Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор литературы 5
1.1.. Влияние электромагнитного поля на рост и развитие растений 5
1.2. Генетический эффект электромагнитного поля II
1.3. Биохимический эффект электромагнитного поля . 17
ГЛАВА 2. Условия, исходоый материал и методика опыта , 23
2.1. Почвенно-климатические и агротехнические условия 23
2.2. Исходный материал 26
2.3. Методика опыта 27
ГЛАВА 3. Результаты исследований 32
3.1. Влияние электромагнитного поля на хромосомные аберрации в митозе у сортов хлопчатника 32
3.2. Влияние электромагнитного поля на жизнеспособность пыльцы 35
3.3. Влияние электромагнитного поля на биохимические показатели в семядольных листьях 4-х дневных проростков сортов хлопчатника 42
3.4. Влияние электромагнитного поля на биохимические показатели в пыльце исходных сортов и гибридов Pj 52
3.5. Влияние электромагнитного поля на биохимические показатели в зародыше исходных сортов и реципрок-ных гибридов Pj и Rr, , . .67
3.6. Влияние электромагнитного поля на хозяйственно-ценные признаки сортов и гибридов Рт хлопчатника 89
Выводы 101
Список использованной литературы 103
Приложение 120
- Влияние электромагнитного поля на рост и развитие растений
- Биохимический эффект электромагнитного поля
- Почвенно-климатические и агротехнические условия
- Влияние электромагнитного поля на хромосомные аберрации в митозе у сортов хлопчатника
Введение к работе
Хлопчатник - одна из ценнейших сельскохозяйственных культур в СССР и многих других странах мира. Решениями ХХУІ съезда КПСС, Майского (1982г.) Пленума ЦК КПСС, УІ Пленума ЦК КП Узбекистана перед селекционерами поставлены ответственные задачи по созданию скороспелых сортов с высокой потенциальной продуктивностью и качеством волокна, устойчивых к болезням, с высокими адаптивными способностями к условиям среды,
В постановлении ХХУІ съезда КПСС было отмечено увеличение среднегодового производства хлопка-сырца до 9,2-9,3 млн.тонн и улучшения качества волокна.
В решении этой задачи, наряду с различными мероприятиями по интенсификации хлопководства, важную роль играет селекция высокоурожайных сортов.
Успехи селекции хлопчатника во многом зависят от уровня теоретических исследований в области генетики, изыскания путей создания новой полезной изменчивости, управления этой изменчивостью, изучения исходного материала, правильного его использования.
Последние 10-12 лет интенсивно внедряются новые генетические методы, основанные на получении исходного материала методами экспериментального мутагенеза. Хорошо изучены и широко применены в практике селекции ионизирующие излучения.
В настоящее время известны различные физико-химические факторы воздействия на растения, повышающие их урожайность и улучшающие качество получаемой продукции. Однако, растущие запросы народного хозяйства требуют поиска новых более эффективных приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных культур.
На пути изыскания новых источников, способных вызвать генетический эффект у растений, многие исследователи проводят опыты по изучению биологического действия магнитного поля (МП). Согласно их данным, под действием искусственных магнитных полей наблюдаются хромосомные аберрации, повышение энергии прорастания семян увеличение или уменьшение урожая в зависимости от напряженности.
Однако, все опыты по обработке магнитного поля проведены на полевых культурах, таких как ячмень, горох, томат и др., а на хлопчатнике имеются единичные работы.
В литературе нет данных об изучении влияния электромагнитных полей на обменные и цитоэмбриологические процессы хлопчатника .Исходя из этого, в данной работе нами поставлены задачи по изучению влияния электромагнитного поля (8ШЇ) разных напряженностей на:
1. Прохождение митоза у хлопчатника;
2. Жизнеспособность пыльцы гибридов Pj и исходных форм;
3. Количественное содержание нуклеиновых кислот, белков, аскорбиновой кислоты и активность пероксидазы в проростках сортов, а также в зародышах реципрокных межвидовых гибридов Fj и Pg и гибридной пыльце хлопчатника;
4. Хозяйственно-ценные признаки сортов и гибридов .
Влияние электромагнитного поля на рост и развитие растений
Влияние магнитного поля на развитие растений изучают уже более 80 лет. Первые опыты были проведены с водным растением, у которого наблюдалось замедление или ускорение протоплазмы под действием МП, а также увеличение скорости прорастания корешков рас тений и проницаемость клеточной оболочки (Савостин П.В.,1928).
В результате обработки луковиц, семян огурцов, картофеля и ячменя МП ускоряет созревание, повышается урожай этих культур (Кармилов В.И.І948; вое A. A., Saiunkhe D.K. , 1963).
