Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Механизмы устойчивости растений к действию алюминия и методы ее оценки 12
1.1. Повышение алюмсустойчивости растений как мировая проблема 12
1.2. Общие принципы и методы оценки адаптивного потенциала растений 14
1.3. Полевая оценка уровня алюмоустойчивости сельскохозяйственных растений 23
1.4. Влияние алюминия на растения 29
1.5. Физиолого-биохкмические параметры оценки алюмоустойчивости растений 42
1.6. Генетический контроль признака алюмоустойчивости растений 55
Глава 2. Материалы, методы и условия проведения исследований 74
2.1. Агроклиматическая характеристика Кировской обл 74
2.2. Агрохимическая характеристика почв и метеорологические условия в годы проведения исследований 77
2.3. Краткое описание опытов и использованных методов
Глава 3 Методические аспекты оценки алюмоустойчивости растений в лабораторных условиях 89
3.1. Подбор состава среды для роста растений 93
3.2. Сравнительная токсичность различных солей и концентраций AI . 108
3.3. Изменение фитотоксичности алюминия в зависимости от рН среды.. 110
3.4. Влияние свойств семян на алюмоустойчивость проростков 113
3.5. Внутрисортовые различия в проявлении стратегии адаптации к стрессовому фактору 121
3.6. Влияние условий места репродукции семян на проявление потенциальной алюмоустойчивости сорта 123
3.7. Объем выборки, необходимый для скрининговых исследований 131
Глава 4. Сравнение результатов лабораторных и полевых исследований - причины неполного соответствия 136
4.1. Влияние кислотности почвы на взаимодействие растений в фитоценозах 136
4.2. Оценка агрономической алюмоустойчивости сельскохозяйственных растений методами одномерной и многомерной статистики 141
4.3. Динамика эдафических факторов Фаленской селекционной станции и ее влияние на оценку агрономической алюмоустойчивости сорта 155
Глава 5. Использование лабораторных параметров для изучения физиологии, генетики алюмоустойчивости и селекции растений 180
5.1. Окислительная активность корней 180
5.2. Динамика поглощения - выделения корнями проростков ионов водорода и калия 186
5.3. Изменение рН среды роста корнями растений 189
5.4. Катионообменная емкость корней 191
5.5. Динамика ферментативной активности кислой фосфатазы (КФ. 3.1.3.1.) корней 193
5.6. Активность липазы (триацилглицерол-ацилгидролазы; КФ. 3.1.1.3.) корней растений 199
5.7. Содержание белковых фракций в корнях контрастных по алюмоустойчивости сортов растений 203
5.8. Изменение показателей алюмоустойчивости под влиянием фитогормональных препаратов 209
Глава 6. Связь алюмоустоичивости растений с устойчивостью к другим стрессовым эдафическим факторам 229
6.1. Алюмо- и засухоустойчивость растений 229
6.1.1. Степень затопления корневой системы и реакция растений на А1 . 230
6.1.2. Взаимосвязь засухо- и алюмоустоичивости растений 235
6.2. Кислотность субстрата и потребность в элементах минерального питания у различных по кислотоустойчивости сортов овса 244
6.3. Влияние фосфора на устойчивость растений к повышенной кислотности почвы 251
Глава 7. Селекционный путь управления уровнем алюмоустоичивости растений 261
7.1. Изменение уровня алюмоустоичивости проростков овса при прямых и обратных скрещиваниях 261
7.2. Влияние компонентов скрещиваний на работу генетических систем адаптивности, аттракции и микрораспределения пластических веществ гибридных растений 270
7.3. Полигенный характер признака алюмоустоичивости овса 273
Заключение 300
Выводы 305
Предложения для практического использования данных работы 308
Список литературы 310
Приложения
- Полевая оценка уровня алюмоустойчивости сельскохозяйственных растений
- Агрохимическая характеристика почв и метеорологические условия в годы проведения исследований
- Влияние условий места репродукции семян на проявление потенциальной алюмоустойчивости сорта
- Оценка агрономической алюмоустойчивости сельскохозяйственных растений методами одномерной и многомерной статистики
Полевая оценка уровня алюмоустойчивости сельскохозяйственных растений
Генетический потенциал культурных растений реализуется в результате их взаимодействия с условиями окружающей среды и технологиями возделывания (Гончаров П.Л., 2002). Поэтому в полевых условиях можно не только оценивать агрономическую устойчивость растений, но и проводить отбор наиболее выделившихся генотипов на популяционном уровне для более детального исследования механизмов их устойчивости к стрессовому фактору в условиях контролируемой среды.
