Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Литературный обзор 9
1.1. Явление полегания растений: физиолого биохимическая трактовка и способы преодоления 9
1.2. Этиленпродуцент 2-хлорэтилфосфоновая кислота как физиологически активное соединение и его применение для регуляции роста растений 16
1.2.1. Физиологическая роль этилена в жизни растений 16
1.2.2. Действие этиленпродуцентов на процессы роста и развития растений 19
1.3. Гиацинт: ботаническая характеристика и биологические особенности 27
1.3.1. Ботаническая характеристика объекта 27
1.3.2. Особенности годичного цикла развития растений 28
1.3.3. Физиолого-биохимические особенности гиацинта 32
1.3.3.1. Углеводный статус растений гиацинта 32
1.3.3.2. Роль фитогормонов в регуляции роста органов гиацинта 33
1.4. Полегание цветоносов при культивировании гиацинта в закрытом грунте 35
Глава II. Условия проведения опытов, объекты и методы исследований 36
II.1. Объекты исследований 36
II.2. Условия проведения экспериментов. 37
II.3. Методы исследования 44
Глава III. Этиленпродуцент как фактор повышения устойчивости к полеганию растений гиацинта (результаты и обсуждение) 52
III. 1. Действие 2-ХЭФК настелень полегания цветоносов 52
111.2. Особенности роста и формирования растений гиацинта под действием 2-ХЭФК 63
111.3. Действие 2-ХЭФК на анатомическое строение цветоносов 78
111.4. Изменение содержания фотосинтетических пигментов при действии 2-ХЭФК 87
III.5.Изменения динамики содержания углеводов под действием 2-ХЭФК 90
111.6. Динамика содержания эндогенных фитогормонов под действием обработки 2-ХЭФК 96
111.7. Динамика содержания хлорогеновой кислоты под действием 2-ХЭФК 106
Заключение 110
Выводы 111
Литература 118
Приложения 139
- Действие этиленпродуцентов на процессы роста и развития растений
- Действие 2-ХЭФК настелень полегания цветоносов
- Действие 2-ХЭФК на анатомическое строение цветоносов
- Динамика содержания эндогенных фитогормонов под действием обработки 2-ХЭФК
Введение к работе
Актуальность проблемы
Проблема полегания растений привлекает внимание физиологов растений в течение многих десятилетий. Работами отечественных и зарубежных исследователей показано, что биомеханические свойства надземной части растения и. в первую очередь, стебля определяются многими внутренними и внешними факторами. Решение задачи повышения устойчивости к полеганию в каждом случае зависит от видовых и сортовых особенностей растения Большое значение придается использованию регуляторов роста при формировании растений с высокой вертикальной устойчивостью. Среди ботанических объектов, привлекающих внимание исследователей в указанном контексте, декоративные растения занимают особое место. Гиацинт отличается высокими декоративными качествами и является ценным луковичным растением для выгонки, и, в то же время это мало изученный в физиологическом плане объект. Культура гиацинтов в защищенном грунте (выгонка) в зимне-весенний период осложнена явлением, получившим название полегание цветоноса. Аномальный морфогенез побегов приводит к потере декоративного вида растений и экономическому ущербу. Большинство сортов, обладающих высокими декоративными качествами и используемых для промышленной выгонки, подвержены полеганию. Для предотвращения полегания цветоноса рекомендовано использование 2-ХЭФК. В то же время, физиологические особенности действия 2-ХЭФК на растения гиацинта изучены недостаточно
Цели и задачи исследования. Цель работы - изучение физиологических факторов, обусловливающих повышение устойчивости растений гиацинта к полеганию при действии этиленпродуцента 2-ХЭФК. Для её достижения были поставлены следующие задачи:
1. Оценить возможности повышения устойчивости к полеганию цветоносов с помощью 2-ХЭФК; .2. Изучить особенности роста, биометрических характеристик и декоративных качеств растений под действием 2-ХЭФК в различных концентрациях;
3. Исследовать изменения анатомического строения цветоносов при дей
ствии 2-ХЭФК; ( *
фонд научно^ литерат) N
ЦНБМСХА . научно^ литературы
4 Изучить изменения под действием 2-ХЭФК характеристик некоторых физиологических звеньев метаболизма, способных предопределять свойства устойчивости к полеганию
