Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ
УКРАЇНСЬКОЇ АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК
УДК 574:581.524.1:[581.13:633.1
АЛЕЛОПАТИЧНА ДІЯ ЕКЗОМЕТАБОЛІТІВ КУЛЬТУРНИХ ЗЛАКІВ У АГРОФІТОЦЕНОЗАХ
Спеціальність: 03.00.16 –екологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора сільськогосподарських наук
Київ –
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у Харківському національному аграрному університеті
ім. В.В.Докучаєва (кафедра генетики, селекції та насінництва) Міністерства аграрної політики України
|
Науковий консультант: Офіційні опоненти: Провідна установа: |
доктор біологічних наук, професор Головко Ераст Анатолійович Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, завідувач відділу доктор сільськогосподарських наук Бублик Людмила Іванівна Інститут захисту рослин НАН України, старший науковий співробітник, завідувач лабораторії; доктор біологічних наук, професор Гуляєв Борис Іванович Інститут фізіології рослин та генетики, провідний науковий співробітник відділу екології фотосинтезу доктор сільськогосподарських наук Рахметов Джамал Бахлул Огли Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, завідувач відділу нових культур Уманський державний аграрний університет Міністерства аграрної політики |
Захист дисертації відбудеться 23.02. 2004р. о_13_год. на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д26.371.01 при Інституті агроекології та біотехнології УААН за адресою: 03143, м.Київ, вул. Метрологічна, 12.
З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Інституту за адресою: 03143, Київ-143, вул. Метрологічна, 12
Автореферат розісланий 22січня 2004р.
Вчений секретар спеціалізованої
Вченої ради,
кандидат сільськогосподарських наук Заякіна Г.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Необхідність виробництва якісної сільськогосподарської продукції вимагає подальшої розробки ряду корінних проблем біології, зокрема, вивчення особливостей взаємовідносин рослин, які поряд з іншими факторами визначають характер їх росту і розвитку та продуктивність рослинної спільноти.
За останні майже 50 років доказано існування хімічної взаємодії рослин (алелопатія) шляхом прижиттєвих виділень і продуктів розпаду рослинних залишків (Гродзинский, 1965,1973,1991; Райс, 1978; Матвеев,1994; Головко, 2002). Не зважаючи на велику кількість публікацій стосовно характеристики алелопатично активних виділень різних культур, в літературі мало відомостей щодо виділень зернових злаків, їх використання для вирішення практичних завдань рослинництва та селекції. Велику роботу в цьому напрямку здійснював Г.Ф. Наумов (1975, 1985, 1991, 1992), який розробив методику отримання екзометаболітів проростаючого насіння та започаткував вивчення алелопатичних властивостей зернових злаків.
Випадки спонтанного виникнення віддалених гібридів різних видів пшениці, пшениці і жита в штучно створених агрофітоценозах в літературі описуються дуже часто (Zohary, 1961; Дорофеев, 1984; Жученко, 1988). Відомі і можливі причини їх виникнення, які в основному зводяться до різного роду порушень в рості і розвитку рослин та їх репродуктивних органів. Без сумніву, ці причини відіграють велику роль в утворенні віддалених гібридів і деякою мірою можуть пояснити причини їх спонтанного виникнення. Проте в літературі немає пояснення причин, які приводять до порушень в рості і розвитку рослинного організму та його репродуктивних органів. Їх виникнення пояснюється дією спонтанних чинників і не уточнюється, яких саме. Зовсім не розглядається дія алелопатично активних речовин, які виділяються у процесі росту тими або іншими рослинами. Разом з тим вивчення алелопатичних властивостей культурних злаків, розуміння біологічної ролі їх виділень дасть можливість по-новому підійти до деяких проблем теоретичних основ рослинництва та селекції.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертаційної роботи покладені результати, отримані автором при виконанні планів наукових тем проблемної лабораторії алелопатії насіння при кафедрі генетики, селекції та насінництва Харківського національного аграрного університету імені В. В. Докучаєва, в яких автор був відповідальним виконавцем окремих розділів. Це такі теми: “Разработать теоретические основы получения биологически активных веществ стимулирующего и регулирующего действия из прорастающих семян-доноров и практические приёмы предпосевной обработки ими семян полевых культур для улучшения их посевных качеств и урожайных свойств и использования в селекционно-семеноводческой роботе” (ГР №01830074969, 1981-1990 г.г.); “Практичні прийоми використання алелопатичних (фізіолого-біохімічних) властивостей проростаючого насіння, рослин та мікроорганізмів в екологізації землеробства та виробництва екологічно чистої продукції”. (ДР №01974008169, 1996-2000 рр.).
Мета і завдання досліджень. Головна мета наших досліджень –вивчення механізмів алелопатичної дії едифікаторів злакових фітоценозів та їх ролі у міжвидовій взаємодії різних видів і сортів злаків залежно від умов навколишнього середовища та етапу онтогенезу.
Дослідженнями передбачалося:
Об’єкт досліджень –видова і сортова специфічність культурних злаків; алелопатична активність і толерантність; алелопатично активні речовини едифікаторів культурних фітоценозів, які виконують функцію екологічних хеморегуляторів та їх роль у взаємодії різних видів злаків; продуктивність пшениці залежно від дії алелопатично активних речовин.
Предмет дослідження: алелопатичні особливості представників родини Poaceae: Tr. аestivum L., Tr. durum Desf., Secale cereale L., Triticum aestivum forme.
