влажным жаром в горизонтальном автоклаве типа ГК-100-2 при давлении 2атм. (130ftC) в течение 30 минут. Питательные среды также автоклавировались при давлении 0,75-1 атм. (115С) в течение 20 минут.
Инструменты предварительно стерилизовались в сушильном шкафу при температуре 140 С в течение 2-х часов. Непосредственно перед работой в ламинарном боксе проводилась повторная стерилизация инструментов 96%-м этиловым спиртом и обжигали каждый их них в пламени спиртовки. а. Апикальные меристемы в стерильных условиях изолировали из этиолированных проростков под бинокулярной лупой МБС-2. Размер экспланта (250+50 мк) определяли с помощью окуляр-микрометра. Изолированные меристемы помещали в пробирку на среду Мурасиге-Скуга /Murashige, Skoog, 1962, в приложении 2/ с добавлением витаминов по Бутенко, сахарозы-20 г/л, агара-8 г/л. Для индуцирования регенерации меристем использовали гибберелловую кислоту и кинетин в концентрации 2 и 1мг/л, соответственно. б. Для микрочеренкования использовали пробирочные растения с 8-10 листочками. Для различных этапов опыта использовали несколько типов черенков (апикальные, медиальные и базальные). При культивировании черенков in vitro в качестве индуктора корнеобразования использовали Р-индолилмасляную кислоту в концентрации 0,1 мг/л. Вышеописанные биотехнологические методы разработаны и рекомендованы к производству безвирусного семенного картофеля лабораторией безвирусных культур ВНИИСБ /Мелик-Саркисов и др., 1985/. в. Каллусогенез - для получения каллусной ткани использовали стеблевые и листовые экспланты стерильных растений картофеля сортов: Удача и Шийр-6. Культуральная среда содержала гормоны зеатин, кинетин и 2,4-Д в концентрации 0,05, 0,2 и 3 мг/л соответственно, гидролизат казеина, мезоинозит и некоторые аминокислоты. Полученный каллус 3-4 кратно пассировали на свежую культуральную среду. Определение прироста сырой биомассы каллусной ткани проводили стандартным методом /Бутенко, 1964/. Для этого брали примерно равные кусочки каллуса с исходной массой 100-150 мг, проводили стерильное взвешивание на аналитических весах. Повторное взвешивание проводили в конце опыта (обычно на 30-Й день). Прирост сырой массы ткани определяли по формуле
Изучение последействия использования электростатических полей, как стимулирующего фактора на этапе клонального микроразмножения, на клубнеобразование картофеля в полевых условиях
Для полевой оценки использовали растения картофеля, принадлежащие к сортам разной спелости и возделываемых в разных экологических условиях. В ходе полевого опыта в 2002 году использовались растения картофеля сорта Конкорд из опыта по стимулированию роста микрочеренков растений картофеля воздействием электростатических полей напряжённостью +10 (конт),+20и+30кВ/м. Пробирочные растения пересаживали на гидропонику. Состав питательной среды: 15 гр удобрительной смеси Кемиры гидро и 10 гр Са(ИОз)2, рН среды 6,5. Смену раствора производили через 6 суток. При доращивании на гидропонной установке растения картофеля значительно лучше переносили адаптацию к условиям in vivo. Наблюдались ускоренный рост корневой системы и надземной массы растений. Через две недели растения пересаживали в полевые условия на участок овощной опытной станции им. В.И.Эдельштейна. Процент прижившихся растений составил 68 %. Анализ морфологических и биометрических исследований при изучении ответной реакции растений картофеля на действие ЭСП показало, что число и размеры некоторых морфологических структур обусловлены потенциальной продуктивной способностью сорта. Наряду с этим, наблюдалось достоверное превышение по нескольким показателям у растений, подвергшихся воздействию ЭСП разного уровня напряженности и полярности. Результаты, проведённых экспериментов представлены в таб. 10. Количество стеблевых побегов в варианте с обработкой электростатическим полем напряжённостью +20 кВ/м превышало контроль на 13,4%, соответственно сырая масса ботвы - на 26,1%. Количество миниклубней, также их общая масса была выше в варианте Е=+20 кВ/м и были соответственно на 13,8 и 19,4% выше контроля. Средняя масса миниклубней, диаметр и соответственно количество глазков приходящихся на 1 миниклубень были выше в варианте Е=+10 кВ/м и составляли соответственно 55,4, 20 и 8,5% выше контроля. По всем вариантам получены нормально развитые растения. В полевом опыте в 2003 году использовались растения картофеля двух сортов Удача и Романо, которые на этапе микрочеренкования подверглись воздействию электростатических полей напряжённостью +10, -10 кВ/м и растения контрольного варианта.
Пересадка и адаптация к условиям in vivo проводились по той же методике, что применялась в 2002 г. Процент прижившихся растений составил 100%. Результаты данной серии опытов, приведены в табл. 11. В данной серии опытов растения картофеля сорта Удача, которые на этапе микрочеренкования подверглись воздействию ЭСП Е=+10 кВУм, образовали большее количество стеблей, отмечен больший прирост биомассы ботвы и, хотя общая масса клубней была меньше, чем у контрольных растений, но при этом средняя масса одного клубня превосходит другие варианты. Эти же показатели у растений, обработанных ЭСП Е=-10 кВ/м были ненамного выше контрольного варианта. У растений картофеля сорта Романо после воздействия ЭСП Е=-Н0 кВ/м также все основные биометрические показатели такие как высота куста, количество стеблей в кусте и общая биомасса ботвы существенно превышали соответствующие показатели растений контрольного варианта. Но здесь надо отметить то, что увеличение клубнеобразования у данного сорта произошло не за счет увеличения массы одного клубня а за счет увеличения количества клубней. Отмеченное опережение в развитии опытных растений в начальный период их роста обеспечивает на протяжении всего онтогенеза ускоренное прохождение последующих фенологических фаз.
Полевые испытания подтвердили положительный эффект действия электростатического поля на биометрические показатели и продуктивность растений сортов Конкорд, Удача и Шийр-6, полученных методом меристемной культуры. Фотосинтетическая функция растений обеспечивается большим количеством самых разнообразных процессов и реакций, включая диффузию С02 и 02, образование и передача энергии возбуждения, окислительно- восстановительные реакции, фотоиндуцированное изменение рН и образование трансмембранного электрического потенциала, поток электронов по системам переносчиков, фотосинтетическое фосфорилирование, фиксация 0( и образование промежуточных и конечных продуктов восстановления СС 2, отток ассимилянтов и т.д. Таким образом, оценивая сложность фотосинтетической функции нельзя не прийти к выводу о множественности путей её регуляции, которая и обеспечивает тонкую настроенность фотосинтетического аппарата на конкретные условия существования растений и переход к новому режиму работы при их изменении/Ничипорович, 1982/. Регуляция фотосинтеза осуществляется на различных уровнях организации, начиная от тилакоидов и кончая целым растением и фитоценозом, причем более простые регуляторные механизмы подчинены более сложным, характерным для высших уровней организации. Растение в целом может регулировать фотосинтетическую функцию с помощью трех основных механизмов: гормонального, электрического и концентрационного (путем изменения уровня концентрации транспортных продуктов фотосинтеза за счет их потребления в нефотосинтезирующих или слабо фотосинтезирующих органах).