Стимулирующее действие слабых магнитных полей в 20-60 эрстедов (э) на рост корневой системы у ржи и бобов, а также ускоренное прорастание семян пшеницы и кукурузы показали А.В.Крылов и Г. А.Тараканова (I960). Авторы обнаружили явление полярного тропизма растений в магнитном поле, что показано в ряде других исследований ( Pittman U.J., 1962; 1963; Audus L.J. , Wish J., 1964).
Ускоряется развитие и рост корней и ростков ячменя в МП с напряженностью 1200 Э. (Mericle R. P. ,Mericle L.W., Smith А.Е., 1964) ингибируется прорастание семян горчицы белой в постоянном магнитном ПОЛв (ПМП) (Edmiston Jean, 1975).
Обработка семян пульсирующим переменным магнитным полем интенсифицирует ростовые процессы у риса: увеличивается масса сухого вещества проростков, ускоряется появление всходов и боковых побегов, увеличивается накопление сухого вещества в период онтогенеза (Годунов В.А.,Власова В.П. ,Фанян К.К. ,1975).
Стимулирующее влияние на рост, развитие и урожайность подсолнечника, кукурузы и сои оказывает вода, обработанная МП (Дардымов И.В. и др.,1965). Вода, обработанная ПМП (2200 э), обладает физической активностью (Попов М.П. ,1974).
Действие ПМП в 500, 1000 и 5000 э на луковицы нарцисса, лука амариллиса в течение 2 месяцев вызвало торможение роста корня, появление ИЗГИбов, уТОЛЩеНИЙ И ДОПОЛНИТеЛЬНЫХ боКОВЫХ КОрнеЙ (Dun-lop D.W. , Schmidt Б. L. , 1964; 1965).
Магнитное поле небольшой напряженности (20-60 э) стимулирует прорастание семян овса, пшеницы, ржи, огурцов, бобов (Новицкий Ю. -И.,1967), гороха, кукурузы (Hutin С.,Renard Н., 1973), ЛЮЦврны (Баранский П.И,,Мищенко А.Т.,Паша П.Н.,1982). Эта стимуляция сказывается в высоте растений и длине корневой системы и сопровождается снижением потребления кислорода на 15$.
Исследователи отмечают изменение скорости движения хлороплас-тов у элодэи в зависимости от времени действия МП. Так, в летний период магнитное поле ускоряет движение хлоропластов, а к осени снижает, что, возможно, объясняется снижением метаболизма (Тагеев СВ.«Казанцев Э.Н.,1962; Новицкий Ю.И., 1967).
Явление ориентации корневой системы под влиянием геомагнитного поля (ІОДІ) и ЭМИ изучали многие исследователи и пришли к выводу, что растения переориентируют корневую систему в случае изменения направления МП (Pittman U.J. , 1964; 1967; Audus L.J., 1964; Новицкий Ю.И.,1978). Сухие семена гороха, помещенные в слабое МП параллельно магнитному полю Земли, дали более высокие растения, чем семена, помещенные антипараллельно магнитным полям.
Установлено, что сильные пульсирующие магнитные поля стимулируют рост проростков пшеницы, причем уровень стимулирующего воздействия такой же, как и при предпосевной обработке слабым МП ( Ruml М. et al. ,1981).
Магнитные свойства растения тесно связаны с электрическими свойствами его частей, так как плазмы определяют магнитные свойства ЖИВОЙ КЛеТКИ ( Ssawostin Р. V/. , 1930; Ambrose Е., 1965). Я.Г.Дор фман (1966) связывает действие слабого ПМП на биологические объекты с биотоками. Исследователи отмечают также связь электрических свойств растений с электрическим состоянием атмосферы (Шидло-вская М.Л. Журбицкий 3.И.,1966).
Биохимический эффект электромагнитного поля
Генетические эффекты могут быть обусловлены как нарушениями биохимических процессов, так и непосредственным воздействием ЭШ1 на ДНК. Генетические эффекты ЭМП высоких интенсивностей, возможно, объясняются нагреванием клеток и тогда нельзя объяснить генетические эффекты слабых полей (Пресман A.C.,I968;Maietto s. ,Vai f re F., 1966). Полагают, что влияние искусственных ЭМП обусловлено непосредственным влиянием полей на биохимические процессы и, прежде всего, на структуру воды, в которой эти процессы происходят. Одной из основных причин эффекта ЭМП считают их действие на молекулярном уровне.
