Введение к работе
ау.туяпт.нпгггь трмы. Переход к репродуктивному развитию у растений как переломный этап онтогенеза сопровождается значительной перестройкой коррелятивный и донорно-акцепторных взаимосвязей между частями целого растения CWareing, 1979: Мокроносов, 1981: полевой, 1982: чаяла-хян, 1988). в связи с этим определенный интерес вызывает исследование в зтот период процессов, характеризущих функционирование двух важнейших координирующих центров сапикальнык меристем побега и корня) - развития листьев и работы протонного насоса корней.
Развивающиеся листья являются местом синтеза гормонов (например, ауксинов и гиббереллинов), которые распространяется по всему растению и являются частью сигналов,обеспечивакшх и координирующих коррелятивные взаимодействия всех органов СПолевой, 1982: Jacobs,l984: чайлахян, 19885. В последнее время установлено, что усиление роста молодых и зачаточных листьев функционально связано с переходом апекса к формированию цветочной меристемы: у пшениц усиление ростовой (акцепторной) активности субапикальной зоны, включающей молодые и зачаточные листья, предшествует ускорении роста апекса и сопровождает переход к репродуктивному развитию СПодольный и др.Д990: Фещенко, 1992): функционирование этой зоны роста контролируется генами систем vrn и ррЛ определяющими различия биотипов по реакции на Фотопериод и яровизациюСПодольный и др., 1990: Фещенко и др., 1990,1992: Стельмах, 1986, 1932). Вопрос о взаимосвязи развития листьев и работы протонных насосов корней как показателя функционирования корней до настоящего времени не изучался.
Рост и функционирование корня последовательно изменяется в онтогенезе. Во время усиления или ослабления ростовой активности надземных органов и колебания их потребности в знергопластических веществах поглотительная, секреторная и синтетическая функции корней изменяются СКолосов. 1962: Кларксон, 1978: Куперман. 1986: Крастина, 1987: Шалин, 1987: Ростунов, 1990). Интегральным показателем функционирования корня как донора может служить скорость Н*--оттока,которую можно измерить путем стимуляции ионами К+ протонных насосов корней растений, выращиваемых на низкосолевом растворе своробьев, 1988: Воробьев,Егорова, 1989). Известны работы, в которых ацидофицирувдая активность корней, изучаемая таким способом, сопоставляется у разных групп растений (Воробьев, Егорова, 1983: Вахмистров, 0 Эн До,1993: Егорова и др., 1995). Однако, вопрос об изменении способности корней секратировать Н* в онтогенезе у растений, отличающихся типом развития, при влиянии различного фотопе-риода и обработки Фитогормонов. до сих пор не ставился.
іірль и задачи исслрдпйания. основной целью наших исследований являлось с использованием модели трех разных биотипов пшениц, отличающихся по одному гену систем vrn и ppd, сопоставить динамику ацидоФици-рущей активности корней с интенсивностью ростовых процессов в стебле-
вом апексе во время перекода от ювенильности к формированию зачаточной цветочной меристемы.
В ходе работы поставлены задачи:
-
Исследовать интенсивность роста молодых, зачаточных листьев и стеблевого апекса пшениц разных биотипов в период ювенильности и во время перехода к репродуктивному развитию.
-
Исследовать динамику Н+-оттока из корней пшениц на I—IV этапах органогенеза конуса нарастания побега в разных Фотопериодических условиях.
-
Сопоставить изменение ацидофишрущей активности корней и активность ростовых процессов в конусе нарастания побега у пшениц разных биотипов на исследуемых этапах органогенеза.
-
Изучить влияние экзогенного гиббереллина сгаз) и цитокинина С6-БАГО на рост молодых, зачаточных листьев, апекса побега и изменение ^-оттока из корней во время перехода к репродуктивному развитию у пшениц разных биотипов.