а) содержание и соотношение фотосинтетических пигментов в листьях,
б) содержание растворимых углеводов в органах,
в) содержание эндогенных фитогормонов (цитокининов и абсцизовой ки
слоты) в цветоносах,
д) содержание хлорогеновой кислоты в органах растения
Научная новизна. Впервые выполнено комплексное изучение действия этиленпродуцента 2-ХЭФК на растения гиацинта (при культивировании в защищенном грунте на выгонку) с оценкой его отзывчивости по биометрическим параметрам, анатомическим и физиолого-биохимическим свойствам Выявлена сортовая специфика вызванного этиленпродуцентом морфогенетического эффекта, воплощенного в компактном, неполегающем цветоносе с высокими декоративными качествами Видовая специфика реакции этого ботанического объекта на экзогенный этилен, обусловленная исключительно высокой интенсивностью органогенеза после перевода растений в условия оранжереи, выражается в тесной зависимости морфогенетического эффекта от динамики абиотических факторов и, как следствие, от условий культивирования Повышение устойчивости цветоносов к полеганию предопределено изменениями в протекании физиолого-биохимических процессов, прямо или косвенно детерминирующих анатомическую и пространственную структуру цветоносов
Практическая значимость. Показана возможность использования препарата этиленпродуцента 2-ХЭФК в качестве эффективного средства повышения устойчивости растений гиацинта к полеганию при культивировании в защищенном грунте (на выгонку) Установленное уменьшение полегания при действии 2-ХЭФК в низких концентрациях может служить основой для экономного применения препарата и предупреждения возможных отрицательных последствий использования 2-ХЭФК в больших концентрациях
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на VI Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях» (Москва, 2001), Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, МГУ им М В Ломоносова, 2002), Международной научной конференции «Ботанические сады состояние и перспективы сохранения, изучения, использования биоло-
гического разнообразия растительного мира» (Минск, 2002), расширенных научных семинарах Лаборатории физиологии и биохимии растений ГБС РАН (2000 г., 2001 г. и 2002 г.).
Личный вклад соискателя. Все результаты экспериментальных работ
и выполненных опытов по культивированию и регуляции роста растений по
лучены автором самостоятельно. ,
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в т.ч. 2 статьи в отечественных рецензируемых научных журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, изложения полученных результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц, 22 рисунка; библиография содержит 189 названий, в т.ч. 137 на иностранных языках.
Действие этиленпродуцентов на процессы роста и развития растений
Действие этиленпродуцентов было изучено на примере многих видов растений (Романовская и др., 1989) и в результате большой серии работ установлено, что эти соединения способны вызывать значительные физиолого-биохимические изменения в тканях растения. 2-хлорэтилфосфоновая кислота (2-ХЭФК) была впервые синтезирована М.И. Кабачником и П.А. Российской (Кабачник, Российская, 1946а; 19466). Было установлено, что в водной среде 2-ХЭФК распадается с выделением этилена, ионов хлора и фосфата (Maynard, Swan, 1963). Изучение биологической активности 2-ХЭФК как регулятора роста растений было начато в работах 60-х годов (Warner, Leopold 1967; 1969). Уорнером и Леопольдом было показано, что в эпикотилях гороха и листьях Bryophyllum 2-ХЭФК разлагается с выделением этилена. В дальнейшем, экспериментальным путем было доказано, что препараты на основе 2-ХЭФК вызывают те же физиологические эффекты, что и этилен: задержка роста, ускорение цветения, созревания, старения и опадения различных органов, регуляция пола цветков и многие другие (Романовская и др., 1989). Физиологическое действие этиленвыделяющих препаратов связано с тем, что они, проникнув в растение, постоянно освобождают от себя этилен и одновременно активируют биосинтез этого фитогормона (Ракитин, Ракитин, 1979).