Биохимический эффект ЭМП установлен как на клеточном, так и на организменном уровнях. Еще П.В.Савостин (1937) считал, что действие постоянного магнитного поля определяется действием на биохимические реакции, на магнитные массы веществ клетки и на биотоки.
А.Заботин (1965) отмечает торможение интенсивности фотосинтез за. С возрастанием напряженности поля уменьшается количество связанной воды.
Рост корневой системы у ржи при напряженности магнитного поля 60 э и в однородном поле колец Гельмгольца (20 и 10 э) сопровождается снижением потребления кислорода проростками (новицкиЙ Ю.И.,и др.,1965). Те же исследователи обнаружили увеличение размера ядер, ядрышек и содержание РНК в стебле и корнях люпина.
Ю.И.Новицкий и др.(1965;1966) при выяснении биохимических механизмов влияния сильных и слабых магнитных полей пришли к выводу, что слабые МП (20-60 э) стимулируют рост растений в первые 23 дня прорастания семян, когда ферментативная активность низка. МП приводит к пониженному потреблению кислорода, однако увеличивает частоту митоза и повышает содержание ДНК в клетках растений. М.А.Шишло (1966) отмечает, что магнитное поле влияет не только на окислительные процессы, но и усиливает гликолиз. Он считает, что МП, в первую очередь оказывает влияние на биологические мембраны.
Опыты на животных и растительных объектах показали, что наибольшие изменения наблюдаются в ферментах, расположенных в митохондриях, где происходят основные реакции фосфорилирования (Тара -Канова Г.А. ,1968). В другой работе (Стрекова В.Ю.,Тараканова Г.А. 1972) показано влияние магнитного поля на ультраструктуру митохондрий: МП низкой напряженности (62 э) не вызывает значительных нарушений структуры митохондрий, а МП высокой напряженности (12000 э) изменили структуру в широких пределах. В последнем случае митохондрии находятся в разных стадиях набухания, встречаются шаровидные митохондрии, митохондрии с разрушенными кристами или расслоенными мембранами. Авторы связывают изменения в структуре митохондрий с изменением энергетического обмена под влиянием магнитного поля.
Ферменты, катализирующие реакции биологического окисления и окислительного фосфорилирования, находятся в митохондриях, поэтому нарушение структуры митохондрий под действием МП влечет, возможно подавление синтезов и понижение митотической активности,что приводит к изменению темпов роста.
Одной из причин понижения митотической активности может быть снижение энергетической эффективности дыхания в МП (Тараканова Г.А 1966). Подавление дыхания у проростков подсолнечника под влиянием магнитного поля отмечает в своих работах Ц.М.Гемишев (І97І;І972; 1974).
Существует гипотеза о многосторонних ЭШ1-взаимосвязанных внутри организма по которой молекулы ДОК рассматриваются как генераторы радиочастотных сигналов, молекулы РНК - как усилители, а ферменты и аминокислоты являются как бы исполнителями сигналов, оболочка клетки выполняет роль шумового фильтра ( New. biological effects of R-F, 1959). Опытами показано, что молекула ДНК ориентируется осью перпендикулярно линиям магнитного поля (Мекшенков М.И.,1965 а,1965 б). Ранее Я.Г.Дорфман (1962) предложил гипотезу, согласно которой сильные магнитные поля должны вызвать почти пол ную ориентацию диамагнитных стержнеобразных макромолекул ДНК и РНК.
Содержание ДНК и РНК на культуре тканей мордовника шароголо-вого после воздействия постоянным магнитным полем уменьшается, а позднее количество нуклеиновых кислот несколько увеличивается, содержание белка также изменяется в зависимости от времени воздействия (Шмыкова Н.А.,Березнеговская Л.Н.,1975).
В другой работе отмечается значительное увеличение содержания ДНК и существенное снижение РНК в семенах шелковицы, обработанных постоянным магнитным полем (Дидебулидзе К.А. ,Тотадзё Л.Э., 1980). Авторы полагают, что по изменению количественного содержания нуклеиновых кислот можно определить гомеостаз организма, его нормальное и патологическое состояние в отношении электрофизических факторов.
Почвенно-климатические и агротехнические условия
Опыты проводили в течение I98I-I983 г.г. в учебно-опытном хозяйстве Ташкентского ордена Дружбы народов сельскохозяйственного института, расположенного в северо-восточной части города Ташкента на высоте 48,1 м. над уровнем моря, 41ПП северной широты и 3851п восточной долготы.
Почва опытного участка относится к незасоленным староорошаемым типичным сероземам с малым содержанием гумуса. По механическому составу почва относится к средним суглинкам, подпочва к лессовым суглинкам. Рельеф ровный. Грунтовые воды залегают на глубине 6-8 метров. Реакция почвенного раствора - слабо-щелочная.
