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
?
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН І ГЕНЕТИКИ
РУЖИЦЬКА Ольга Миколаївна
УДК 633.11.111:581.48:518.14:577.115
ВМІСТ ТІОБАРБІТУРАТРЕАКТИВНИХ РЕЧОВИН В НАСІННІ ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ
В ЗВ’ЯЗКУ З ЙОГО ЖИТТЄЗДАТНІСТЮ ЗА РІЗНИХ УМОВ ЗБЕРІГАННЯ
03.00.12. –фізіологія рослин
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрі ботаніки Одеського національного університету
ім. І. І. Мечникова Міністерства освіти і науки України, м. Одеса
Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук,
старший науковий співробітник
КІНДРУК Микола Онисимович,
Селекційно-генетичний інститут –Національний
Центр насіннєзнавства та сортовивчення УААН,
завідувач лабораторії насіннєзнавства і стандартизації
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор
ЯВОРСЬКА Вікторія Казимирівна,
Інститут фізіології рослин і генетики НАН України,
завідувач відділу росту і розвитку
доктор біологічних наук, доцент
КРЕСТІНКОВ Іван Спиридонович
Одеська державна академія харчових технологій,
професор кафедри технології зберігання харчових продуктів
та зернознавства
Провідна установа: Інститут клітинної біології і генетичної інженерії
НАН України, м. Київ
Захист дисертації відбудеться “__13__“ ____червня____ 2002 р. о __12___ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.212.01 в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ, вул Васильківська, 31/17,
тел. 263-51-50
З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Інституту фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ, вул Васильківська, 31/17.
Автореферат розіслано “ “ ___травня_____ 2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Мордерер Є.Ю.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність проблеми. Вирішення питань, пов’язаних із вдосконаленням технології тривалого зберігання насіння зумовлено необхідністю збереження біологічного різноманіття рослинного світу. Зясування механізмів мінливості життєздатності насіння в процесі його зберігання є важливим практично значимим завданням, а також представляє значний теоретичний інтерес, тому що насіння є зручним предметом для вивчення проблем старіння.
В літературі накопичено чималий матеріал, присвячений вивченню процесів, що відбуваються у насінні за його зберігання. Механізми старіння і втрати якості насіння повязують як із виснаженням запасів поживних речовин і нагромадженням різних отрут у ході метаболізму насіння, так і з деструкцією й денатурацією білків, вуглеводів, нуклеїнових кислот і ліпідів [Овчаров и др., 1978; Робертс, 1978; Криштофович, 1980; Vertucci, 1992; Ангелова, Холодова, 1993; Соколов, Сорочинский, 2001 та ін.]. Однак, процеси, результатом яких є погіршення життєздатності насіння, остаточно не розкриті. Зясування цих питань ускладнюється тим, що первинні реакції за старіння насіння значно змінюються в залежності від умов зберігання. При дуже низькому вмісті води в насінні, що обмежує біохімічні реакції, в ньому можливі оксидативні реакції і реакції, що стимулюються світлом [Vertucci et al., 1987]. Вважають, що в процесі зберігання сухого насіння найбільш ймовірними чинниками процесу старіння є реакції вільнорадикального окиснення, які включають пероксидне окиснення ліпідів (ПОЛ) [WiIsоn, Mcdonald, 1986; Thompson, 1987; Khan et al., 1996; 1997]. Водночас динаміка інтенсивності процесів ПОЛ під час зберігання насіння більшості сільськогосподарських культур, зокрема пшениці, залишається мало дослідженою.
Чинники зовнішнього середовища, що діють на вегетуючі материнські рослини, багато в чому визначають посівні та врожайні властивості насіння [Строна, 1966; Остин, 1978; Макрушин, 1985; Киндрук, 1987]. Мінливість цих показників у насіння, вирощеного у різні за погодними умовами роки, перевищує навіть сортові відмінності. У зв'язку з цим дослідження життєздатності насіння озимої пшениці, отриманого у різні за метеорологічними умовами роки, та активності процесів ПОЛ в окремих його органах під час зберігання, які можна тестувати за рівнем тіобарбітуратреактивних речовин, є актуальними і дуже важливими для вдосконалення сучасної технології збереження та оцінки посівного матеріалу.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана як складова тем науково-дослідної роботи кафедри ботаніки ОНУ ім. І.І. Мечникова - “Еколого-біологічне вивчення надземної і водної флори Північно-Західного Причорноморя з метою охорони, раціонального використання та управління продукційним процесом”та лабораторії насіннєзнавства і стандартизації Селекційно-генетичного інституту Національного центру насіннєзнавства та сортовивчення УААН –.02 “Розробити науково-обгрунтовані заходи по підвищенню й зберіганню сортових, посівних та врожайних якостей насіння”.