2-ХЭФК и ее препараты, применяемые путем опрыскивания растений, легко проникают через покровные ткани растений, но эти соединения поглощаются не полностью, длительное время могут находиться на поверхности отработанных растений и смываться водой. Поступившая в ткани 2-ХЭФК транспортируется по растению акропетально и базипетально, причем ее преимущественное передвижение осуществляется, по-видимому, в соответствии с донорно-акцепторными отношениями между органами, складывающимися в зависимости от фазы роста и развития растений (Романовская и др., 1989). Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что разложение 2-ХЭФК происходит сразу же после ее поступления в ткань растений (Edgerton and Hatch, 1972; Kwong and Lagerstedt, 1977; Lavee and Martin, 1981a). Установлено, что препарат довольно быстро распадается в растениях. Так, в течение первых суток после нанесения на листья препарата, меченого С , исчезало 92% радиоактивности, а через 4 дня в листьях было обнаружено всего 5% дозы препарата (Domir, 1978). Интенсивность выделения этилена растениями при действии 2-ХЭФК находится в прямой зависимости от применяемой концентрации (Ракитин и Ракитин, 1979; Lavee and Martin, 1981а, 19816). Кроме того, интенсивность разложения 2-ХЭФК возрастает с увеличением температуры (Longheed and Franklin, 1972; Biddle et al., 1976; Olien and Bukovac, 1978; Ракитин и Ракитин, 1979) и рН (Warner and Leopold, 1969; Biddle et al., 1976; Mudge and Swanson, 1978; Ракитин и Ракитин, 1979; Крейцберг и др., 1984). Зависимость скорости разложения 2-ХЭФК и выделения этилена от температуры необходимо учитывать при практическом применении препарата, поскольку эта зависимость в значительной мере определяет эффективность действия 2-хлорэтилфосфоновой кислоты на растения. В связи с этим, дозы препаратов ХЭФК для каждой культуры должны быть дифференцированы в зависимости от конкретных погодных условий в момент применения (Романовская и др., 1989).
Имеется большое количество экспериментальных данных об угнетении роста стеблей ряда зерновых культур - пшеницы, ячменя, кукурузы (Деева, 1980). У проростков фасоли через неделю после опрыскивания 0,025% и 0.1%-ным раствором 2-хлорэтилфосфоновой кислоты наблюдали увеличение толщины стебля и уменьшение его длины. При концентрации более 0,025% этрел вызывал увеличение диаметра клеток проводящих сосудов, при этом клетки эпидермиса и коры не затрагивались (Poovaiah, 1974). Установлено, что этрел вызывал уменьшение размера листа у Роа pratensis, подавление деления эпидермальных клеток, уменьшение отношений длины пластинки к длине влагалища листа и длины листа к его ширине (Van Andel, 1973).