научная нпмгена. Проведенная работа позволила выявить тесную взаимосвязь процессов роста и развития в апикальной меристеме побега, роста корня и интенсивности Н^-оттока из корней у пшениц. Впервые показано, что ускорение роста конуса нарастания побега пшениц при переходе к репродуктивному развитию в индуктивных условиях Сна длинном дне) сопровождается возрастанием способности корней к секреции Н*; в неиндуктивных условиях сна коротком дне) ацидоФицирущая активность корней пшениц зависит от ростовых процессов в апексе побега и от роста самого корня. Различные способы обработки гиббереллином и цитокинином пшениц на дд и кд позволили выявить специфические для каждого биотипа ростовые изменения в стеблевом апексе и соответствупдие изменения в динамике Н+-оттока из корней. Выдвинуто и обосновано предположение о наличии сигнальной связи между зонами роста в целом растении и протонной помпой корней.действушей в соответствии с принципами донорно-акцепторных взаимоотношений.
ТещугичЕская и практическая значимость работы. Представленные в работе данные вносят определенный вклад в разрешение вопросов, связанных с механизмами коррелятивных взаимоотношений на уровне целого растения. Проведенный в работе анализ способности корней к н+-секрэции при прохождении Фаз развития пшениц в разных Фотопериодических условиях и при гормональном воздействии открывает перспективы для выявления условий целенаправленной регуляции роста и морфогенеза, что особенно важно в связи с Физиологическими аспектами действия генов развития, среды, фитогормонов. Результаты использования Фитогормонов в ходе рН-теста демонстрируют новые возможности применения в практике Физиологического исследования метода к+-стимуляции протонных насосов корней низкосолевого статуса.
аггошїяііия pafinTw. основные материалы диссертации были представлены на III съезде ВОФР (С.-Петербург, 1993). на 2-й и 3-й конференциях "Регуляторы роста и развития растений" (Москва, 1993, 1995), на 6-ом семинаре-совещании "Совершенствование научно-теоретического и методического уровня преподавания Физиологии растений" ссмоленск. 1993), на Вторым чтениях, посвященных памяти Р.Е. Левиной СУльяновск. 1993).
публикации по материалам диссертации опубликовано б печатных работ.
структура и nfiTPM пиггрптянии. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, анализа полученным результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка и 6 таблиц. Список цитируемой литературы включает 158 наименований, из них 80 на иностранных языках.
Объектами исследования служили растения трех биотипов мягкой пшеницы CTriticum aestivura L.): яровая пшеница Московская 21, озимая пшеница Зритроспермум 998 и двуручка, полученная путем скрещивания Московской 21 и Зритроспермум 998. Все эти линии различаются по одному гену каждой из систем vrn и ppd. Яровая (Московская 21) не чувствительна к яровизации вследствие доминантности одного из генов системы vrn и менее, чем остальные, нуждается в длинном дне вследствие доминантности одного из генов системы ppd. Озимая (Зритроспермум 998) характеризуется высокой потребностью и в яровизации (не менее 60 дней), и в длинном дне, так как имеет все гены vrn и ppd в рецессивном состоянии. У их гибрида - двуручки все гены системы ppd рецесивны (как у озимой), один из генов системы vrn доминантен (как у яровой). Двуручка нуждается, как и озимая, в длинном дне; яровизация у двуручки не влияет на время перехода к репродуктивному развитию, но в условиях короткого дня может частично заменять потребность в длинном дне.
Перед проращиванием семена пшениц с целью поверхностной стерилизации обрабатывали 70% этиловым спиртом в течение 1 минуты, после чего тщательно промывали дистиллированной водой и размещали в чашки Петри на Фильтровальной бумаге,смоченной раствором 0.1 мМ CaS04. Проращивали в термостате при 20-с в темноте 3 дня, после чего одинаковые по длине колеоптиля и первичного корня проростки пересаживали на непрозрачные пластинки из полистирола с отверстиями по 10 штук на каждую. Пластинки с проростками помещали на стаканчики,заполненные 50 мл 0.1 мм раствора CaS04 (ежедневно обновляемого) так, чтобы зерновки не контактировали с раствором (зона корней была защищена от света и попадания Фитогормонов пш обработке побега). Стаканчики с проростками на 4-е сутки после проклевывания семян помещали в климатические камеры Фитотрона.где рас-
тения пшениц выращивали при освещении 23 тые.эРг/см2.температуре 20-С, 80%-й относительной влажности воздуха. Одна часть растений содержалась на коротком дне скд: 8 ч. света + 16 ч. темноты),другая часть на длинном дне СДД: 18 ч. света + 6 ч. темноты). Варианты опыта:
-
Контроль - растения пшениц разных биотипов в условиях короткого или длинного дня, находящиеся постоянно на растворе 0.1 мМ CaS04 (рВ=5.7).