Мета та завдання досліджень. Метою роботи було вивчення мінливості та взаємозвязку показників життєздатності й активності процесів ПОЛ (за вмістом тіобарбітуратреактивних речовин) в окремих органах насіння озимої пшениці різних років урожаю за різних умов зберігання.
Для досягнення мети вирішували такі задачі:
Об’єкт дослідження –життєздатність насіння пшениці за різних умов його зберігання.
Предмет дослідження –морфофізіологічні показники життєздатності та активність процесів ПОЛ в окремих органах насіння озимої м’якої пшениці за його зберігання та штучного старіння.
Методи дослідження –спектрофотометричний, колориметричний, ваговий методи, а також методи математичного аналізу отриманих даних.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше досліджена динаміка вмісту ТБК-реактивних речовин в окремих органах насінин озимої пшениці в процесі їх тривалого зберігання в різних умовах. Виявлено, що найбільшим вмістом ТБК-реактивних речовин, незалежно від умов вирощування, як на початку, так і впродовж зберігання насіння, характеризуються тканини зародка. Показано, що динамiка життєздатності насіння протягом 130170 діб його штучного старіння аж до повної втрати схожості має певний періодичний характер і тісно пов'язана з активністю процесів ПОЛ у зародках зернівок. Вивчена динаміка вмісту ТБК-реактивних речовин в насінні озимої пшениці різної життєздатності за його бубнявіння і показано, що несхоже насіння відрізняється значно меншим вмістом продуктів ПОЛ у його окремих органах. Отримані результати свідчать про участь реакцій ПОЛ у регуляції початкових етапів проростання насіння.
Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи поглиблюють сучасні уявлення щодо механізмів старіння насіння та доповнюють існуючі дані про вплив різноманітних чинників навколишнього середовища на життєздатність насінин. На підставі проведених досліджень по накопиченню тіобарбітуратреактивних речовин в насінні озимої пшениці різної схожості за його бубнявіння розроблено рекомендації щодо використання ТБК-тесту для оцінки життєздатності насіння озимої пшениці під час його зберігання. Запропонований тест використовується в лабораторії насіннєзнавства і стандартизації Селекційно-генетичного інституту Національного центру насіннєзнавства та сортовивчення УААН при формуванні насіннєвих фондів та колекцій генотипів насіння озимої мякої пшениці. Результати досліджень використовуються в науково-дослідній і навчальній роботі кафедри ботаніки Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова.
Особистий внесок здобувача. Автор особисто провела експериментальні дослідження, здійснила аналіз отриманих результатів, підготувала до друку публікації за темою дисертації. Текст дисертації та автореферату автором написані особисто, інтерпретація деяких окремих фактів та закономірностей подається з урахуванням порад та консультацій наукового керівника та інших фахівців.
Апробація роботи. Матеріали, викладені у дисертаційній роботі, були представлені на YII Молодіжній конференції ботаніків (С.-Петербург, 2000), міжнародній конференції “Онтогенез рослин в природному та трансформованому середовищі”(Львів, 1998), симпозіумі “Біологічні механізми старіння”(Харків, 1996), X з’їзді Українського ботанічного товариства “Проблеми ботаніки і мікології на порозі третього тисячоліття”(Полтава, 1997), XI з’їзді Українського ботанічного товариства (Харків, 2001).
Матеріали дисертації обговорено на наукових конференціях професорсько-викладацького складу і наукових працівників ОНУ (Одеса, 1996; 1998; 1999), YI Молодіжній конференції ботаніків (С.-Петербург, 1997), симпозіумі “Біологічні механізми старіння”(Харків, 1998), науково-практичній конференції “Хлібопродукти-97”(Одеса, 1997), науковій конференції “Актуальні питання аграрної та ботанічної науки”(Одеса, 1997), молодіжній конференції “Проблеми фізіології рослин та генетики на рубежі III-го тисячоліття”(Київ, 2000).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 13 праць, з них 3 статті у провідних фахових виданнях.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, трьох розділів основної частини, висновків та рекомендацій, списку цитованої літератури (360 найменувань, з них 179 іноземними мовами) та додатків. Дисертацію викладено на 186 сторінках друкарського тексту, з яких 17 сторінок займають 18 таблиць, 14 сторінок 16 ілюстрацій, 36 сторінок список літературних джерел, 18 сторінок додатки.