Одна из функций этилена - участие в регуляции процессов старения, этот фитогормон усиливает распад хлорофилла. Обработка этиленом листьев, плодов и стеблей приводит к снижению содержания хлорофилла (Mack, 1927; Steffens et al., 1970; Phan and Hsu, 1975; El-Beltagy et al., 1976; Nilsen and Hodges, 1983; Abeles, 1987; Hall and Horton, 1994). Choe и Whang (1986) показали, что в изолированных хлоропластах под действием этефона уменьшается концентрация хлорофилла. В то же время действие этиленпродуцирующих веществ на содержание фотосинтетических пигментов неоднозначно. Так, есть немало данных об увеличении содержания хлорофилла в растениях под действием этиленпродуцирующих препаратов (Рункова, 1980; Рункова, Сафина, 1988; Kasele et al., 1995). В работе Б.А.Курчия (1985) установлено, что под влиянием дигидрела происходило значительное снижение количества хлорофиллов у обработанных растений озимой ржи в первой половине вегетации, тогда как во второй их содержание увеличивалось. Pettigrew et al. (1993) не выявили существенных изменений по этому показателю в листьях хлопчатника при опрыскивании этефоном. Известно, что 2-ХЭФК вызывает изменения в углеводном статусе растений (Деева, 1980). Так, в соломине тритикале увеличивалось содержание редуцирующих Сахаров при обработке флордимексом Т (Mikos-Bielak , 1993). Этефон вызывал увеличение концентрации растворимых углеводов в тканях стебля озимой пшеницы (Knapp et al., 1987). В литературе имеются сведения о повышении уровня растворимых углеводов в листьях растений под действием этиленпродуцентов (Woodrow et al., 1987, Singh et al., 1999). Экзогенный этилен вызывал десятикратное увеличение содержания сахарозы в лепестках срезанных растений роз (Lukaszewska, 1982 цит. по Lukaszewska and Gorin, 1988), повышение количества сахарозы в лепестках гвоздики (Nichols, 1976).
Действие 2-ХЭФК настелень полегания цветоносов
В результате проведенных исследований установлено, что в изучаемый период выгонки 2-ХЭФК способствовала повышению устойчивости к полеганию цветоноса растений как сорта Carnegie, так и сорта Jan Bos. При этом четко проявилась сортовая реакция растений, что, по всей вероятности, связано с генетически детерминированной различной устойчивостью сортов к полеганию (рис. III. 1.1 - III. 1.8).
В 1999-2000 гг. для сорта Carnegie (опыт 1) в фазу массового цветения количество полегших растений в контрольном варианте составило 57 %, уменьшение степени полегания отмечено уже в диапазоне концентраций 0,1-0,3 мл/л, но наиболее эффективными оказались концентрации 0,5-0,8 мл/л (рис III. 1.9.). В опыте была выявлена следующая тенденция - с увеличением концентрации от 0,1 мл/л до 0,5 мл/л степень полегания уменьшалась.
Сорт Jan Bos характеризовался 100% полеганием контрольных растений, а также при использовании концентрации 0,3 мл/л; некоторое уменьшение отмечено при действии концентрации 0,5 мл/л и только при концентрации препарата ХЭФК 0,7 мл/л достигалось значительное снижение степени полегания (рис III. 1.10). В 2000-2001 гг. выявлена аналогичная тенденция. Но процесс полегания протекал более интенсивно. Так, контрольный вариант сорта Carnegie в фазу цветения характеризовался 100%-ным полеганием в опытах 4, 75%-ным - в опыте 3. В то же время, как и в опытах предыдущего года, сорт Carnegie характеризовался большей чувствительностью к 2-ХЭФК, чем сорт Jan Bos.
Для сорта Jan Bos в опыте 4 существенное уменьшение степени полегания по сравнению с контрольным вариантом проявилось только при концентрациях 2,0-3,0 мл/л (рис. III. 1.12), тогда как, у сорта Carnegie (опыт 3) полегание уменьшалось уже при использовании концентраций 0,5-1,0 мл/л (рис. III. 1.11). Количество растений, подверженных полеганию цветоноса у сорта Carnegie в опыте 5 составил 5-19%, по сравнению со 100% в контрольном варианте, причем уже при действии ХЭФК в концентрации 0,5 мл/л достигалось существенное уменьшение степени полегания (рис. III. 1.13). Нами не было выявлено тенденции к уменьшению степени полегания с увеличением концентрации препарата в этих опытах.
Таким образом, установлено, что в изучаемый период выгонки уменьшение степени полегания цветоносов растений сорта Carnegie обеспечивалось при обработке растений препаратом в концентрации 0,5 мл/л, причем дальнейшее увеличение концентрации не влияло на степень полегания. Для сорта Jan Bos значительное уменьшение степени полегания цветоносов отмечено при более высоких концентрациях (2,0 мл/л) и не наблюдалось при концентрации 0,5 мл/л 2-ХЭФК, даже при двукратной обработке.