Методы полевого отбора алюмоустойчивых растений описаны разными авторами (Reid D.A. et al., 1969; SalinasJ.G., Sanchez P.A., 1975; GourleyLM, 1987; Bona L. et al., 1994; Ramirez R., Lopez M, 2000). Испытав copra пшеницы A.C. Baier et al. (1995), L. Unruh (1989), получили высокие коэффициенты корреляции лабораторных оценок устойчивости с вегетационными и полевыми оценками (г = 0,71.. .0,85) и рекомендовали использовать оценку в водной культуре в селекционных программах или скрининговых исследованиях алюмоустойчивости пшеницы. Аналогичные результаты получили U. Burba et al. (1995) при сравнении полевой и лабораторной алюмоустойчивости сортов пшеницы, ржи и тритикале, но при этом коэффициент корреляции между оценками был ниже, г = 0,60. Однако полевой отбор по устойчивости не очень удобен по следующим причинам: 1) трудно изолировать действие А1 от других сопутствующих факторов, 2) трудно создать почвенные условия, однородные для отбора отдельных растений, 3) полевые опыты требуют значительных затрат времени, 4) состав и вредоносность почвенной микрофлоры затрудняют статистическую обработку полученного материала (Horst W.J., 1985; Родина Н.А., 19956). Сложность полевой кислотности почвы делает трудным изучение механизмов устойчивости к А1 с использованием растений, выращенных в почве (Blarney F.P.C.et al, 1991). Устойчивость растений к А1 при выращивании на питательных растворах и в поле вовлекает различные защитные механизмы (Campbell ТА. et al., 1988). Применимость полевых оценок при выяснении физиолого-биохимических механизмов устойчивости растений будет определяться сложившимися в конкретном регионе исследований почвенно-климатическими факторами.
Количественные и качественные показатели свойств почв меняются во времени неодинаково. Содержание подвижных форм элементов питания меняется более существенно, чем их валовое количество (Савич В.И., 1971). На значительную вариацию показателей кислотности в период вегетации растений указывают многие авторы. Она зависит от характера водного режима, температуры, вида агроценоза, системы удобрений. В засушливые периоды возрастает концентрация почвенного раствора, что ведёт к временному снижению кислотности почв (Переверзев В.Н., 1996). Изменение кислотности может быть весьма существенно, на 0,5-1,0 единицу рН.
Токсичность А1 для растений зависит от того, в виде каких соединений он присутствует в почвах. Алюминий может находиться в составе акваком-плекса AI (НгО)б + (в более простом выражении А1 +), в составе мономерных и полимерных гидрокомплексов и комплексов с неорганическими и органическими лигандами (Panpach М., 1963; Kinraide Т.В., Parker D.R., 1990; Амельянчик О.А., Воробьева Л.А., 1999; ТянтоваЕ.Н. и др., 2005). Наиболее сильными кислотными свойствами обладают аквакомплекс А1 и его мономерные гидрокомплексы. Они же наиболее токсичны (Blarney F.P.C.et al, 1983). Алюминий, связанный в органических и фторидных комплексах, гораздо менее токсичен для живых объектов (Bartlett R.J., Riego D.L., 1972). Что касается полимерных гидрокомплексов А1, то их токсичность по отношению к различным видам живых организмов сильно различается. На высшие растения они оказывают менее вредное воздействие, чем аквакомплексы (Noble A.D. et al, 1988; Kerven GJL.et al, 1989). В то же время известна чрезвычайная чувствительность к токсичности полимерных гидрокомплексов А1 бактерий R. trifolii (Wood М., Cooper J.E., 1984; Wood М., 1995).