Складається з трьох підрозділів, у яких розглядаються сучасні підходи до визначення та оцінки життєздатності насіння, проаналізовані дані про вплив різноманітних чинників на біологічні властивості насіння за його зберігання, висвітлені сучасні уявлення про виникнення та біологічну роль вільних радикалів у рослинному організмі.
ПРОГРАМА, УМОВИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Експериментальні дослідження проводили з 1996 по 2001 роки в лабораторії фізіології рослин кафедри ботаніки Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова та лабораторії насіннєзнавства і стандартизації Селекційно–генетичного інституту –Національного центру насіннєзнавства і сортовивчення Української академії аграрних наук.
У дослідах використовували насіння озимої пшениці (Triticum aestivum L.) сорту Обрій, отримане у різні за метеорологічними умовами роки. Вивчення показників життєздатності та інших властивостей насіння проводили як за тривалого, так і прискореного (штучного) старіння.
Штучне старіння насіння викликали шляхом витримування його у герметичній склянці (200 см) при 37 С протягом 130170 діб аж до повної втрати схожості. При тривалому зберіганні зразки насіння з природною вологістю (12,512,9 %), а також підсушені (вологість 7,57,9 %) затарювали в герметично запарафійовані пляшки та негерметичну упаковку (торби). Зберігали насіння протягом трьох років в контрольованих та неконтрольованих умовах. За першого варіанту збереження використовували кліматичну камеру ВКШ–, налаштовану на температуру +4±1°С. Для зберігання зразків насіння в неконтрольованих умовах використовували складське приміщення (комора). Варіанти досліду були такі:
1–кліматична камера, герметична тара, підсушене насіння;
–кліматична камера, герметична тара, непідсушене насіння;
–кліматична камера, негерметична тара, непідсушене насіння;
–комора, герметична тара, підсушене насіння;
–комора, герметична тара, непідсушене насіння;
–комора, негерметична тара, непідсушене насіння.
Під час зберігання у зразках насіння періодично (при штучному старінні через кожні 10 діб, при тривалому зберіганні - щорічно) для оцінки життєздатності насiння визначали енергію проростання і лабораторну схожість за ГОСТ 12038–, силу росту за методиками С.П. Лифенка (1964) і Б.С. Ліхачова (1977), довжину паростків, суху масу паростків і корінців, а також для оцінки активності пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) вміст тіобарбітуратреактивних (ТБК–реактивних) речовин в окремих органах (частинах) зернівки. Вміст ТБК–реактивних речовин у пробах визначали за кольоровою реакцією з 2–тіобарбітуровою кислотою (2-ТБК) і розраховували на підставі результатів спектрофотометрії (СФ–) з урахуванням коефіцієнту молярної екстинкції забарвленого комплексу (ε), що дорівнює –,5510 см-1М-1 [Владимиров, Арчаков, 1972; Мерзляк та ін., 1978]. Визначення вмісту ТБК–реактивних речовин проводили як в цілих насінинах, так і окремо в зародках та насінинах без зародків. У зразках тривалого зберігання, крім того, визначали вміст ексудативних цукрів за антроновим методом (Blazka, 1966), а також внутрішню загальну ураженість насіння грибковими хворобами методом його висіву на тверде живильне середовище [Наумова, 1960]. Отримані результати порівнювали з вихідними значеннями показників, які визначали перед закладанням насіння на зберігання. В окремій серії дослідів досліджували вміст ТБК–реактивних речовин в насінні різної життєздатності під час його бубнявіння та проростання. Оцінку метеорологічних чинників та потенційну продуктивність насіння, яке закладали на зберігання, проводили за методичними вказівками М.О. Кіндрука,
Л.К. Січняка і О.К. Слюсаренка (1987).
На рисунках і таблицях представлені середні арифметичні значення та їх стандартні похибки. Експерименти по визначенню посівних якостей насіння та біометричних параметрів проростків у кожній серії дослідів повторювали 3–рази, а по визначенню вмісту ТБК-реактивних речовин ––разів. Результати експериментів оброблені статистично [Лакин, 1990].
Вплив умов зберігання на білогічні властивості насіння
врожаю різних років
Мінливість посівних якостей та морфофізіологічних показників насіння під час його зберігання. Оцінка умов вирощування, визначення посівних якостей та інших показників насіння показала, що внаслідок дії екологічних чинників насінню озимої пшениці сорту Обрій урожаю різних років властивий неоднаковий рівень життєздатності й вмісту ТБК–реактивних речовин.
