Введение к работе
Актуальность темы. Нельзя сказать, что область hhjkiix положительных температур была обойдена вниманием исследователей - напротив, холод всегда был излюбленной темой 'Для исследователей самого раз"ого профиля и ей посвящена огромная литература. Интерес к ней не ослабевает и по сей день (Жолкевич,1962; Коровин, 19S4; Зауралов.Клячко, 19SS; Мануильский и др., 1988; Родченко, !9Sii; Лобанов.Щербшшн, 1990; Войциков и др., 1991; Бело;., 1992; Анисимов, Раткович, 1992; Третьяков и др., 1992; Кузнецов, 1992; Косулина, 1993 Лукаткин и др., 1993; Каримова, 1994; Титов и др., 1994; Трунова, Астахова, 1995; Alberdi, Corcuera, 1991; Crespi et all., 1991; Jarillo et all.,1993; Sanders, Markhart, 1993; Miguel, Browse, 1994; Kacperska, 1994) Но все же до настоящего времени внимание исследователей в основном было сосредоточено на изучение влияния двух крайних биологически 'начимых областей температуры - высокой (жары) или, наоборот отрицательной (мороз), на растительные организмы. Поэтому физиологическое значение низких положительных температур, особенно околонулевых, исследовано все еще недостаточно.
Холод испокон веков используется людьми для хранения овощей/фруктов, картофеля и других сельскохозяйственных продуктов. Успешная разрабо са новых технологий хранения сельскохозяйственных продуктов, медицинских и биологических препаратов в холоде, а также эффективных способов обработки холодом растений (закаливание, стратификация и т.д.) с целью ускорения роста и повышения резистентности к неблагоприятным факторам среды, связаны с углублением знаний в этой области.
Особый теоретический и практический интерес представляет изучение физиологических процессов у растений при теь^ературе +4 С, когда вода, основной компонент, среда и участник многих физиолого-биохимнческих процессов у живых организмов, имеет наибольшую плотность.
Цель работы. Выяснить особенности физиологических процессов у растений при низких положительных температурах и +4 С в связи с изменениями состояния воды. В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
-исследовать интенсивность физиологических процессов у растений при
низких положительных температурах; '
-изучить физиологическую реакцию растений на действие температуры +4»С; .
- установить связь между динамикой физиологических процессов у растений
при понижении температуры и изменениями состояния воды в этих условиях.
При исследованиях применялся комплекс современных методов и методик, которые описаны в соответствующих разделах диссертации.
Научная новизна. Фаза адаптации растений к холоду рассматривается как
динамический процесс, протекающий в определенный промежуток чремени, в
течение которого происходит ряд существенных изменений в ходе физиолого-
биохимических процессов, приводящие к формированию стресс-структуры клетки
и растительного организма в целом, со специфической криорезистентной
архитектоникой. В связи с этим, фаза адаптации к холоду впервые
дифференцирована и подразделена на подфазу репарации, стресс-синтеза и
адаптированного к холоду состояния. .
- Впервые изучен физиологический феномен температуры+4 С, при которой
вода имеет наибольшую плотность, характеризующейся переломом в ходе
физиологических процессов^ растений, связанный с началом стрессовых реакций
на холод. *
ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНЛГ^Г^ЗЛИОТЕКА
МОСК. С _" -.'иДОМИИ
ИМ. П. /,. ІИ.-^.p. *"\г>
Высказано предположение о том, что действие холода на физиологические процессы у расіенин вызывается не только прямым влиянием холода на физнолого-биохимнческне процессы, но может быть даже в большей степени опосредовано через изменение структуры воды, которая является не только, средой, но ч матрицей биологических структур, компонентом и метаболитом биохимических реакций.
Показано, что в состоянии активною роста и во время адаптации к холоду темп замедления интенсивности физиологических процессов у растений при их охлаждении от 20to 0С, начиная с +4С, не подчиняется правилу Вант-Гоффа.
Впервые экспериментально установлено, что низкие положительные температуры, начиная с +4 С являются стрессорными для растений.
Теоретически обосновано, что понятие "холчд" имеет биологическую сущность и холод начинается с температуры +4 С.,
Практическая значимость и рса—ізация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертации, легли в основу разработки тканевого препарата, получаемого из тканей закаленных холодом растений, зимоспя'днх животных и рыб, который успешно применяется для ростостнмуляции и лечения с/х животных. По результатам проведенных экспериментальных работ выдана рекомендация по температурному режиму хранения картофеля в овощехранилищах г.Якутска. Материалы диссертации используются в спецкурсе "Протокриобиология. П^отокриобиологнческі.е процессы у растений", который читается в течение 10 лет 'на кафедре ботаники Якутского госуниверентета. Установленные нами закономерности реакции растений на действие холода в зависимости от их физиологического состояния могут иметь методологическое значение при проведении физиологических экспериментов.
Авторе 1975 года руководит дипломными работами студентов, а с 1986 года, будучи зав. кафедрой ботаники Якутского госуниверситета, является научным руководителем исследований кафедры по изучению физиологии, биологии, экологии растений в зоне вечной мерзлоты. Теоретические положения диссертации могут быть полезными при разработке новых технологий хранения с/х продуктов, медицинских, биологических препаратов и представляют несомненный интерес для практиков.
Полученные результаты вносят весомый вклад в понимание фиэиолого-биохимических механизмов, лежащих в основе адаптации и устойчивости растений к низким положительным и отрицательным температурам.
Основные положения, вынесенные на защиту:
-
При низких положительных температурах интенсивность физиологических процессов у растений не всегда подчиняется правилу Вант-Гоффа.
-
Температура +40 0,- при которой вода имеет наибольшую плотность, существенно влияет на ход физиологических процессов у растений.
-
Действие низких положительных температур на физиологические процессы у растений осуществляется, кгэме непосредственного влияния температуры на обмен веществ, также посредством воды через изменение ее состояния. ,
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены в виде
научных, докладов на 2-х Международных, 4-х Всесоюзных и 10 региональных
симпозиумах и совещаниях, теоретических семинарах Восточно-Сибирского
Института, физиологии и биохимии растений, кафедры физиологии растений
Киевского' университета. Института физиологии растений АН Украины,
Института фиэиоло'-ии растений АН Молдавии, Института физиологии растений
им. К.А.Тимирязева (г.Москва), Института биологии ЯНЦ СО РАН, Якутского
госуниверситета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 работ, в.т.ч. одна
монография, 2 препринта. I брошюра в соавторстве с А.П.Кылатчановым общим
объемом свыше 20 п.л. По инициативе автора и под его редакцией выпущено 3
Межведомственных сборника научных работ ученых, где авторами выступали,
кроме якутских, научные сотрудники Восточно-Сибирского Института
физиологии и биохимии растений (г.Иркутск), МГУ, Института физиологии
растении им. К.А.Тимирязева (ИФР, г.Москва), ВИР им. Н.И.Вавилова
(г.Ленинград), Института проблем криобиологии и криомедицины АН Украины
(г.Харьков) и др. Сборник научных работ "Протокриобиолоімческие
процессы у организмов" (1990,1996) будет, продолжающимся. Получено 2 удостоверения на рацпредложение. Ветеринарным управлением Республики Саха (Якутия) выдано разрешение на производство и применение разработанного нами тканевого препарата на территории Якутии (1993 год, повторно в 1996 г.).'
Объем и структура работ. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и приложения.
Работа изложена на 343 страницах: машинописного текста, включает 48 таблицы, 50 рисунков. Список использованной литературы содержит 438 источника, в том числе 105 на иностранных языках.