Работами S. Suthipradit et al. (1990) и G.S.P. Ritchie et al. (1982) показано, что гуминовые и фульвокислоты, которых в естественной неокультурен 25 ной почве значительно больше, чем в почве, занятой в сельскохозяйственном производстве, намного эффективнее связывают А! в комплексы, чем простые органические кислоты, выделяемые растениями. СЕ. Evans, Е.Т. Kamprath (1970) установили, что содержание обменного А1 много меньше в органических почвах, чем в минеральных, даже когда рН органических почв ниже. Концентрация органических кислот в окультуренных почвах может быть значительно ниже, чем в естественных почвах (Hue N.V. et al., 1986; Fox T.R., Comerford N.B., 1990). Добавление в среду роста гуминовых кислот (100-350 мг/кг) снимало негативное влияние повышенных концентраций А1 на рост кукурузы в условиях вегетационных опытов (Тал К., Binger А., 1986) и в водной культуре (Harper S.M. et al., 1995). Добавление фульвокислот оказывало аналогичных эффект на растения сои и других бобовых культур в опытах S. Suthipradit et al. (1990). В то же время, в опытах R. Patiram (1996) установлено, что внесение органических удобрений в полевых условиях снижало содержание подвижных ионов А1 в течение первых 75 дней, после чего начиналось постепенное повышение его содержания до исходного уровня через 300 дней. Уровень рН почвенного раствора при этом не изменяется (Kretzschmar R.M. et al., 1991; Bessho Т., Bell L.C., 1992; Berek A.K. et al, 1995). Все это вместе взятое говорит о том, что при одном и том же содержании А1 в окультуренных и естественных почвах растения естественных участков испытывают стрессовое воздействие гораздо меньшей напряженности, чем в полях, занятых сельскохозяйственными культурами.
Для каждой культуры реальный уровень KCl-экстрагируемого А1, необходимый для определенной степени редукции урожая, будет варьировать в зависимости от типа почвы. Например, F. Adams, Z.F. Lund. (1966) обнаружили, что уровень А1, необходимый для ингибирования роста корней хлопка, колебался от 0,1 мг-экв/100 г почвы из Норфолка до 2,5 мг-экв/100 г почвы из Бладена. Соответственно и уровень рН, критический для роста данной культуры, был равен 5,5 в Норфолке, но менее 5,0 в Бладене.
Агрохимическая характеристика почв и метеорологические условия в годы проведения исследований
Особый интерес для селекционеров представляет возможность направленной передачи уровня кислотоустойчивосги от родителей к гибридам путем различных комбинаций скрещивания (Nodari R.O. et al., 1982; Boye-Goni S.R.; Marcarian V., 1985; Pinto Camide O.et al., 1991).
Исследуя характер распределения проростков F2 зерновых культур (в основном пшеницы) по таким критериям устойчивости, как длины корней в контрольных и стрессовых условиях и содержание в кончиках корней калло-зы DJ. Somers, J.P. Gustafson (1995), СМ. Bianchi-Hall et al. (1998), GJ. Taylor et al. (1997) отметили наличие растений, превосходящих по уровню устойчивости родительские формы, либо показывающие уровень устойчивости ниже родительских форм, но не попытались объяснить этого факта. Они предлагают рассматривать разделение гибридов по признаку устойчивости к действию алюминия как результат простого менделевского расщепления 3:1, то есть оценивать кодирование признака одним геном. Однако наличие трансгрессивных растений говорит о том, что исходные родительские формы сами не были гомозиготными по изучаемому признаку, каждый из них должен был иметь в этом случае как доминантные, так и рецессивные аллели (Дубинин Н.П., 1987). Это, в свою очередь, может указывать на то, что в случае моногенного наследования (что предполагается авторами упомянутых работ) родительские формы на самом деле не являются контрастными, а имеют один и тот же генотип. Фенотипическое различие между ними может быть объяснено явлением дозы гена, т.е. наличием множественных аллелей, либо же действием нескольких генов.
Теоретически при разделении расщепляющейся популяции на 3 и более число классов (до 6 включительно) по усмотрению исследователей, нельзя оценить число действующих генов более чем в два (т.е. в таких случаях оценка всегда будет давать число генов или 1 или 2). Вообще, существует теоретическая формула - число классов, на которое распадается популяция, равно 2п + 1, где п - число генов, контролирующих признак (Мазер К., Джинкс Дж., 1985). Однако это положение справедливо только при следующих условиях: гены имеют равные аддитивные эффекты, без доминирования и в отсутствии ненаследственной изменчивости. Если же принять следующие условия: между генами существует взаимодействие и действие генов характеризуется разной степенью доминирования, то в случае разделения растений на 2 группы можно оценить число генов, кодирующих признак, от 1 до 4.