Найменший ступінь життєздатності на початку зберігання був властивий насінню, отриманому в 1996 році (табл. 1). Погоднi умови в період від колосіння до молочної стиглості у 1996 році визначалися більш високою температурою повітря та низькою кількістю опадів у порівнянні з оптимальними умовами вегетації рослин у цей період. Насіння врожаю 1997 року мало найкращі показники якості, а показники насіння того ж сорту врожаїв 1993 та 1998 років займали проміжне положення між відповідними показниками насіння 1997 і 1996 років.
Зміни посівних та морфофізіологічних показників насіння пшениці після 3-х років зберігання у різних умовах
|
Умови зберігання (варіант |
Енергія про-ростання, |
Схожість, % |
Сила росту, % |
Дефектні проростки, % |
Довжина пагонів |
|
|
досліду) |
% |
середня, см |
Сv |
|||
|
1996 рік урожаю |
||||||
|
Вихідні дані |
843 |
3 |
3 |
4 |
13,190,49 |
,63±1,22 |
|
1 |
75±4* |
±3** |
±2*** |
0 |
10,05±1,05*** |
,65±4,69*** |
|
2 |
78±3 |
±4 |
65±3* |
3 |
12,19±0,84 |
,31±2,82*** |
|
3 |
42±2*** |
±2*** |
±2*** |
0 |
10,17±1,24*** |
,98±5,47*** |
|
4 |
78±3 |
±4 |
±1*** |
13 |
10,27±0,94*** |
,66±3,98*** |
|
5 |
65±3*** |
±3*** |
±2*** |
14 |
10,34±1,09*** |
,12±4,66*** |
|
6 |
0 |
0 |
0 |
- |
||
|
1997 рік урожаю |
|
Вихідні дані |
942 |
1 |
2 |
0 |
16,320,38 |
,95±0,84 |
|
1 |
91±4 |
±4 |
±2 |
0 |
15,70±0,59 |
22,46±1,45*** |
|
2 |
95±3 |
±3 |
±3* |
7 |
15,56±0,61 |
,15±1,49*** |
|
3 |
94±3 |
±3 |
±2 |
0 |
15,96±0,55 |
,27±1,29*** |
|
4 |
93±1 |
94±2 |
±3 |
0 |
15,65±0,54 |
,33±1,30*** |
|
5 |
90±2 |
±1 |
±3** |
0 |
14,43±0,72*** |
,86±1,95*** |
|
6 |
0 |
0 |
0 |
- |
Примітка: : * - різниця достовірна при р0,05;
** - - “”- р0,01;
*** - - “”- р0,001.
Умови середовища, в яких формувалося насіння, значною мірою впливали на стан його життєздатності і впродовж зберігання (табл. 1). Як свідчать наведені результати, за три роки зберігання в негерметичній упаковці в приміщенні з нерегульованими умовами насіння повністю втрачало життєздатність (варіант 6). Якщо насіння з природною вологістю зберігали за тих же умов температури, але в герметичній тарі, то строк збереження його життєздатності значно збільшувався. Так, у насіння врожаю 1997 року за трирічний термін його зберігання в герметичній тарі схожість практично не змінилася, тоді як у насіння врожаю 1996 року за той же строк зберігання даний показник зменшився на 19 %. Велика різниця в життєздатності насіння, отриманого від рослин, вирощених у різні роки, спостерігалась і під час зберігання при постійній температурі в камері (+4 С). Після 3-х років зберігання в негерметичній тарі в камері схожість насіння врожаю 1997 року залишилася на вихідному рівні, а сформованого в 1996 році зменшилася на 39%. Використання герметичної тари сприяло збереженню життєздатності насіння врожаю 1996 року і 79 % цього насіння після трирічного зберігання виявилося схожим.
Характер змін в енергії проростання і силі росту насіння залежно від умов формування і зберігання корелює із змінами його схожості, але слід відзначити більш різке зниження сили росту, особливо в насінні, вирощеному у посушливому (1996) році.
За кількістю ексудативних цукрів у витяжках та внутрішньою загальною ураженістю грибковими хворобами насіння врожаю різних років значно відрізнялось як на початку, так і в процесі зберігання. Протягом трьох років зазначені показники варіювали не залежно від умов зберігання насіння. Використання негерметичної тари за нерегульованих умов зберігання насіння призвело до повної втрати його схожості, однак більш виразного внутрішнього ураження цього насіння патогенними грибами не було виявлено.