Действие 2-ХЭФК на анатомическое строение цветоносов
Устойчивость растений к полеганию связывают, в частности, особенностями анатомического строения стебля. Так, в работе Л.Д.Прусаковой (1968) установлено, что существуют различия в анатомическом строении стебля у полегающего и неполегающего пшенично-пырейных гибридов в условиях орошения. Стебли растений полегающих гибридов сравнительно мало изменяют анатомическую структуру при орошении, в то время как стебель устойчивого гибрида претерпевает ряд изменений: увеличиваются толщина стенки стебля и его диаметр, в нем сравнительно лучше развиваются элементы механической ткани и проводящая система.
Поскольку этиленпродуценты вызывают изменения в анатомической структуре стебля (Poovaiah, 1974; Biro et al., 1980), это может быть одной из причин повышения устойчивости к полеганию под действием этих препаратов. Экзогенный этилен вызывает увеличение количества клеток в стеблях (Меркис и др., 1980; Курчий, 1982; Biro et al., 1980), увеличение диаметра стебля (Poovaiah, 1974; Biro et al, 1980). Однако в работе Б.А.Курчия и Ф.Л.Калинина (1989), а также в работе Н.В.Курушиной и В.В.Мосеева (1989) не выявлено изменения количества клеток стебля озимой ржи под действием этиленпродуцента, и авторы этих работ пришли к выводу, что повышение прочности стебля в большей степени зависит от строения и химического состава клеточных стенок (лигнификации и отложения целлюлозы).
Изучая действие этефона на анатомическое строение цветоноса гиацинта и нарцисса, Катр и De Hertogh (1986) установили, что у обработанных растений количество клеток в цветоносных стеблях увеличивалось на 20-30%, что, по мнению исследователей, свидетельствовало об усилении деления клеток. Кроме того, этими исследователями выявлено замедление разрушения клеток сердцевины и коры. Наши исследования подтверждают данные об увеличении количества клеток в тканях стебля под действием этиленпродуцента (рис. Ш.3.1 и III.3.3), но по нашему мнению, количество клеток было большим не вследствие усиления деления, а в результате уменьшения деградации клеток сердцевины и коры, что у сорта Jan Bos приводило к нарушению развития центральной полости. Катр и De Hertogh (1986) сообщают также, что под влиянием этефона сокращаются размеры межклеточных пространств, по-видимому утолщаются клеточные оболочки. В нашем эксперименте были также выявлены перечисленные изменения, кроме того, обнаружено нарушение развития центральной полости у растений сорта Jan Bos. Растения гиацинта имеют полый цветоносный стебель (Nowak and Rudnicki, 1993). У опытных растений сорта Jan Bos при действии экзогенного этилена ингибировалось образование полости, вместо нее в сердцевине цветоноса можно было наблюдать несколько небольших полостей, целостность сердцевины также поддерживалась за счет клеточных оболочек отмерших клеток. В стеблях контрольных растений присутствовали крупные межклеточные пространства, особенно в сердцевинной паренхиме (рис. III.3.1 - III.3.2). Под действием этефона их размеры уменьшались (рис. III.3.3 - III.3.4), что обнаружено также и в работе Катр и De Hertogh (1986). ЭТИ очень крупные межклетники, по всей вероятности, были образованы в результате автолиза клеток, о чем свидетельствует их форма. Автолиз клеток происходит в процессе интенсивного роста стебля в длину и, поскольку удлинение стебля под действием 2-ХЭФК ингибируется (раздел III.2.), то и деградация клеток, в особенности сердцевины, замедляется, что приводит к увеличению количества клеток на поперечном срезе цветоноса и уменьшению размеров межклеточных пространств. Таким образом, ингибируя очень интенсивный рост цветоноса и связанное с этим разрушение клеток, 2-ХЭФК способствует формированию цветоносов, устойчивых к полеганию.