Интересно проследить за тем, как западные ученые анализируют результаты оценки уровня устойчивости в расщепляющихся популяциях зерновых культур. Нам известна всего лишь одна публикация по овсу, в которой изучался характер наследования признака алюмоустойчивости (Federizzi L.C. et al., 2004). Авторы считают, что устойчивость к А1 у Avena sativa L. кодируется одним простым геном с доминированием устойчивости. Этот ген, по их мнению, имеет, как минимум, два различных аллеля.
В статье A. Aniol (1984а) при рассмотрении характера распределения гибридов F2 пшеницы по возобновлению роста корня после действия 8 ррт А1 приведены данные о фактическом расщеплении проростков на устойчивые и неустойчивые к действию стрессового фактора. При этом во внимание принимается только соответствие реального распределения теоретически возможному распределению 3:1 или 9:7 (устойчивые : неустойчивые). Критерием соответствия теоретическим предположениям служит %\ Автор указывает, что все практические данные соответствуют принятой гипотезе и свидетельствуют о влиянии одного гена с полным доминированием (3:1), либо о действии двух генов с одинаковым или разным фенотипическим проявлением при полном доминировании (9:7) и наличии аддитивного эффекта генов.
Если принять как предположение, что чем меньше величина х2, тем более вероятно фактическое распределение соответствует теоретически ожидаемому (Дубинин НИ, 1987), то можно отметить как более вероятные следующие частоты распределения, не отмеченные автором. Фактическое расщепление 81:34 более вероятно объясняется не соотношением 3:1 (2 = 1,278), а соотношением 45:19 (2 - 0,001), т.е. действием не двух, а трех генов. Фактическое расщепление 78:20 - не 3:1 ( = 1,102), а 13:3 (у= 0,177) и 49:15 (х2 — 0,501), соответственно, действовать могут два, либо три гена.
Подобное сопоставление можно провести и по оставшимся 18 фактическим распределениям, указанным в анализируемой статье. Во всех случаях статистически достоверным могут быть от 8 (при фактическом расщеплении 53:50) до 25 (при фактическом расщеплении 4:3) теоретических гипотезы, причем критерий соответствия является меньшим, чем в рассматриваемой автором гипотезе, по крайней мере, в одном случае (для расщепления 44:34), а самое большее в 9 случаях (расщепление 12:7). Следует заметить, что некоторые из фактически полученных автором расщеплений вообще не имеет смысла обсуждать и использовать в качестве подтверждения выдвинутой гипотезы ввиду малого объема выборки (расщепления 4:3,12:7).
В сумме же все двадцать фактических распределений в указанной статье более всего соответствуют трем гипотезам, а именно 37:27 (действие трех комплементарных генов), 39:25 (один основной ген, один ген-ингибитор и один ген-антиингибитор) и 165:91 (один основной ген, два комплементарных гена-ингибитора и один ген-антиингибитор).
В работе U. Basu et al (1999) рассматривается расщепление растений пшеницы на устойчивые и неустойчивые к действию А1 по другому показателю - содержанию каллозы в кончиках корней гибридов F2 от скрещивания устойчивого сорта Alikat с неустойчивым сортом Katepwa и в беккроссной популяции (Fi х Katepwa). Авторы также считают, что наблюдаемые ими расщепления соответствуют гипотезе 3:1 (действие одного доминантного гена). Но, опять, для фактического расщепления 21:16 по критерию соответствия х2 более вероятным является расщепление по двум (9:7) генам. То же можно сказать и для фактически полученного авторами расщепления 31:9. По этому же параметру алюмоустойчивости G.J. Taylor et al (1997) приводят расщепление устойчивых и неустойчивых растений F2 от скрещивания алю-моустойчивого сорта пшеницы РТ741 и алюмочувствительного сорта Katepwa как 40:14 и считают, что данное расщепление однозначно говорит о действии одного доминантного гена (гипотеза 3:1, = 0,025). Однако с той же долей вероятности можно предположить гипотезу 12:4 (т.е. два гена). Возможно, что с увеличением объема выборки достоверными стали бы и гипотезы о действии трех, четырех и более генов.