Середня довжина паростків, що визначається до початку автотрофного живлення, може слугувати мірою інтенсивності метаболічних процесів у насінні за його проростання. Як видно з наведених даних, через три роки зберігання насіння з вихідною вологістю в герметичній тарі при постійній температурі +4 С середня довжина пагонів у його проростків істотно не відрізнялася від вихідного значення. За тих же умов температури, але негерметичної тари, середня довжина пагонів у проростків насіння врожаю 1996 року зменшувалася на 23 %, а у проростків насіння врожаю 1997 року не змінювалася. При зберіганні за тих же температурних умов підсушеного насіння середня довжина пагонів у проростків насіння врожаю 1997 року не змінилася, а у проростків насіння, отриманого в 1996 році, зменшилася в середньому на 24 %. Характер змін цього параметра при зберіганні підсушеного насіння в умовах комори (4-й варіант) відповідає тим змінам, які спостерігалися після зберігання насіння у камері (1-й варіант). Протилежно до цього, при зберіганні непідсушеного насіння у герметичній тарі в коморі (5-й варіант) середня довжина пагонів була значно меншою, ніж після збереження насіння у камері (2-й варіант).
Особливості внутрішньої структури певної партії чи зразку насіння, ступінь їх різноякісності відображають показники варіації, зокрема, коефіцієнт варіації. Визначення коефіцієнта варіації довжини пагонів у проростків насіння показало, що зберігання останнього супроводжується значним збільшенням цього показника, особливо у випадку отримання насіння у посушливий рік.
Ефективність підсушування насіння щодо збереження його життєздатності була різною, якщо досліджуване насіння отримували у різні роки за різних метеорологічних умов. Підсушування насіння врожаю 1996 року до вологості 7,5 % сприяло кращому його зберіганню в неконтрольованих умовах, в той час як його зберігання за постійної пониженої температури не виявляло помітних переваг процедури підсушування.
Проведені дослідження показали, що за три роки зберігання в окремих зразках відбувається не тільки зменшення схожості насіння, але й падає рівень метаболічних процесів за проростання, про що свідчить зниження таких показників як енергія проростання, сила росту, середня довжина пагонів.
Дослідження вмісту ТБК-реактивних речовин в насінні за різних умов його зберігання. Відомо, що негативні процеси, які обумовлюють старіння насіння, багато в чому повязані зі змінами інтенсивності вільнорадикальних процесів, зокрема пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) [Thompson, 1987; Крестінков, 1994; Hendry, Athrton et al., 1994]. За результатами багатьох досліджень [Ланкин и др., 1975; Мерзляк и др., 1978; Khan et al., 1996], інтегральним показником, що характеризує активність процесів ПОЛ, може слугувати вміст в тканинах продуктів, що утворюють за певних умов забарвлений комплекс із 2-тіобарбітуровою кислотою, ТБК-реактивних речовин.
Визначення вмісту ТБК-реактивних речовин у процесі зберігання насіння показало, що протягом 3-х років в ньому відбуваються зміни рівня ПОЛ, характер і ступінь яких у різних умовах зберігання неоднакові (рис. 1).
Як свідчать наведені результати, активність процесів ПОЛ у насінні з часом змінювалась. Так, зберігання протягом 2-х років невисушеного насіння врожаю 1997 року у герметичній тарі і в камері супроводжувалось збільшенням вмісту ТБК-реактивних речовин у зародках і зернівках без зародків (на 83 % і 43 % відповідно). Після ще одного року зберігання вміст зазначених речовин в органах насінини знизився, але теж виявлявся вищим (на 24 % і 40 % відповідно), ніж на початку зберігання. Отже, найвищий рівень ПОЛ у насінні спостерігався після двох років його зберігання. Така ж динаміка вмісту ТБК-реактивних речовин виявлялася у насінні врожаїв інших років. Водночас, насіння врожаю 1996 року під час зберігання відрізнялося більш виразними змінами вмісту ТБК-реактивних речовин в окремих органах насінин.
Зміни вмісту досліджуваних речовин у зародках за своїм напрямком відповідали тим, що спостерігалися в зернівках без зародків, але рівень їх накопичення у цьому органі насінини був значно вищим. Виявлені відмінності у зростанні вмісту ТБК-реактивних речовин в окремих органах насінини можуть бути пов'язані із змінами у фракційному складі ліпідів у цих структурах за зберігання насіння. Так, Е. Криштофовичем і Н. Покровською (1979) показано, що в зародку насінини пшениці збільшення рівня вільних жирних кислот відбувається більш інтенсивно, ніж в ендоспермі.