Методи дослідження: польовий; лабораторний; лабораторно-польовий; біохімічний –для визначення вмісту нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях; мікробіологічний –для визначення вмісту вітамінів групи В та інозиту у кореневих виділеннях; хімічний –для визначення концентрації хлорофілу, фосфору, цукрів, білка; вимірювально-ваговий –для визначення біометричних показників гібридів першого і другого покоління та батьківських рослин за варіантами дослідів; віддалена міжродова і міжвидова гібридизація; електрофорез легкорозчинних білків; цитологічні –для визначення мітотичного індексу і мітотичної активності та хромосомних порушень; математично-статистичний –для оцінки вірогідності отриманих результатів і визначення кореляційних відносин; розрахунково-порівняльний – для оцінки дії алелопатично активних речовин.
Наукова новизна роботи. Уперше вивчені алелопатичні властивості найбільш розповсюджених в культурі видів пшениці Tr.aestivum L., Tr. durum Desf., жита (Secale cereale L.), тритикале (Triticum aestivum forme). Установлено, що алелопатична активність і толерантність культурних злаків залежить від виду, сорту, етапу онтогенезу і умов навколишнього середовища. Доказано, що алелопатична активність кореневих виділень даних культур обумовлена наявністю в них ферментів, вітамінів, нуклеїнових кислот, гіберелінів, ауксинів, амінокислот (лізину, гістидину, аланіну, валіну, метіоніну, лейцину), вуглеводів (моно- і дисахарів), органічних кислот, ліпідів, фенольних сполук.
Алелопатично активні речовини (коліни) едифікаторів культурних фітоценозів –це біотичний екологічний фактор. Ці речовини накопичуючись у коренезаселеному прошарку виступають як компоненти культурального середовища для одиноких рослин інших видів. Надходячи через кореневу систему, вони впливають на метаболізм одиноких рослин інших видів, адаптація яких у фітоценозі досягається за рахунок модифікаційної і генетичної мінливості, тобто шляхом перебудови комплексу фізіолого-біохімічних ознак рослинного організму. Модифікаційна і генетична мінливість веде до нестабільності геному. Використання одинокої рослини одного виду в агрофітоценозах іншого виду як материнської форми підвищує схрещуваність різних видів пшениці, пшениці і жита, життєздатність гібридів першого покоління та змінює формоутворення в популяції гібридів другого покоління. Біогенетична суть алелопатії полягає перш за все в тому, що метаболіти детермінатів консорцій виступають як компоненти природного середовища з вектором кумулятивної дії. Такий підхід, а також розроблені нами уявлення про алелопатичний механізм компонентів фітоценозу дозволили пояснити причини виникнення спонтанних гібридів різних видів злаків. Алелопатично активні речовини, які продукуються рослинами, виконують функцію екологічних хеморегуляторів і належать до найважливіших факторів навколишнього середовища.
Практична цінність. Запропонована методика, яка дозволяє покращити схрещуваність різних видів пшениці, пшениці і жита, життєздатність і продуктивність віддалених гібридів першого покоління. Доказана можливість розширення спектра формоутворення в популяції гібридів другого покоління за допомогою алелопатично активних речовин. На основі проведених досліджень розроблена методика використання екзометаболітів проростаючого насіння для допосівної обробки насіння зернових культур, що дозволяє суттєво підвищити їх продуктивність - на 3,6 –,3 ц/га.
Результати досліджень щодо використання екзометаболітів проростаючого насіння для допосівної обробки насіння впроваджені в колективних і фермерських господарствах Сумської, Харківської і Донецької областей на площі 250 га, що підтверджується довідками та актами конкретних господарств.
Особистий внесок здобувача. Здобувачем висунута гіпотеза, розроблена програма досліджень і відповідно до обраних методик проведені лабораторні, польові і виробничі досліди. Робота виконана автором самостійно, а також за участю співробітників проблемної лабораторії алелопатії насіння при кафедрі генетики, селекції та насінництва Харківського національного аграрного університету імені В. В. Докучаєва.
У виконанні окремих дослідів брали участь співробітники лабораторії масових аналізів вищевказаного університету Л. Ф.Опара, М.В.Солодовнікова; кафедри рослинництва –С.О.Білецька, землеробства –Н.А. Кудря. Дослідження з визначення вмісту вітамінів у кореневих виділеннях проведені в лабораторії фізіології рослин Інституту рослинництва ім. В. Я. Юр’єва канд. біол. н
аук Л. В. Закревською, електрофорез легкорозчинних білків –у лабораторії білкових речовин і азотистого обміну Інституту експериментальної ботаніки ім. Купревича АН Білорусії канд. біол. наук З. І. Шелег. Автор щиро вдячний всім співробітникам, які допомагали у виконанні цієї роботи.
Особливої вдячності заслуговує нині покійний професор Г.Ф.Наумов, який ініціював цю роботу і сприяв її виконанню.
У проведенні досліджень і їх узагальненні частка автора становить 80 %.
У спільних з колегами публікаціях участь автора складає 50-90 %.
Апробація роботи. Результати досліджень, основні положення і висновки дисертації доповідалися, обговорювалися і надруковані в матеріалах: міжнародної наукової конференції “Наукові основи стабілізації рослинництва” (Харків, 1999); міжнародної науково-виробничої конференції (Пенза, 2000); XI з’їзду Укр. бот. товариства (Харків, 2001); наукової конференції НАН України, присвяченої 75-річчю з дня народження акад. А. М. Гродзинського (Київ, 2001), наукових семінарів Національного ботанічного саду НАН України „День алелопатії” (Київ, 1998, 2002); щорічних наукових конференцій професорсько-викладацького складу Харківського національного аграрного університету
ім. В.В. Докучаєва.
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано дві монографії та 30 експериментальних робіт, у тому числі 23 статті у провідних фахових виданнях.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, опису методів дослідження, 8 розділів викладення результатів досліджень, висновків, списку цитованої літератури (553 першоджерела) .Матеріали роботи викладено на 375 сторінках машинописного тексту. Дисертація містить 82 таблиці та 60 рисунків.