Анализируя действие 2-ХЭФК на анатомическое строение стебля озимой ржи, Н.В.Курушина и В.В.Мосеев (1989) пришли к выводу, что увеличение количества рядов клеток стебля злаковых растений может быть обусловлено менее выраженным разрушением клеток сердцевины, происходящим вследствие ингибирования удлинения междоузлий этиленпродуцентом, что согласуется с нашими выводами об увеличении количества клеток в тканях цветоноса гиацинта в результате уменьшения деградации клеток при действии ХЭФК.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что экзогенный этилен ингибирует клеточное деление у растений (Bradley and Dahmen, 1971; Apelbaum and Burg, 1972; Burg, 1973; Constabel et al., 1977; Van Andel and Verkerke, 1978; Rost and Sammut, 1982; Бирюкова, 1984), либо в некоторых случаях меристематическая активность сохраняется на уровне контрольного варианта (Barlow, 1976; Zobel and Roberts, 1978), что также противоречит предположению, что увеличение количества клеток под действием 2-ХЭФК происходит за счет усиленного деления клеток.
Центральная полость стебля образуется за счет разрушения определенного количества клеток в процессе удлинения цветоноса. Полые органы образуются в результате автолиза клеток центральной запасающей ткани (Jaffe and Lineberry, 1988). В некоторых случаях полые участки могут чередоваться со слоями неповрежденных клеток (Mikesell and Schroeder, 1980). Когда автолиз клеток происходит в сердцевине стебля, используют термин «сердцевинность» (Jaffe and Line berry, 1988). Развитие полости в цветоносных стеблях многих видов растений генетически детерминировано (Jaffe and Line berry, 1988), к таким растениям относится и гиацинт.
У растений томата и корневого сельдерея сердцевинность развивается только в ответ на действие некоторых стрессовых факторов. В стеблях томата и черешках сельдерея развитие сердцевинности, вызванной стрессовым воздействием, ингибировалось механическим воздействием на стебли и черешки, что сопровождалось стимуляцией выделения этилена (Pressman et al., 1983, 1984). Этот эффект наблюдали у растений томата и при экзогенном применении этефона (Pressman et al., 1983). На основании этого Pressman с сотр. (1983) заключили, что торможение развития сердцевинности, вызванного водным дефицитом, опосредовано этиленом. У растений фасоли сердцевинность стебля развивается спонтанно, подобно развитию полости в цветоносных стеблях многих видов растений, у которых это явление генетически детерминировано и происходит при отсутствии стрессовых воздействий (Jaffe and Lineberry, 1988). Слабое механическое воздействие и подсушивание уменьшает развитие сердцевинности стебля фасоли, причем оба эти воздействия сопровождаются увеличением выделения этилена; эффект этих воздействий может быть имитирован применением этефона (Jaffe and Lineberry, 1988). Было показано, что сердцевинность черешков сельдерея может быть индуцирована стрессом, вызванным водным дефицитом, затоплением, недостатком питательных веществ, а также действием экзогенных гиббереллина и АБК (Aloni and Pressman, 1979, 1980; Aloni et al., 1983). Предварительное механическое воздействие частично ингибировало развитие сердцевинности, индуцированной водным стрессом и гиббереллином в черенках сельдерея (Pressman et al., 1984). В стеблях томата может быть индуцирована водным дефицитом и экзогенной АБК (Aloni and Rosenshtain, 1982). Предобработка растений томата этефоном или предварительное механическое воздействие защищают стебли от сердцевинности, индуцированной водным дефицитом (Pressman et al, 1983). Таким образом, механическое воздействие ингибировало развитие сердцевинности у всех трех перечисленных видов растений. Было установлено, что механическое воздействие вызывает быстрое кратковременное увеличение выделения этилена растениями фасоли и других видов (Biro and Jaffe, 1984; Jaffe, 1984).