Ввиду малого содержания гумуса, почва требовательная и минеральным и органическим удобрениям. При поливах образуется корка. Предшественниками опытного участка являлись плодовые деревья: слива, персик, фисташка.
Климат по всей территории носит резко континентальный характер. Солнечных дней в году - 180, безморозных - 200-210. Характерны большие суточные амплитуды колебаний температуры с резким переходом от высоких дневных температур к низким ночным. В осенне-ве-сенний период выпадает незначительное количество осадков, а летом осадков почти не бывает. Характеристика метеорологических- условий в годы исследований по данным Боз-Суйской агрометеорологической станции приведена в таблице 2.I.I.
Агротехника опытного участка заключается в создании оптимальных условий для нормального роста и развития хлопчатника. При проведении опытов применяли агротехнику, оптимальную для сероземов.
Ежегодно осенью проводили зяблевую вспашку на глубину 28-30 см с предварительным внесением суперфосфата из расчета 300 кг/га. Весной проводили чизелевание, боронование и малование почвы. Затем маркировали опытный участок и проводили ручной посев семян сортов по схеме 60 х 25 х I, а гибридные семена- 60 х 30 х I, заделывая их на глубину 5-6 см по 4-8 штук в каждое гнездо. После двух прореживаний оставляли по одному растению в гнезде, В течение вегетационного периода проводили один подпитывающий и 5 вегетационных поливов. Вегетационные поливы проводили по схеме I-3-I: один полив до цветения, три в период цветения и один в вонце плодообразования. Поливная норма вегетационных поливов составляла 8000 м3/га.Дважды были внесены удобрения из расчета 250 кг/га - N , 150 кг/га 2 и Ю кг/та
В опыт были привлечены сорта хлопчатника Ташкент-1 вида Gossy-pium hirsutum L. И C-6030 вида G.barbadense L. » a акже pe ципрокные гибриды между ними: І) Ташкент-І х С-6030, 2) С-6030 х Ташкент- І Оба вида являются естественными аллотетраплоидами с геномом 2(А Д) G.hirsutum L. И 2( А Д) - G.barbadense L
Хлопчатник самоопылитель, способный к факультативному перекрестному опылению. Самоопыление не вызывает заметной депрессии ( Walker j.т. 1969; Бей Амаду, Марцинковская М,И,t 1981). В опыте были использованы элитные семена сортов Ташкент-1 и С-6030,
Сорт Таикент-1. Выведен в научно-исследовательском институте экспериментальной биологии растений АН Узбекской ССР методом отдаленной гибридизации между советским сортом С-4727 и диким ХЛОПЧаТНИКОМ mexicanum nervosum , ОТНОСЯЩИМСЯ К ВИДУ Gossypium hirsutum L .Районирован с 1971 г. Отличается от всех советами сортов вилтоустойчивостыо. По началу созревания первых коробочек приближается к сорту І08-Ф, но отличается высоким темпом их раскрытия. Куст пирамидально-широкий, ветви средней длины (I-II типов) слабо опущены. Стебель прочный. Устойчив к полеганию. Коробочка крупная, округлой формы, масса хлопка-сырца одной коробочки 6,5-7,5 г. Вегетационный период длится 139 дней. Выход волокна 36-38$. Длина волокна 32-33мм., тонина 5200-5300, разрывная нагрузка 4,6-4,9 г. Волокно используется в промышленности как У или УІ тип.
Высе-вается во всех областях Узбекской ССР, а также в Киргизской ССР и Таджикской ССР. СФрт С-6 0 3 0. ОТНОСИТСЯ К ВИДУ Gossypium barbadense L.
Выведен в ВНИИССХ им.Г.С.Зайцева,путем гибридизации сортов 6022х C-60I5 и направленным отбором. Куст колонкообразный, высота растений 100-110 см. Окраска стебля зеленая, стебель не опущен, не полегает.Высота закладки первой симподии на 4-5 узле. Листья трех-пяти лопастные, крупные, окраска темноееленая. Цветок крупный, окраска лепестков лимонно-желтая и имееш антоциановое пятно.Пыльники желтого цвета. Прицветники крупные, коробочка яйцевидная масса хлопка-сырца одной коробочки 3,6-4 г. Вегетационный период длится 140-145 дней. Длина волокна 41-43 мм., выход волокна 28-30$, тонина - 8120. Волокно II типа, крепость низкая.