Цей розділ складається з трьох підрозділів, у яких наведено дані про напрями досліджень в алелопатії, узагальнено дані стосовно хімічної природи алелопатично активних речовин та їх дії на рослини а також показана можливість їх використання для вирішення практичних завдань рослинництва та селекції . Проаналізовано інформацію щодо механізмів взаємодії і труднощі використання віддаленої гібридизації в селекції рослин та методичні аспекти допосівної обробки насіння різних сільськогосподарських культур. На підставі здійсненого аналізу обґрунтовано необхідність і перспективи проведення досліджень.
УМОВИ, ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
Об’єктами досліджень були представники родини Poaceae: Triticum durum Desf. 2n=28; Triticum aestivum L. 2n=42; Secale cereale L. 2n=14; Triticum aestivum forme 2n=42. Види злаків, які використовувалися в експериментах, представлені сортами твердої пшениці : Харківська 46, Харківська 5, Macome, Безенчуцька 182, Людмила (hordeiforme), Саратовська 52, Саратовська 40 (melanopus), м’яка пшениця –Саратовська 29, Mano, Жигулівська (lutescens), Грекум 114 (graecum), Siete cerros 66 (erythroleucon), Red river 68, Індія 6006, Саратовська 53, Краснокутська 9, Луганська 7 (erythrospermum). Яре жито у дослідах представлено сортами Ленінградське місцеве і Somro (К 9693, Німеччина); озима пшениця - сортом м’якої пшениці Миронівська 808 (lutescens); тритикале - сортом Аїст Харківський.
Матеріалом для досліджень були кореневі виділення проростаючого насіння твердої і м’якої пшениці, жита і тритикале різного віку. Для вивчення взаємодії рослин різних видів злаків створювали агрофітоценоз, в якому рослини одного виду були висіяні в абсолютній більшості, а іншого –поодиноко. Одинокі рослини використовували як материнську форму при віддалених схрещуваннях. Контролем слугували рослини, які вирощували в традиційних агрофітоценозах.
Допосівна обробка насіння озимої і ярої пшениці проводилася екзометаболітами (екстрактом) проростаючого насіння, які отримували за методикою Г. Ф. Наумова та ін. (1975, 1978). Для виконання поставлених завдань було застосовано комплексний підхід, що передбачав використання лабораторних, лабораторно-польових та польових методів. Кількість нуклеїнових кислот у проростках різних видів пшениці визначали за методикою О. М. Кулаєвої і Е. З. Попової (1965). Нуклеїнові кислоти у виділеннях визначали спектрофотометричним методом (Ермаков и др., 1972). Вміст цукрів і NPK в узлах кущіння і листях озимої пшениці - за методиками А. И. Ермакова та ін. (1972) і Г. М. Лясковського (1969). Площу листової поверхні –за методикою Х. Н. Починка (1976). Технологічні властивості зерна визначали відповідно до ГОСТ 135861-68 і ГОСТ 10846–. За допомогою мікробіологічного методу Е. М. Одінцової (1959) визначали вміст вітамінів групи В та інозиту у кореневих виділеннях проростків: тіаміну (В), піридоксину (В), пантотенової та нікотинової кислот та інозиту. Мітотичний індекс і мітотичну активність у корінцях різних видів пшениці визначали за методикою З. П. Паушевої (1980), хромосомні порушення –З. В. Абрамової та ін. (1974). Електрофоретичний аналіз легкорозчинних білків проводили за методикою В. И. Сафонова і М. П. Сафонової (1971).
Обліки та спостереження за характером росту і розвитку вели у відповідності до Методики держсортовипробування (1981). При досягненні рослинами фази колосіння проводили схрещування за загальноприйнятою методикою. Запилення рослин примусове та обмежено примусове. Життєздатність віддалених гібридів першого покоління визначали за схожістю гібридних зернівок і виживаністю, тобто за кількістю рослин, що збереглися до моменту збирання. Структуру врожаю віддалених гібридів визначали за Методикою держсортовипробування с.-г. культур (1981), фертильність віддалених гібридів першого покоління визначали як у середньому, так і в групах, для чого умовно розбивали їх на рослини з кількістю зерен від 1 до 10 і від 11 до 20 і від 21 до 30 і від 31 до 40. При діленні віддалених гібридів другого покоління на фенотипи провідною ознакою було прийнято відношення довжини колоскової луски до її ширини. Як вважали М. Г. Мейстер (1930) і Л. М. Наумова (1964), ця ознака найбільш надійна при групуванні рослин. Крім того, для характеристики гібридів другого покоління за фенотипом використовували ознаки видів і різновидностей.
Озиму пшеницю розміщували по чорному пару, еспарцету та кукурудзі на силос. Площа ділянки 100 м, повторність чотириразова. У виробничих дослідах площа ділянки обмежувалася кордонами поля, але обов’язковою умовою була наявність контрольної ділянки, площею 2 га. Виробничі досліди проводили в учгоспі університету та господарствах Сумської, Харківської та Донецької областей. Допосівну обробку насіння здійснювали малооб’ємним способом, при якому в період обробки відбувається тільки поверхневе зволоження посівного матеріалу. Для цього використовували екстракт 100% концентрації в кількості 3-4 % від маси насіння. Обробку проводили на машині для протруювання насіння ПС-10 та „Супермобітокс”. На гектарну норму висіву насіння витрачали 6-7 л екстракту. Після обробки насіння озимої пшениці затарювали в мішки. Вологість насіння відразу після обробки підвищувалася на 3-3,5 %, але протягом доби знижувалися на 2 %. Таке насіння висівали в день обробки або наступного дня.
Для інтерпретації отриманих результатів використовували дисперсійний, кореляційний та кластерний аналіз (Доспехов, 1973; Пакудин, Лопатина, 1984; Eberhart, Russell, 1996). Статистичні помилки в дослідах були в межах 5 %.
НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ В КОРЕНЕВИХ ВИДІЛЕННЯХ
КУЛЬТУРНИХ ЗЛАКІВ
Сортова і видова специфічність кореневих виділень за вмістом нуклеїнових кислот. Дослідження за сортовою і видовою специфічністю кореневих виділень за вмістом нуклеїнових кислот приведені на прикладі десятиденних проростків м’якої і твердої пшениці, жита і тритикале. Досліди з м’якою пшеницею показали, що її сорти істотно різняться за вмістом нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях (табл.1).
Таблиця 1
Вміст нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях десятиденних
проростків м’якої пшениці
|
Сорт |
Вміст, мг/100 см |
Співвідношення РНК/ДНК |
|
|
ДНК |
РНК |
||
|
Миронівська 808 |
0.427 |
.150 |
.719 |
|
Саратовська 52 |
0.456 |
.310 |
.452 |
|
Саратовська 48 |
0.468 |
.380 |
.359 |
|
Самарська |
0.417 |
.930 |
.424 |
|
Жигулівська |
0.398 |
.630 |
.121 |
|
Mano |
0.381 |
.550 |
.317 |
|
Індія 6006 |
0.376 |
.490 |
.282 |
|
Red river 68 |
0.365 |
.380 |
.260 |
|
Грекум 114 |
0.351 |
.180 |
.060 |
|
НІР |
0.012 |
.047 |
.018 |
Вміст ДНК у виділеннях сортів Миронівська 808, Саратовська 52 і Саратовська 48 вищий, ніж у виділеннях сортів Самарська, Жигулівська, Mano, Індія 6006, Red river 68 і Грекум 114. Найменша кількість ДНК міститься у виділеннях сорту Грекум 114. Вміст РНК у кореневих виділеннях змінюється аналогічно зміні вмісту ДНК. Тобто, в порядку зменшення РНК в кореневих виділеннях сорти можна розташувати в такому порядку: Саратовська 48 > Саратовська 52 > Миронівська 808 > Самарська > Жигулівська > Mano > Індія 6006 > Red river 68 > Грекум 114. Сорти м’якої пшениці різняться і за співвідношенням РНК/ДНК. Отже, сортова специфічність кореневих виділень м’якої пшениці спостерігається як за вмістом нуклеїнових кислот, так і за співвідношенням РНК/ДНК. За вмістом нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях різняться і сорти твердої пшениці, які умовно можна розділити на дві групи: 1) –рівень ДНК 0,457-0,405 мг/100см, рівень РНК 4,430-4,021 мг/100см; 2) –рівень ДНК 0,388-0,361 мг/100см, рівень РНК 3,620-3,410 мг/100см. Сорти першої групи містять у кореневих виділеннях значно більше нуклеїнових кислот, ніж сорти другої групи. У межах цих груп існує сортова специфічність як за вмістом нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях, так і за співвідношенням РНК/ДНК.
Сортова специфічність кореневих виділень за вмістом нуклеїнових кислот виявлена нами у жита. Вона свідчить, що у кореневих виділеннях сорту Ленінградське місцеве нуклеїнових кислот більше, ніж у виділеннях сорту Somro. Для жита, як і для різних видів пшениці характерна сортова специфічність за співвідношенням РНК/ДНК. Кореневим виділенням культурних злаків характерна видова специфічність за вмістом нуклеїнових кислот (табл.2).
Таблиця 2
Вміст нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях різних видів злаків*
|
Вид |
Вміст, мг/100 см |
Співвідношення РНК/ДНК |
|
|
ДНК |
РНК |
||
|
Triticum aestivum L. |
0.404± 0.003 |
.778± 0.084 |
.33 ± 0.01 |
|
Triticum durum Desf. |
0.412 ± 0.002 |
.008 ± 0.011 |
.71 ± 0.01 |
|
Secale cereale L. |
0.498 ± 0.005 |
.300 ± 0.036 |
.494 ± 0.03 |
|
Тriticum aestivum forme |
0.460 ± 0.003 |
.057 ± 0.021 |
.82 ± 0.002 |
* Вміст наданий як Z ± Sx.
Відповідно до даних, представлених у табл.2 у кореневих виділеннях жита міститься найбільша кількість нуклеїнових кислот. Далі за вмістом нуклеїнових кислот види злаків розташовуються в такому порядку: тритикале > тверда пшениця > м’яка пшениця.
Таким чином було встановлено сортову і видову специфічність за вмістом нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях культурних злаків.
Динаміка вмісту нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях проростків на ранніх етапах онтогенезу. Виділення нуклеїнових кислот кореневою системою проростків різних видів злаків підлягає віковому контролю. Із збільшенням віку проростків від трьох до десяти днів вміст нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях зростає. Протягом наступних десяти діб, тобто по досягненні проростками віку 20 діб, вміст нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях знижується. Причому у виділеннях 20-денних проростків нуклеїнових кислот міститься значно менше, ніж у триденних. Співвідношення РНК/ДНК у кореневих виділеннях за динамікою цього показника змінюється з віком проростків аналогічно зміні вмісту нуклеїнових кислот. При однаковій віковій динаміці вмісту нуклеїнових кислот, а також співвідношенні РНК/ДНК сорти різняться за абсолютними значеннями цих показників. Тобто, незалежно від віку проростків, проявляється сортова специфічність за інтенсивністю виділення нуклеїнових кислот коренями. Отже, для всіх видів злаків існує вікова залежність виділення нуклеїнових кислот кореневою системою проростків.