Динамика содержания эндогенных фитогормонов под действием обработки 2-ХЭФК
Под действием этиленпродуцента изменялось содержание эндогенных фитогормонов в цветоносах растений гиацинта (табл. III.6)
Содержание цитокининов
Выявлено снижение уровня зеатин-рибозида у опытных растений сорта Jan Bos по сравнению с контрольными в фазу массового цветения, но в конце фазы цветения его содержание превышало уровень у контрольных растений.
Для сорта Carnegie отмечено только повышение уровня зеатин-рибозида под действием экзогенного этилена. Обнаружено появление изопентениладенозина и связанной абсцизовой кислоты у обработанных 2-ХЭФК растений, что, вероятно, свидетельствует об ответной реакции растений на действие этилена, поскольку в контрольных растениях изопентениладенозин идентифицирован не был.
Цитокинины, как другие фитогормоны, обладают плейотропным действием (Burkhanova et al., 2001). Они были открыты как вещества, индуцирующие деление растительных клеток (Miller et al., 1955). Далее, Skoog и Miller выдвинули ауксин-цитокининовую гипотезу морфогенеза растений на основании экспериментов с каллусной тканью табака (Skoog, Miller, 1957). Эти исследователи установили, что, меняя содержание ауксинов и цитокининов в питательной среде, можно вызвать образование корней или побегов. Кроме того, было показано, что цитокинины влияют не только на деление клеток, но и на их рост растяжением, и сделан вывод, что для роста клеток, как и для их деления, необходимы и цитокинины, и ауксины, причем требуются различные концентрации и отношение фитогормонов для стимуляции роста и индукции деления клеток (Skoog, Miller, 1957).
Другим свойством цитокининов является их способность повышать устойчивость клеток к различным стрессовым воздействиям, таким как действие повышенной и пониженной температуры, обезвоживание, механическое воздействие, влияние химических агентов и засоленность; а также замедлять старение растений (Кулаева, 1973; Barciszewski et al., 2000).
Изопентениладенин (ІР), зеатин (Z) и дигидрозеатин (DZ) являются преобладающими цитокининами, обнаруженными в высших растениях. Эти цитокинины в свободной форме и их рибозиды (iPR, ZR, DZR), как полагают, относятся к биологически активным соединениям. Гликозидные конъюгаты участвуют в транспорте цитокининов, защите от деградации, обратимой и необратимой инактивации (Letham, 1994, цит. по Werner et al., 2001).
Повышение цитокининовой активности нельзя в данном случае рассматривать как причину увеличения количества клеток в тканях цветоносов под действием 2-ХЭФК, поскольку анализ анатомического старения цветоносов контрольных и опытных растений позволяет сделать вывод, что увеличение количества клеток происходит не за счет стимуляции деления, а в результате уменьшения скорости разрушения клеток (раздел III.3). Кроме того, зеатин в свободной форме идентифицирован только в цветоносах контрольных растений сорта Carnegie (0,6 мкг/г а.с.в.); в остальных случаях идентифицированы только рибозиды зеатина и изопентениладенина (табл. III.6). Более вероятной причиной повышенного содержания цитокининов является их роль в процессах старения. Известно, что цитокинины спообны задерживать старение различных органов растения (Кулаева, 1973; Мог et al., 1983). В то же время экзогенный этилен, источником которого в нашем случае является 2-ХЭФК, ускоряет процессы старения органов (El-Beltagy et al., 1976; Leshem et al., 1986). Можно предположить, что повышенное содержание цитокининов является защитной реакцией растений на действие этилена как гормона, ускоряющего старение. Органами, наиболее чувствительными к действию этилена в изучаемые фазы развития, являются цветки. Так при использовании концентраций 2-ХЭФК выше 2 мл/л имело место более раннее увядание цветков (рис. III.2), при этом различий между опытными и контрольными растениями при визуальной оценке состояния листьев и цветоносов не выявлено. Анализ содержания хлорофилла в листьях растений показал, что хотя у растений сорта Carnegie под действием 2-ХЭФК задерживалось образование хлорофилла в первые 7 суток после обработки, в дальнейшем содержание пигментов в листьях растений было практически одинаковым в обоих вариантах (табл. III.4). У растений сорта Jan Bos содержание хлорофилла в листьях под действием 2 ХЭФК достоверно не изменялось (табл. III.4), следовательно, ускоренного старения листьев под действием экзогенного этилена не происходило. Таким образом, повышенное содержание связанных форм цитокининов в стебле, возможно, свидетельствует об увеличении транспорта цитокининов, в частности, к цветкам для нейтрализации отрицательного действия этилена.