Вообще, надо заметить, что с математической точки зрения расщепления 3:1, 12:4, 48:16 (и т.д. в том же соотношении) ничем не отличаются друг от друга, и всегда будут иметь одинаковую величину критерия х2, однако объясняться будут действием одного, двух, трех и т.д. генов.
Влияние условий места репродукции семян на проявление потенциальной алюмоустойчивости сорта
Для оценки относительной алюмоустойчивости зерновых культур и клеверов применяли метод рулонной культуры (Гончарова Э.А., 1988). Сухие семена раскладывали в рулоны фильтровальной бумаги 1000x160 мм, предварительно прогретой в течение 3...4 часов при 130С для предотвращения врастания корней проростков в бумагу, на расстоянии 1 см от верхнего края. Далее рулоны помещали вертикально в стеклянные стаканы объемом 1,5 л с 600 мл растворов. Оценку кислотоустойчивости гороха проводили на пластинах с отверстиями диаметром 0,5 см в пластиковых контейнерах объёмом 2л (Кропотов А.В., Герасимова СП., 1997). В качестве контрольного варианта применяли дистиллированную воду с рН 5,5, в качестве опытных вариантов - раствор, содержащий сульфат алюминия. Повторность трёхкратная.
Критерием устойчивости служил индекс длины корней (ИДК) (Клима-шевский Э.Л., 1966). Кроме того, нами предложен собственный критерий отбора, названный "процент врастания" в тестирующую жидкость (процентное отношение числа растений способных расти в опытном растворе к количеству их в контрольном растворе), характеризующий, на наш взгляд, реакцию растений на алюминий в условиях частичного затопления корневой системы.
Расчет концентраций и активностей мономерных форм алюминия в растворе и на поверхности корней согласно программе SGCS, разработанной в Т.В. Kinraid (Appalachian Soil & Water Conservation Research Laboratory, Agricultural Research Service, US Department of Agriculture, Beckiey, West Virginia), приведён в табл. 8, 9. Расчёт показал, что практически весь алюминий в растворе находится в своей наиболее токсичной форме Al +.
В лабораторных условиях анализировали: изменение рН среды корнями растений (Wagatsuma Т., Yamasaku К., 1985); катионообменную ёмкость корней (Петербургский А.В., 1975); содержание различных групп белков (Зем-лянухин А.А., 1975); окислительную активность корней (Климашевский Э.Л., Чумаковский Н.Н., 1986); активности кислой липазы и кислой фосфатазы (Методы биохимического исследования..., 1972); корневой индекс и тип стратегии адаптации (Федяев В.В., Усманов Ю.М., 1998); уровень засухоустойчивость (Кожушко Н.Н., 1988).
Расчет минимального числа генов, контролирующих алюмоустойчи-вость овса, проводился по такому интегральному параметру устойчивости, как ИДК с помощью "Пакета селекционно-ориентированных и биометрико-генетических программ AGROS" (1997), используя в качестве основного критерия соответствия фактического расщепления теоретическим гипотезам критерий хи-квадрат (2). Последний используют для проверки соответствия численности классов, получающихся при расщеплении, численностям, ожидаемым при той или иной генетической гипотезе. Авторы указанного статистического пакета использовали для объяснения генетических гипотез расщепления подходы таких авторов, как Гершензон, Крупное, Лобачев, Ригер и Михаэлис, Manjunath и Nadaf (ссылки даны в описании к программе AGROS 2.07). Для анализа были взяты следующие сорта овса отечественной и зарубежной селекции: в первой серии опытов -Аргамак, Colt, Wilma, Charlotte и гибридные популяции F2 между ними; во второй серии опытов - Кречет, И-1987, Фауст, E-I643, Mernime, Minerva, Waldern, 17247, Freija и гибридные популяции F2 между сортом Кречет и остальными сортами.
Вегетационные и полевые опыты ставились по методическим руководствам Б.А. Доспехова (1985) и З.И. Журбицкого (1968). В ходе опытов определялись компоненты структуры урожая, формы фосфорных соединений в растениях по упрощенной методике ВИУА (Физиолого-биохимические методы..., 1988), содержание пигментов в листьях (Диагностика устойчивости..., 1988).