Вплив температури на виділення нуклеїнових кислот коренями проростків різних видів злаків. Вміст нуклеїнових кислот визначали у виділеннях у три- та десятиденних проростків. Одержані результати показали, що у виділеннях триденних проростків різних видів пшениці, жита й тритикале вміст нуклеїнових кислот зростає у міру підвищення значень температури від 5° до 25°С. У діапазоні температур 25-35°С він сягає максимуму. У цьому діапазоні температур спостерігається зростання вмісту нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях проростків, але воно виражене в набагато меншому ступені, ніж у діапазоні від 5 до 25°С. З підвищенням температури до 40°С вміст нуклеїнових кислот істотно знижується (табл. 3).
Таблиця 3
Вміст нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях триденних проростків злаків залежно від температури, мг/100 см
|
Вміст і співвідношення нуклеїнових кислот |
Температура, °С |
|
1 |
|||||
|
Озима м’яка пшениця Миронівська 808 |
|||||
|
РНК |
0.053 |
.715 |
.185 |
.465 |
.703 |
|
ДНК |
0.012 |
.114 |
.232 |
.295 |
.134 |
|
РНК/ДНК |
4.42 |
.27 |
.42 |
.36 |
.25 |
|
Яра м’яка пшениця Саратовська 29 |
|||||
|
РНК |
0.065 |
.763 |
.534 |
.556 |
.725 |
|
ДНК |
0.015 |
.121 |
.261 |
.295 |
.140 |
|
РНК/ДНК |
4.33 |
.30 |
.70 |
.67 |
.18 |
|
Яра тверда пшениця Харківська 46 |
|||||
|
РНК |
0.076 |
.754 |
.440 |
.530 |
.684 |
|
ДНК |
0.018 |
.123 |
.253 |
.286 |
.131 |
|
РНК/ДНК |
4.22 |
.13 |
.64 |
.46 |
.21 |
|
Яре тритикале Аїст Харківський |
|||||
|
РНК |
0.088 |
.865 |
.563 |
.611 |
.726 |
|
ДНК |
0.021 |
.143 |
.275 |
.310 |
.134 |
|
РНК/ДНК |
4.19 |
.04 |
.32 |
.42 |
.41 |
|
Яре жито Ленінградське місцеве |
|||||
|
РНК |
0.104 |
.890 |
.690 |
.727 |
.750 |
|
ДНК |
0.026 |
.150 |
.280 |
.322 |
.140 |
|
РНК/ДНК |
4.00 |
.93 |
.53 |
.46 |
.35 |
НСР для ДНК: фактор А=0,02; фактор В=0,04; фактор АВ=0,01.
НСР для РНК: фактор А=0,122; фактор В=0,112; фактор АВ=0,056.
Зміна співвідношення РНК/ДНК залежно від температури характеризується такою ж закономірністю, як і зміна вмісту нуклеїнових кислот. Разом з тим показник співвідношення РНК/ДНК знижується при температурі (25°С), тоді як вміст нуклеїнових кислот у діапазоні 25-35°С ще до деякої міри зростає, а зниження його спостерігається при вищій (понад 35°С) температурі.
У виділеннях десятиденних проростків різних видів пшениці, жита й тритикале динаміка вмісту нуклеїнових кислот і співвідношення РНК/ДНК аналогічна тій, що виявлена для виділень триденних проростків цих культур. Хоча абсолютні значення показників вмісту нуклеїнових кислот у виділеннях десятиденних проростків істотно вищі, ніж у виділеннях триденних. Видова специфічність культурних злаків за рівнем вмісту нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях проростків проявляється і в різних температурних умовах.
Дисперсійний аналіз свідчить, що відхилення за вмістом нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях триденних проростків істотні. Вони залежать від виду злаків (фактор А), температури (фактор В) та взаємодії цих факторів (АВ). Частка впливу цих факторів для ДНК становила: фактор А = 0,9; фактор В = 98,75; фактор АВ = 0,46 %. Для РНК ці показники відповідно дорівнювали 0,57; 98,58 і 0,39 %. При вивченні кореляційних зв’язків встановлено, що між вмістом нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях і температурою існує прямий зв’язок, який є істотним при 5% рівні значущості. У м’якої пшениці коефіцієнт кореляції (r) для ДНК становить 0,6995, для РНК- 0,3192. Аналогічна закономірність встановлена для інших видів злаків.
Отже, отримані дані дозволяють констатувати, що інтенсивність виділення нуклеїнових кислот проростками культурних злаків підлягає температурному контролю, незалежно від виду, сорту і віку проростків.
Вплив світла на вміст нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях культурних злаків. Світло –один з головних чинників середовища, який здійснює фітохромзалежну регуляцію комплексу морфогенетичних процесів у рослин (Шнайдер-Петч, 2001; Галеева и др., 2001), в тому числі й проростання насіння та характер метаболізму проростків (Кузнецов, 1993). Це дало підставу припустити, що й інтенсивність виділення кореневою системою рослин різних речовин, у тому числі й нуклеїнових кислот, залежить від освітлення.
Проведені експерименти свідчать, що вміст нуклеїнових кислот у кореневих виділеннях проростків, які проростали на світлі, майже вдвічі вищий, ніж у виділеннях тих, що не освітлювалися в процесі проростання. При цьому не спостерігалася чітко виражена видоспецифічність за вмістом нуклеїнових кислот як у темноті, так і на світлі, оскільки їх вміст у різних видів злаків був майже однаковим. Спостерігалася лише тенденція, за якою вміст як ДНК, так і РНК у виділеннях жита й тритикале був дещо вищим і в умовах освітлення проростків у порівнянні із проростками злаків, які витримувалися у контрольному варіанті. Співвідношення РНК/ДНК у кореневих виділеннях в умовах, коли проростки не освітлювалися, було нижчим, ніж за умови їх освітлення. Причому таке співвідношення нуклеїнових кислот було у всіх видів злаків. Разом з тим рівень показників співвідношення у тритикале та жита був нижчий, ніж у м’якої і твердої пшениці, як у проростків в умовах темноти, так і на світлі.