Згідно з отриманими даними, на характер змін рівня ПОЛ у насінні впливає спосіб його зберігання. Характер мінливості вмісту ТБК-реактивних речовин у насінні, що зберігалося непідсушеним в герметичній упаковці за неконтрольованих температурних умов, відповідав тому, що спостерігався при зберіганні насіння у камері. Однак, характер змін рівня ПОЛ під час зберігання насіння в негерметичній упаковці в коморі (6-й варіант) відрізняється від характеру змін у насінні, яке зберігалося за більш сприятливих умов (3-й варіант). Як видно з наведених даних, після 3-х років зберігання в негерметичній упаковці у насінні, що зберігалося за постійної температури в камері (3-й варіант), вміст ТБК-реактивних речовин був значно більшим, нiж у насiнні, яке витримували той же час у коморі (6-й варiант).
Таким чином, насінню, що втратило посівні якості внаслідок несприятливих умов зберігання (в коморі і в негерметичній тарі), властивий менший вміст ТБК-реактивних речовин, ніж життєздатному насінню.
Біологічні властивості насіння озимої пшениці врожаю різних років
у процесі штучного старіння
Зміни посівних якостей та структури проростків насіння. Як свiдчать наведенi результати (рис. 2), насіння досліджуваних зразків в умовах штучного старiння зберігало життєздатність протягом різних термінів. У насіння, отриманого в 1997 роцi, повна втрата схожості наставала після 170 діб старіння. Формування насіння в несприятливих метеорологічних умовах скорочувало період збереження його життєздатності –повна втрата схожості у насiння врожаю 1996 року виявилась уже після 130 діб.
Рис. 2. Вплив тривалостi штучного старiння на схожiсть насiння пшеницi врожаю 1996 (1) та 1997 (2) років.
Дослідження показників життєздатності насіння під час його штучного старіння показало, що за цих умов життєздатність насіння змінювалась нерівномірно. Як видно з наведених даних, підвищена температура (37 °С) не викликала істотних змін схожості насіння врожаю 1996 року протягом перших 20 діб, а насіння врожаю 1997 року протягом 30 діб. Подальше прогрівання протягом наступних 20 діб призводило до поступового зниження цього показника до рівня 56% та 64% у насінні врожаю 1996 та 1997 років відповідно. Однак, застосування підвищеної температури протягом наступних 10 дiб не викликало подальшого зменшення схожості насінин. Навпаки, у зазначений термін досліду спостерігалось навіть підвищення їхньої життєздатностi. У насінні врожаю 1997 року таке явище спостерігали досить довго –в період між 60 та 70 добами штучного старіння, а в насінні 1996 року –лише на 50-у добу. Більш тривалий вплив підвищеної температури на насіння супроводжується поступовим зниженням його схожості до повної її втрати. Коли схожість досліджуваного насіння зменшується до 30 %, подальше її зменшення істотно сповільнюється.
У процесі штучного старіння насіння подiбна періодичність змін властива також показникам якості його проростків. Строки дії підвищеної температури на насіння впливають на кількісний вихід та варіабельність нормальних проростків, середню довжину і масу пагонів та корінців, відсоток проростків з аномаліями. Проведені дослідження дозволили виявити характер ростової реакції паростків залежно від тривалості впливу температури 37С на насіння в повітряно-сухому стані. Аналіз життєздатності насіння в різні строки його штучного старіння вказує на те, що за особливостями змін досліджуваних параметрів можна виділити, по меншій мірі, чотири періоди: 1 активації, коли проявляється стимуляція росту проростків; 2 депресії, що характеризується зниженням посівних якостей насіння та біометричних параметрів його проростків; 3 –стабілізації, яка полягає у тимчасовій затримці зниження показників життєздатності; 4 деградації, коли відбувається істотне поступове зниження життєздатності насіння. З'ясовано, що характер змін показників життєздатності насіння залежить від тривалості штучного старіння, а вплив метеорологічних чинників під час формування зерна викликає часові зсуви ефектів, що спостерігаються з боку показників життєздатності.
Певні коливання схожості, сили росту насіння протягом його старіння спостерігали також інші дослідники [Зеленский, 1989; Угольников, Веселова, Сафьянникова, 1992; Веселова, Веселовский и др., 1995; 1999; Усманов, 1999; Соколов, Гродзинский, Сорочинский, 2000]. Коливання ростової активності насіння й інших його показників, можливо, повязане з періодичними змінами структури та функцій компонентів його клітин. Вірогідними причинами подібних змін вважають катаболічні процеси, що відбуваються в насінні протягом його старіння, в результаті чого утворюються й накопичуються продукти, здатні руйнувати та змінювати структуру фізіологічно важливих сполук [Илли, 1982; Зеленский, 1989].