С целью проверки эффективности лабораторных тест-методов в условиях почвенной и песчаной культур были заложены следующие серии опытов (с повторениями в течение 2-3 лет):
Первая серия опытов.П99б-1998"). Влияние алюминия на развитие и продуктивность контрастных по изучаемому признаку сортов овса и гороха. Микрополевые опыты закладывали в ящиках размером 120x120x50 см с естественной почвой в двух вариантах — почва с рН 5,78, (контроль) и почва с рН 3,56, содержание А1 13,5 мг/100г почвы (опыт). Посев осуществляли сухими семенами по 30 семян в рядке, с расстоянием между рядками 10 см. Каждый сорт высевался в 4-х кратной повторносте. Продолжительность опыта 80 дней. В течение вегетации визуально отмечали наступление фенофаз, определяли содержание хлорофилла в листьях в фазу всходов и цветения, соотношение корень / побег, анализировали структуру урожая.
Вторая серия опытов П 999-200 П. Изучение потребности в элементах минерального питания различных по кислогоустойчивости сортов овса. Растения овса выращивали в песчаной культуре при разных соотношениях N:P:K, но при одинаковом их суммарном содержании N+P+K. Опыт закладывался в условиях песчаной культуры (сосуды емкостью 4,5 кг) по методике Д.Б. Вахмистрова, В.А. Воронцова (1997) и включал 3 варианта при нейтральной рН среды (6,5) и те же 3 варианта при кислой рН (4,3):
Алюминий (1 мМ) вносили в виде сульфата. В каждый сосуд высевали по 10 сухих семян с прореживанием по всходам до 5 растений. Продолжительность опыта составила 30 дней. Исходя из литературных данных по оценке относительной кислотоустойчивости различных видов растений в условиях вегетационных опытов с использованием почвы и песка: (Bilski J.J., Foy CD., 1987, овес - 28 дней; Blarney F.P.C. et al., 1990b, разные виды рода Lotus - 26 дней; Foy CD. et al., 1993, соя - 37 дней; Foy CD., Peterson C.J., 1994, пшеница - 28 дней; Liu H. et aL, 1995, виды мятлика - 28-35 дней; Wheeler D.M., І995, белый клевер, райграс - 28 дней; Wheeler D.M., Ed-meades D.C, 1995, пшеница - 28 дней; Foy CD., 1996b, твердая пшеница - 28 дней, ячмень - 25 дней; Foy CD., 1997b, виды Tripsacum — 33 дня, Baligar V.C. et al., 1989, сорго - 28 дней). Повторность 4-х кратная. Рассчитывали оптимальное соотношение N:P:K для ряда показателей развития растений.
В другом варианте этого опыта изучалось влияние формы азотного удобрения (NCV, NHj+ и NH4NO3) при действии стрессора на изменение потребностей овса в минеральном питании. Условия опыта описаны выше, изменения касаются только формы азота: в первом варианте использовали нитрат натрия, во втором - сульфат аммония, в третьем - нитрат аммония
Оценка агрономической алюмоустойчивости сельскохозяйственных растений методами одномерной и многомерной статистики
В результате проведенного исследования мы пришли к выводу, что наличие Са в среде роста не имеет большого значения для развития проростков ячменя в первые 5 дней, поскольку в это время растение развивается за счет внутренних запасов семени. Год репродукции семян также не сказался на влиянии Са, хотя реакция на А1 у сорта Добрый несколько изменилась.
Таким образом, хотя и существует мнение, что состав среды практически не оказывает влияния на рост растений в первую неделю жизни (например, Berczi A. et al., 1982), полученные нами данные говорят о том, что при наличии в среде роста А1 это не соответствует действительности.
Все вышесказанное можно суммировать следующим образом: поскольку на ранних этапах роста (первые 5...7 дней) растения развиваются за счет внутренних запасов и не нуждаются в экзогенных питательных веществах (Гриценко М.А. и др., 1999, Aniol А., 1981), разумнее всего не перегружать среду выращивания другими солями, за исключением соли А1. При этом не только будет снижена возможность образования твердофазных нетоксичных форм Al (Kinraide Т.В., 1993), но также будет понижена ионная сила раствора и значительно увеличена поверхностная активность иона Al , наиболее токсичной для растений формы данного элемента.