Отримані результати дозволяють зробити висновок, що інтенсивність виділення нуклеїнових кислот кореневою системою проростків активізується освітленням.
Алелопатична роль нуклеїнових кислот. Механізм виділення великих молекул нуклеїнових кислот через кореневу систему поки що не встановлений і тому відносно нього можна зробити лише більш-менш обгрунтовані припущення. Якщо нуклеїнові кислоти здатні дифундувати через плазмодесми, то діаметр їх молекул має бути меншим, ніж діаметр десмотрубочки. Літературні дані показують, що діаметр спіралі ДНК в районі нуклеосоми становить приблизно 10 нм (Льюин, 1987; Картель, 1999; Глазко, Глазко, 2000), а діаметр десмотрубочки близько 100 нм (Гамалей, 1996). Тобто розміри нуклеїнових кислот дозволяють їм проникати через плазмодесми. Крім того, нуклеїнові кислоти у виділеннях можуть бути результатом втрати в результаті звичайної дифузії, відмирання і злущування деяких покровних тканин, а також активного нормального фізіологічного виділення речовин у середовище. Завдяки контакту з грунтом, рослини розвивають величезну кореневу поверхню, слабо захищену від зовнішньої дії. Для того, щоб мати можливість поглинати речовини , протоплазма коренів повинна бути відкритою, але в той же час це призводить до того, що вона легко втрачає речовини і воду (Гродзинський, 1991). Принципово, такий механізм можливий, бо в плазмодесмах і флоемному ексудаті гарбузів, у ситовидних елементах і супровідних клітинах флоеми листків, виявлені мРНК гена Ст N АСР, специфічною мішенню якого є стебловий апекс (Calasanti at al., 1998; Lucas at al., 1995; Citovsky, Zambryski, 2000; Aaziz at al., 2001). Виходячи з цього, можна припустити, що нуклеїнові кислоти за умови збереження ними активності можуть, проникаючи в рослини через плазмодесми кореневих волосків, виконувати й інформаційну роль. Таку ж роль можуть виконувати й інші алелопатично активні речовини, виступаючи своєрідними “мікроефекторами”, що здатні впливати на онтогенез рослин (Грахов, Козеко, 1993; Grakhov, Kozeko, Golovko,1993; Баранецкий, 1999). Можливо, що вона здійснюється нуклеїновими кислотами за умови “вбудовування” екзогенних ДНК і РНК у геном рослини-реціпієнта. Адже відомі роботи, присвячені введенню екзогенних ДНК у геном рослин, в яких досягаються спадкові ефекти (Картель, 1981). Було показано також, що при ін’єкції в недостигле насіння гороху гомогенатів різних молодих тканин контрастних генотипів у потомства виникає спадкова мінливість, значна частка якої пов’язана з ознаками донора гомогенатів. Ін’єкція ядерних фракцій гомогенату суттєво підвищувала частоту такої мінливості, причому найбільш ефективним був її нуклеїновий компонент у порівнянні з білковими чи вуглеводними (Стельмах, Файт, 2002).
Наші міркування вимагають експериментальної перевірки, але вони можуть свідчити про алелопатичну активність ( хоча й гіпотетичну) нуклеїнових кислот, включаючи нуклеотиди та деякі деривати нуклеїнових кислот. Для здійснення цієї активності нуклеїнові кислоти повинні лишатися в активному стані (хоча б незначної їх кількості розміром 50-100 н.п.). Вірогідно, що це можливо, оскільки нуклеїнові кислоти, зокрема ДНК, досить стійкі в хімічному відношенні сполуки, хоча за зміни рН середовища, іонної сили розчину вони можуть руйнуватися, а при зниженні температури до 20-25°С реасиціювати (Картель, 1999; Глазко, 2002). Алелопатична активність кореневих виділень може проявлятися і за рахунок того, що вони використовуються іншими рослинами та мікрофлорою як елементи живлення (Головко, 1996, 2002). Нуклеїнові кислоти у своєму складі містять азотисті основи, вуглеводи, фосфорну кислоту (Глазко, Глазко, 2000). Розщеплюючись на складові частини в грунті, нуклеїнові кислоти можуть бути використані як джерела основних біогенних елементів живлення рослин і грунтових мікроорганізмів. На думку Єфремова (2001), нуклеїнові кислоти являють собою значну частину потрапляючих у грунт азото- і фосфоровмісних сполук.
Таким чином, нуклеїнові кислоти кореневих виділень, можливо, є алелопатично активними речовинами, функція яких передавати “інформацію” в агрофітоценозах і виступати фізіологічно активними поживними речовинами.
ВІТАМІНИ ГРУПИ “В” ТА ІНОЗИТ У КОРЕНЕВИХ ВИДІЛЕННЯХ КУЛЬТУРНИХ ЗЛАКІВ І ЇХ РОЛЬ У ШТУЧНИХ ФІТОЦЕНОЗАХ
Видова і сортова специфічність кореневих виділень хлібних злаків. У дослідах використовували десятиденні проростки різних сортів м’якої (озимої та ярої), твердої пшениці, ярого жита і тритикале. Аналіз одержаних даних виявив загальні закономірності за вмістом вітамінів групи “В”та інозиту у кореневих виділеннях різних видів злаків (табл.4). У кореневих виділеннях усіх сортів м’якої пшениці вміст вітамінів В, В, РР та інозиту нижчий, а В вищий, ніж у кореневих виділеннях сортів твердої пшениці. Проростки жита виділяють більшу кількість вітамінів В, В, РР та інозиту, але кількість Вменшу, ніж проростки м’якої пшениці. Порівняння вмісту вітамінів у виділеннях проростків жита і твердої пшениці показало, що житні проростки виділяють більшу кількість усіх визначених вітамінів.