Влияние электромагнитного поля на хромосомные аберрации в митозе у сортов хлопчатника
Нуклеиновые кислоты. Исследование нуклеиновых кислот имеет большое значение в научении процессов хранения, передачи и реализации наследственной информации организмов. Результаты исследования нуклеиновых кислот могут служить показателем "удельной физиологической активности ткани" (Конарев В.Г. Стерев С.Л.,1970).
Исходя из этого, мы сочли нужным определить влияние ЭМП на их количественное содержание.
В контрольном варианте семядольные листья 4-х дневных проростков сорта Ташкент-1 содержат больше ДНК, но меньше РНК по сравнению с сортом С-6030 (Таблица 3.3.6.).
ЗМП вносит изменения в их количественное содержание: с увеличением напряженности увеличивается количество ДНК и РНК. В семядольных листьях 4-х дневных проростков сорта Ташкент-1 количество ДНК и РНК возрастает в опытных вариантах. По количеству ДНК и РНК существенное отклонение от контроля отмечается уже при напряженности 1000 э, дальнейшее увеличение напряженности высоко достоверно увеличивает эти показатели (граф.3.3.4-3.3.5).
Наибольший положительный эффект на содержание ДНК в семядольных листьях 4-х дневных проростков сорта Ташкент-1 оказывает напряженность в 2500 э. Действие напряженностей 1500 и 2500 э почти идентичное. Варьирование между I и П,Ш и ІУ вариантами достоверное по содержанию ДНК.
Содержание РНК у сорта Ташкент-1 одинаково меняется при напряженности 1000 и 1500 э, 1500 и 5000 э. Различный эффект на ко личество РНК оказывает напряженности 1500 и 2500 э, 2500 и 5000э.
Оумма нукл еиновых кислот во всех опытных вариантах больше, чем в контроле. Линейная зависимость показателя от величины напряженности наблюдается до 2500 э, а последняя несколько уменьшает сумму нуклеиновых кислот. Варьирование между всеми вариантами опыта существенное, т.е. действие каждой напряженности в разной степени увеличивает сумму нуклеиновых кислот.
Предпосевная электромагнитная обработка семян сорта С-6030 также внесло существенное изменение в количественное содержание нуклеиновых кислот: достоверное увеличение количества ДНК начинается при напряженности 1500 э, которое растет с увеличением напряженности (граф.3.3.4.).
Лучший результат достигается при напряженности 5000 э. Количество РНК в семядольных листьях сорта С-6030 достоверно увеличивается уже в первом опытном варианте. С увеличением напряженности оно возрастает. Лучший результат по РНК, также как по ДНК при напряженности 5000 э.
Оумма нуклеиновых кислот у сорта С-6030 растет прямо пропорционально напряженности ЗМП. Соотношение РНК : ДНК в опытных вариантах меньше, чем в контрольном. Наименьшее соотношение при напряженности 5000 э.
Белки - являются основным субстратом жизненных явлений,представляют собой высокомолекулярные вещества, построенные из остатков аминокислот. Влияние ЭМП на количественное содержание белков в семядольных листьях 4-х дневных проростков сортов хлопчатника представлено в таблице 3.3.7. ШП увеличивало содержание белков как у сорта Ташкент-1, так и у С-6030.
У сорта Ташкент-1 высоко существенное влияние на показатель начинается при напряженности ЭМП в 2500 э, где наибольшее отклоне-ниє от контроля. 5000 э также высоко достоверно увеличивает количество белков в семядольных листьях 4-х дневных проростков, однако несколько в меньшей степени, чем предыдущая напряженность. Влияние напряженности 1000 и 1500 э однотипно и несущественно изменяют белки. Исходя из варьирования по количеству белков между двумя последними вариантами, можно говорить об одинаковом эффекте их напряженностей на показатель.
В семядольных листьях С-6030 напряженности 1000, 1500 э и 2500 э изменили содержание белков несущественно. Действенным является напряженность в 5000 э, где отклонение от контроля высоко достоверно. Первые три напряженности оказывают почти идентичный эффект на количественное содержание белков. В семядольных листьях проростков сорта С-6030 действие напряженности в 5000 э отличительно от действия 1000 и 1500 э, т.к. варьирование между этими вариантами по количеству белков существенное. Пероксидаза - двухномпонентный фермент, активная группа которого содержит железо и выполняет роль окислителя органически ких соединений, активируя в живых тканях кислород перекисей.
Активность пероксидазы в семядольных листьях сорта Ташкент-1 возрастает после обработки . семян ЭМП (таблица 3.3.8.). 1000 э и 1500 э оказывают однотипное существенное влияние на фермент, а влияние 2500 и 500 э высоко существенное. При этом напряженность 2500 является наиболее эффективной, которая увеличивает активность фермента.