При действии 2-ХЭФК происходило изменение спектра цитокининов в тканях цветоноса. В опытных растениях идентифицирован изопентениладенозин, не обнаруженный в контрольных растениях (табл. III.6). Присутствие этого фитогормона может иметь следующее объяснение. Существует гипотеза, согласно которой старение организма происходит в результате накопления ошибок, происходящих во время синтеза белка (Leshem et al., 1986). Согласно этой гипотезе, когда количество продуктов неправильного синтеза превышает определенное пороговое значение, это приводит к нарушению нормального функционирования систем, старению и гибели организма. Ошибки могут происходить на одном или нескольких участках процесса синтеза белка на уровне транскрипции, либо трансляции, что приводит к накоплению "nonsense" белков. Они являются нефункциональными ферментами, содержащими ошибки в аминокислотной последовательности (Leshem et al., 1986). Такие ферменты были обнаружены Nakagawa et al. (1980) в растениях томата. Gershon (1985) утверждает, что процессом, наиболее подверженным изменениям при старении, является посттранскрипционная укладка белковых молекул, и наиболее вероятными кандидатами для этих изменений он считает протеазы. Неправильно собранные нефункциональные протеазы приводят к сбоям в метаболизме клеток и старению. В этой связи следует упомянуть, что фитогормон изопентениладенин, расположенный у некоторых видов тРНК в соседнем положении с петлей, где находится антикодон, начинающийся с U (уридина). Fox et al. (1971) на основании этого полагают, что изопентениладенин способствует правильной трансляции. Они полагают, что это может иметь большое значение в регуляции старения, поскольку "nonsense" белки синтезируются вследствие неправильной трансляции.
Таким образом, появление изопентениладенозина в идентифицируемых количествах, возможно, является защитной реакцией растения на действие этилена как фитогормона, вызывающего ускоренное старение органов. Полученные данные находятся в определенном соответствии с результатами исследований El-Beltagy et al (1976). В этой работе было показано, что этефон вызывает увеличение цитокининовой активности в листьях, но в стеблях не обнаружено изменений в уровне цитокининов.
Цитокинины могут участвовать в торможении развития сердцевинности стебля под действием этиленпродуцента, имевшем место в нашем эксперименте (раздел Ш.З). Экзогенный цитокинин кинетин предотвращал развитие сердцевинности черешков интактных листьев сельдерея, которая была индуцирована абсцизовой кислотой, но кинетин не защищал от сердцевинности, вызванной действием водного стресса у растений сельдерея, и даже усиливал сердцевинность, индуцированную водным стрессом у томата, причем кинетин не оказывал влияния на сердцевинность в отсутствие стресса у растений томата (Aloni and Pressman, 1981). Авторы этой работы предполагают, что кинетин оказывает прямое защитное действие на паренхимную ткань, но косвенного влияния на сердцевинность через функционирование корневой системы не происходит. В нашем эксперименте уменьшение деградации клеток коррелировало с увеличением цитокининовой активности в цветоносах опытных растений, что подтверждает предположение о защитной роли цитокининов в процессе деградации клеток. Возможно, что увеличение цитокининовой активности в тканях цветоносов является одним из составляющих процесса торможения деградации клеток и развития центральной полости в цветоносах гиацинта под действием этиленпродуцента.