Химический состав среды набухания активно влияет на прорастание семян благодаря интенсивному ионному обмену через мембранный комплекс семени (Обручева Н.В., Антипова О.В., 1994, Обручева Н.В. и др., 1993). Известно, что многие ключевые ферменты метаболизма имеют рН-оптимум не только в нейтральной области рН (алкогольдегидрогеназа, ФЭП-карбоксила-за и др.), но и в кислой (малик-энзим, кислые амилазы, протеазы и др.) (Плешков Б.П., 1987, Якушкина Н.И., 1993). Показано (Cleland R., 1971, Keller СР., Taylor J.E.P., 1989), что внутриклеточная рН может изменяться при протекании биохимических реакций. Эти изменения могут играть функцио 101 нальную роль в регуляции процессов прорастания семян, например, при смещении метаболических равновесий гликолиза и спиртового брожения, карбоксилирования и декарбоксилирования, при активации расщепления запасных питательных веществ эндосперма (Родионова Н.А. и др., 1992).
Фактор, редко принимаемый во внимание исследователями - это влияние предварительного замачивания семян в питательном растворе (или воде) без стрессового агента при нейтральной рН на последующую реакцию растений на стрессовое воздействие. Подобный подход часто используется в методиках зарубежных и отечественных исследователей (Косарева И.А. и др., 1998; Aniol А., 1991; Lindberg S. et aL, 1998; Lidon F.C et a!., 1999). Хотя он и позволяет работать с проростками, корни которых выровнены по начальной (до воздействия А1) длине, существует определенная сложность в перенесении данных лабораторных опытов на полевые условия (разнокачественность семян, начало воздействия А1 на разных стадиях развития).
Наши исследования показали, что для овса в большинстве случаев высокие концентрации А1 либо слабо влияют на всхожесть, либо даже несколько увеличивают ее, у гороха же, наоборот, с повышением концентрации А1 всхожесть падает. При этом семена устойчивых сортов гороха в меньшей степени теряли всхожесть под влиянием стрессора (табл. 15).
Логично предположить, что действие А1 начинается с момента поступления его внутрь семени с водой (при активации начальных этапов роста). Представляет интерес изучение действия стрессового фактора на динамику проклевываемости корешков проростков различных культур и сортов. Для этого в лабораторных условиях были заложены опыты с 5 сортами овса и 5 сортами ячменя различного эколого-географического происхождения. В течение четырех дней ежедневно подсчитывали количество проклюнувшихся семян в процентах от их общего количества в контроле (дистиллированная вода, рН 6,0) и двух опытных вариантах (1 и 2 мМ А1, рН 4,3). Полученные данные представлены графически на рис. 3,4.
Как видно из рис. 3, 4, наличие А1, особенно в повышенной концентрации, либо повышало количество проклюнувшихся семян ячменя (сорта Дина, Варде и Неван), либо не оказывало влияния на этот процесс (сорта Зазерский 85, Добрый). Для некоторых сортов овса (Сельма и Ж-9756) характерно достоверное превышение всхожести семян в контроле над всхожестью в растворе А1 по отдельным дням опыта. Другую группу составляют сорт Чиж (все дни опыта), сорт Кировский (2...4 дни) и сорт Roar (3...4 дни) - для них в указанные дни опыта не обнаружено различий между всеми вариантами.
В целом, для овсов наблюдается некоторое снижение числа проклюнувшихся семян в первый день (по сравнению с контролем) и заметное повышение на второй день (разница между число семян, проклюнувшихся в 1 и 2 дни), причем максимум проклевывания в варианте 2 мМ А1 явно сдвигается с первого дня на второй. Для ячменей обнаружено повышение числа проклюнувшихся семян в первый день под действием А1 и более высокий прирост во второй по сравнению с контролем, но при этом сдвига максимума не происходит. Это противоречит результатам исследования P. Nosko et al. (1988) и работе Н.В. Амосовой, Б.И. Сынзыныс (2005), в которых отмечено снижение энергии прорастания семян ячменя под влиянием А1, но соответствует выводам A. Marin et al. (2004), полученным при работе с голубиным горохом (Cajanus cajan L.).