Мінливість вмісту ТБК-реактивних речовин в насінні за його прискореного старіння. Вирішальна роль в адаптації рослин до впливу несприятливих чинників середовища належить захисним біохімічним системам, що спрацьовують під впливом цих чинників. На рис. 3 наведені дані динаміки вмісту продуктів ПОЛ, що реагують із 2-тіобарбітуровою кислотою, в окремих органах насіння пшениці, яке піддавали штучному старінню. З’ясувалося, що вміст цих продуктів у насінні змінюється у часі і відрізняється в окремих органах насінини. Згідно з отриманими даними, протягом усього термiну штучного старіння вміст ТБК-реактивних речовин у насінинах зазнає фазних змін, якi стабільно спостерігаються у насiнні врожаю рiзних рокiв.
Як видно з рис. 3, істотне збільшення вмісту ТБК-реактивних речовин у зародках відбувається у насінні врожаю 1997 року через 40 діб штучного старіння, тоді як у насінні 1996 року вже після 30 діб. Після 40 діб штучного старіння в зернівках урожаю 1996 року та після 50 діб старіння в зернівках урожаю 1997 року інтенсивність зростання вмісту ТБК-реактивних речовин зменшувалась, що супроводжувалося стабілізацією або навіть поліпшенням схожості насіння після її попереднього зниження (рис. 2). Повна втрата схожості повітряно-сухим насінням за штучного старіння супроводжувалася значним підвищенням вмісту ТБК-реактивних речовин у зародку (для насіння врожаю 1997 року на 43 %, а у насіння врожаю 1996 року на 95 %), тоді як у насінинах без зародків певних змін у вмісті цих продуктів не виявлено (рис. 3).
Рис. 3. Динаміка вмісту ТБК-реактивних речовин у зернівках врожаю 1996 (А) та 1997 (Б) років за штучного старіння насіння, % від вихідного значення..
Таким чином, результати досліджень вказують на те, що динамiка показникiв життєздатності насіння протягом 130170 діб його штучного старіння пов'язана з інтенсивністю процесів ПОЛ у його зародках. Отримані експериментальні дані підтверджуються кореляційним аналізом, результати якого свідчать, що показники життєздатності (енергія проростання, схожість, сила росту, маса пагонів і корінців) знаходяться в зворотному кореляційному звязку з вмістом ТБК-реактивних речовин в зародках насіння під час його штучного старіння (r = -0,52 -0,96).
Важливо відзначити, що подальше витримування цього насіння в умовах пiдвищеноï температури термiном до року призводить до зниження досліджуваних речовин в усіх складових зернівки, особливо у зародках. За таких умов вміст продуктів, що обумовлюють поглинання при 532 нм, у зародках насіння врожаю 1996 та 1997 років нижчий, нiж у контролi, на 20 % та 26 %, відповідно. Згідно з даними літератури [Барабой, 1991], зниження вмісту продуктів ПОЛ у тканинах за рахунок активації антиокислювального ферментного захисту в умовах тривалого впливу стресового агента малоймовірно. Але відомо, що зменшення вмісту продуктів ПОЛ можливо пов'язане із зниженням концентрації ненасичених ліпідів і зменшенням інтенсивності їх "базового" окиснення в результаті пригнічення електронотранспортних реакцій, обумовлених утворенням форм активованого кисню [Владимиров, Арчаков, 1972; Мерзляк, 1989]. Отже, наведені дані можуть вказувати на те, що в насінні, яке навіть повністю втратило схожість внаслідок штучного старіння, деякі метаболічні процеси, наприклад дихання, продовжують тривати і тільки значно пізніше зупиняються остаточно. Саме на це вказує низький рівень ТБК-реактивних сполук у тканинах зародку у тривалі (більше року) терміни штучного старіння.
Динаміка вмісту ТБК-реактивних речовин в насінні різної життєздатності за його бубнявіння й проростання. Рівень життєздатності насіння в значній мірі залежить від інтенсивності "стартових реакцій", що виникають у зародках насіння і які суттєво впливають на формування паростків і подальший розвиток молодих рослин [Аветисова, Шапошников, Кадыков, 1988; Venter, 1988]. З'ясування змін рівня ПОЛ, які супроводжують різні ступені життєздатності насіння, є, на наш погляд, актуальним завданням, вирішення якого сприятиме як удосконаленню критеріїв оцінки життєздатності насіння, так і поглибленню сучасних уявлень щодо механізмів його проростання.