Таблиця 4
Вміст вітамінів групи “В” та інозиту у кореневих
виділеннях різних видів хлібних злаків, мкг/мл *
|
Вид |
Вітаміни групи “В” |
Інозит |
|
В |
В |
В |
РР |
||
|
Tr. аestivum L. |
0,246±0,028 |
,489±0,029 |
,562±0,035 |
,652±0,046 |
,84±0,11 |
|
Tr. durum Desf. |
0,306±0,034 |
,576±0,041 |
,241±0,025 |
,857±0,032 |
,37±0,071 |
|
Secale cereale L. |
0,463±0,009 |
,706±0,008 |
,427±0,007 |
,11±0,074 |
,78±0,19 |
|
Tr. aestivum forme |
0,463±0,008 |
,480±0,005 |
,351±0,016 |
,66±0,036 |
,85±0,15 |
* Вміст наданий як Z±Sx
Проростки тритикале виділяють більше вітаміну В, ніж обидва види пшениці, але таку ж кількість, як і у виділеннях жита. Вміст В такий же як у виділеннях м’якої пшениці, але значно нижчий, ніж твердої пшениці і жита. Вміст В у виділеннях тритикале нижчий, ніж у виділеннях м’якої пшениці та жита, але вищий, ніж у виділеннях твердої пшениці. У порівнянні з усіма злаками найбільший вміст нікотинової кислоти у виділеннях тритикале.
Усі сорти м’якої пшениці різнилися між собою за кількістю вітамінів групи В та інозиту, виділених коренями проростків. У межах сортів м’якої пшениці нами виділені групи, які різнилися за рівнем вмісту вітамінів у кореневих виділеннях.
Максимальний вміст цих сполук містили кореневі виділення сортів Саратовська 52, Миронівська 808 і Саратовська 48. У цій групі сортів межі вмісту вітамінів В –РР становили відповідно 0.332 –.14, інозиту –.20-6.23 мкг/мл. Кореневі виділення сортів Індія 6006, Red river 68, Грекум 114 містили мінімальну кількість вітамінів: В –РР - відповідно 0.124-0.442, інозиту 4.41-4.60 мкг/мл. Проміжне положення між цими двома групами займали сорти Самарська, Жигулівська, Mano. Вміст вітамінів групи В у кореневих виділеннях їх проростків був у межах В- РР відповідно 0.208-0.657, інозиту –.65-5.03 мкг/мл. Максимальний вміст вітамінів В, РР та інозиту був у кореневих виділеннях проростків сорту Миронівська 808, а мінімальний –у виділеннях сорту Грекум114. Досліджувані сорти у порядку зниження вмісту вітамінів у кореневих виділеннях розташовуються так: Миронівська 808 –Саратовська 52, Саратовська 48 –Самарська, Жигулівська, Mano, Індія 6006 –Red river 68 –Грекум 114. Ця закономірність порушується лише відносно сортів Миронівська 808 і Саратовська 52. У кореневих виділеннях першого сорту вміст вітаміну В і В нижчий, ніж у другого. Сорти твердої пшениці також відрізнялися за вмістом вітамінів у кореневих виділеннях проростків, хоча різниця між ними виражена меншою мірою, ніж між сортами м’якої пшениці. Так, за вмістом вітаміну В у кореневих виділеннях проростків істотно різняться сорти Саратовська 53 і Харківська 21, тоді як у порівнюваних пар сортів Харківська 46 і Харківська 5, Macome і Людмила, Людмила і Безенчуцька 182 вміст цього вітаміну майже однаковий. За вмістом вітаміну В у кореневих виділеннях всі сорти істотно відрізняються між собою. Вміст вітаміну В майже однаковий у кореневих виділеннях таких пар сортів: Саратовська 53 і Харківська 21; Харківська 46 і Харківська 5. При цьому проростки двох перших сортів виділяють істотно більше вітаміну В, ніж проростки двох останніх.
За вмістом нікотинової кислоти у кореневих виділеннях майже не відрізняються сорти Саратовська 53 і Харківська 21. Однак вміст цього вітаміну у кореневих виділеннях цих сортів значно вищий, ніж у виділеннях інших сортів твердої пшениці. Вміст інозиту в кореневих виділеннях однаковий у таких пар сортів –Харківська 46 і Харківська 5, Macome і Безенчуцька 182, у інших сортів він істотно відрізняється. Незважаючи на те, що за вмістом окремих вітамінів у кореневих виділеннях досліджувані сорти твердої пшениці не відрізняються, для кожного сорту характерні свої особливості у співвідношенні вмісту цих сполук. Так, кореневі виділення проростків сорту Безенчуцька 182 містять значно менше вітаміну В, але істотно більше вітамінів В, В і РР, ніж виділення сорту Macome. Вміст інозиту у виділеннях цих сортів однаковий. Проростки сорту Саратовська 53 виділяють більше вітамінів В, але менше В та інозиту, ніж проростки сорту Харківська 21. За вмістом В та РР. кореневі виділення цих сортів не відрізняються. Подібні відмінності за співвідношенням вмісту різних вітамінів у кореневих виділеннях характерні і для інших сортів.
За характером зміни вмісту вітамінів у кореневих виділеннях сорти твердої пшениці, як і м’якої, можна розподілити на групи. Однак для твердої пшениці такий розподіл має свої особливості. Якщо для сортів м’якої пшениці властиві три групи за вмістом усіх вітамінів (з максимальним, середнім і мінімальним вмістом), то для сортів твердої пшениці властиві лише дві групи за вмістом вітамінів –з максимальним (Саратовська 53, Харківська 21, Харківська 46, Харківська 5) і середнім (Macome, Людмила, Безенчуцька 182). Ця закономірність дещо порушується відносно сорту Людмила, бо кореневі виділення його проростків містять РР та інозит у такій же кількості, як і виділення групи сортів з максимальним вмістом вітамінів.