-
Обработка побега гиббереллином Аз (ГАз) - раствором 0.1 мм CaS04 +
1.5-10-4 М ГАЗ (РН=5.7).
3. Обработка побега цитокинином - 6-бензиламинопурином С6-БАГО - рас
твором 0.1 MM CaS04 + 4.4-10-3 м б-Бдп (рН=5.7).
-
2-х часовой контакт корней перед началом измерений скорости н+-от-тока с раствором 0.1 MM CaS04 + 1.5-10-4 М ГАз СрН-5.7).
-
2-х часовой контакт корней перед началом измерений скорости н*-от-тока с раствором 0.1 MM CaS04 + 4.4-10-5 М 6-БАП СрН=5.7).
Обработку растворами, содержащими Фитогормоны в вариантах 2. 3 и раствором 0.1 мм CaS04 (рВ=5.7) в контроле (1) и вариантах 4, 5 начинали с 6-го дня после проклевывания семян. Контроль обрабатывали раствором 0.1 мМ CaS04. Обрабатывали погружением надземной части проростков в указанные растворы ежедневно на і мин.
У растений в возрасте 13-22 суток после прорастания семян анализировали рост и развитие молодых, зачаточных листьев, апекса побега, измеряли биомассу побега и корневой системы, определяли ацидоФицирую-щую активность корней Сскорость Н+-оттока по методике рН-теста). Указанный возраст проростков для рН-тестирования соответствует прохождению I - IV этапов органогенеза Спо Ф.М. Куперман) для исследуемых пшениц в индуктивных условиях.
Размеры листовых примордиев и высоту конуса нарастания определяли с помощью бинокуляра МБС-9 при увеличении * 57.5 (точность измерений - ±0.005 мм). О переходе растений к началу Формирования зачаточных цветочных меристем судили по увеличению размеров, апекса и его дифференциации.
Методика измерения ацидофицирущей активности корневой системы ("рН-тест") основана на регистрировании скорости Н^-оттока во время К+-стимуляции протонной помпы мембран клеток корней низкосолевого статуса (по воробьеву,1988). с этой целью проростки до определенного возраста содержали на 0.1 мМ растворе CaS04.K моменту измерений этот раствор заменяли на среду с калием - опытный раствор 0.1 мм CaS04 + 1 мм КСКрН=5.7) объемом 50 мл (корни пшениц,обработанные перед рН-тестом в течение 2 часов растворами Фитогормонов до переноса на среду с К* тщательно промывали раствором 0.1 мМ CaS04). После этого потенциометриче-ски регистрировали рН среды в течение первых 5 часов. Для вычисления скорости нмптока брали значения рН через 3- 5 ч. после начала тес-
тарования. Использовали иономеры и-130,ЭВ-74,измерительные рН-злектро-ды типа ЭСЛ-43-07,хлорсеребряные электроды сравнения типа ЭВЛ-1М-34.1.
Скорость Н+-оттока (у***-, мкМУчг) определяли по Формуле: [H+3t - [H+lt-2 [lf-]t,[H*]t-2 - концентрации протонов(ю-рНэ
vH+= — . v в опытном растворе через 2-часовые интервалы
2 га времени: t = 5 ч.: m - сырая масса корней 10
растений (г): V - объем опытного раствора: 2 - время, ч.
Для оценки достоверности результатов измерений использовали критерий Стьвдента. определяли коэффициенты корреляции между изменением скорости Н^-оттока из корней и изменением длины развивашикся листьев, апекса, ростом биомассы растений, вычисление.статистическую обработку коэффициентов корреляции и их достоверности вели с помощью программы "Statgraphics" Сверсия 2.1, "STSC, lnc", USA) в режиме Simple Correlations. Каждый вариант опыта закладывался в 4-кратной биологической и 5-кратной аналитической повторностях.