Щодо сортів жита, то вони також різняться за вмістом вітамінів у кореневих виділеннях проростків. Проростки сорту Ленінградське місцеве виділяють більшу кількість вітамінів, ніж проростки сорту Somro. У кореневих виділеннях проростків тритикале Аїст Харківський вітаміну В міститься стільки ж, як і у виділеннях проростків жита обох сортів, менше вітамінів В та В, але РР та інозиту більше, ніж у кореневих виділеннях проростків обох сортів жита.
Отже, виділення вітамінів групи В та інозиту кореневою системою проростків залежить від виду і сорту.
Динаміка вітамінів у кореневих виділеннях на ранніх етапах онтогенезу. Для досліджень використовували проростки сортів м’якої і твердої пшениці, жита і тритикале різного віку. Вміст вітамінів у кореневих виділеннях визначали на третю, десяту і 20-ту добу росту проростків. Одержані результати показують залежність інтенсивності виділення вітамінів проростками від їх віку. У кореневих виділеннях тридобових проростків усіх видів злаків міститься мінімальна кількість вітамінів групи В та інозиту. У міру збільшення віку проростків з трьох до десяти діб вміст вітамінів у кореневих виділеннях зростає. На десяту добу він сягає максимуму. Ще протягом десяти діб, коли проростки досягають 20-денного віку, вміст вітамінів у кореневих виділеннях знижується. Така закономірність характерна для всіх видів злаків. Проростки однакового віку різних видів виділяють коренями різну кількість вітамінів. Так, у кореневих виділеннях триденних проростків сортів обох видів пшениці найнижчий вміст вітаміну В, дещо вищий вітаміну В. При цьому вміст обох сполук значно нижчий, ніж інші вітаміни.
У виділеннях триденних проростків жита і тритикале найменша кількість вітамінів В, В і В. Десятиденні проростки цих видів виділяють значно більше вітамінів групи В та інозиту, але встановлена закономірність у триденних проростків характерна і для десятиденних проростків. Виділення 20-денних проростків усіх видів злаків містять значно менше вітамінів, ніж десятиденні. У порівнянні з триденними проростками, виділення 20-денних проростків обох видів пшениці містять значно меншу кількість вітамінів В, РР та інозиту, але більшу кількість вітамінів В та В. Дещо інша закономірність характерна для виділень 20-денних проростків жита і тритикале. Вони містять значно менше, ніж виділення триденних проростків, вітамінів В, РР та інозиту, але більшу кількість вітамінів В і В. Сумарна кількість вітамінів, які виділяють рослини протягом 20-ти діб, досить значна (табл.5).
Таблиця 5
Сумарна кількість вітамінів групи В та інозиту в кореневих виділеннях 20-денних проростків пшениці, мкг/мл
|
Види злаків |
Вітаміни групи В |
Інозит |
|
В |
В |
В |
РР |
||
|
Озима м’яка пшениця Миронівська 808 |
0,542 |
,245 |
,449 |
,00 |
,57 |
|
Яра м’яка пшениця Саратовська 29 |
0,593 |
,544 |
,489 |
,461 |
,33 |
|
Яра тверда пшениця Харківська 46 |
0,619 |
,574 |
,529 |
,845 |
,67 |
|
Яре тритикале Аіст Харківський |
0,828 |
,001 |
,609 |
,741 |
,82 |
|
Яре жито Ленінградське місцеве |
0,719 |
,916 |
,555 |
,182 |
,14 |
|
НіР |
0,021 |
,024 |
,032 |
,143 |
,125 |
Видові розбіжності за кількістю вітамінів у кореневих виділеннях зберігаються і за їх сумарною кількістю. Найбільша кількість вітамінів у виділеннях тритикале і жита. У виділеннях ярої твердої та м’якої пшениці кількість вітамінів більше, ніж у виділеннях озимої м’якої пшениці. Одержані результати свідчать, що існує видоспецифічна залежність інтенсивності виділення вітамінів групи В та інозиту кореневою системою злаків залежно від їх віку, які зберігаються протягом певного відрізка часу.
d0. 1.
Вплив температури на вміст вітамінів. Досліди проводили з три- та десятиденними проростками. Результати свідчать, що в діапазоні температури проро- щування рослин від 5 до 40°С істотно змінюється інтенсив- ність виділення вітамінів ко- реневою системою проростків (рис. 1-5).
d0. 2.
Для триденних пророс- тків м’якої і твердої пшениці характерна залежність інтен- сивності виділення вітамінів залежно від температури кореневою системою. Вміст вітамінів у кореневих ви- діленнях цих видів зростає у міру підвищення температури від 5 до 15, 25 та 30°С. У діапазоні 25-35°С він стає максимальним, а з підвищен- ням температури до 40°вміст усіх вітамінів істотно зни- жується.
Дещо інший характер інтенсивності виділення віта- мінів залежно від температури спостерігається у жита і тритикале. Це стосується виді- лення вітамінів В6 і РР. У виділеннях тритикале їх вміст сягає максимуму при значенні температури 25°С і фактично не змінюється при її підви- щенні до 35°С. У виділеннях жита максимум вмісту вітамінів В6 і РР спостерігається при 25°С, а зниження - вже при 35°С і продовжується при підвищенні температури до 40°С .
Десятиденні проростки досліджуваних видів відрізняються від триденних за інтенсивністю виділення вітамінів залежно від температури.
По-перше загальний вміст вітамінів при всіх значеннях температур в корене-
d0. 3.
вих виділеннях триденних про- ростків менше, ніж десятиден- них.
d0. 4. e7