Визначення вмісту продуктів ПОЛ в окремих органах схожого й несхожого насіння озимої пшениці під час його бубнявіння та проростання показало, що поглинання води насінням різної життєздатності супроводжується мінливістю вмісту ТБК-реактивних речовин, динаміка якого відрізняється як в окремих частинах зернівки, так і в насінні різної схожості (рис. 4).
З наведених даних видно, що під час бубнявіння, як і за повітряно-сухого стану зернівок, найбільший вміст ТБК-реактивних речовин виявляється у зародках. З'ясувалося, що певні відмінності за вмістом ТБК-реактивних речовин між схожим та несхожим насінням у насінині без зародків виявляються на 2-ій та 24-ій годинах бубнявіння. У ці строки бубнявіння досліджені тканини несхожого насіння характеризуються меншим вмістом ТБК-реактивних речовин, ніж відповідні структури життєздатного насіння. За вмістом ТБК-реактивних речовин у зародків життєздатного та несхожого насіння протягом 24-х годин пророщування відмічалась певна різниця, яка протягом набрякання посилювалась. Таким чином, на кінець доби вміст речовин, які утворюють забарвлені сполуки в реакції з 2-тіобарбітуровою кислотою, в зародках життєздатного насіння виявився у 2,7 рази більшим, ніж у зародках насіння, що піддавалося штучному старінню.
Рис. 4. Динаміка вмісту ТБК-реактивних речовин у насінні озимої пшениці різної життєздатності під час бубнявіння (з розрахунку на 1 г сухої речовини): А - зернівка без зародка; Б - зародок; 1 - схоже насіння, 2 - несхоже насіння.
Отже, під час бубнявіння життєздатне насіння відрізняється від несхожого більшим вмістом продуктів ПОЛ у частинах зернівки (особливо зародках), що може бути пов'язано з відмінностями інтенсивності метаболічних процесів та перебудовою структурних та функціональних особливостей мембранних систем.
ВИСНОВКИ
Рекомендації щодо використання результатів:
АННОТАЦИИ
Ружицкая О.Н. Содержание тиобарбитуратреактивных веществ в семенах озимой пшеницы в связи и их жизнеспособностью при разных условиях хранения. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.12. –физиология растений. – Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев, 2002.
Диссертация посвящена изучению изменчивости морфофизиологических показателей жизнеспособности и активности процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в отдельных органах (частях) семян озимой мягкой пшеницы сорта Обрий разных лет урожая при их хранении в различных условиях.
Установлено, что отдельные части зерновки (зародыш, зерновка без зародыша) характеризуются разным уровнем ПОЛ. Наибольшее содержание тиобарбитуратреактивных (реагирующих с 2-тиобарбитуровой кислотой, ТБК-реактивных) веществ, независимо от условий выращивания и хранения семян, отмечается в тканях зародыша.
Оценка условий выращивания, определение посевных качеств и других показателей семян в начале их хранения показало, что, вследствие действия экологических факторов, для семян урожая разных лет характерен неодинаковый уровень жизнеспособности и активности процессов ПОЛ в отдельных их органах.
Изучено влияние шести разных режимов хранения на динамику энергии прорастания, всхожести, силы роста, концентрации экссудативных сахаров, структуры и качества проростков семян и содержания ТБК-реактивных веществ в целых зерновках, зародышах и зерновках без зародыша. Хранение семян в негерметичной упаковке в неконтролируемых температурных условиях привело к полной потере их жизнеспособности и снижению, по сравнению исходными данными, содержания ТБК-реактивных веществ в тканях зародыша.
Показано, что динамика жизнеспособности семян в процессе их искусственного старения (при 37 С) имеет фазовый характер. Исходя из особенностей изменений посевных качеств семян, структуры и морфофизиологических параметров проростков семян нами выделено четыре этапа: 1-й - активации; 2-й - депрессии; 3-й –временной стабилизации; 4-й –деградации. Корреляционный анализ показал наличие тесной отрицательной связи (r= -0,84 -0,96) между периодическими изменениями всхожести семян на протяжении 130170 суток их искусственного старения и содержанием ТБК-реактивных продуктов в зародышах зерновок. Полная потеря жизнеспособности семян в результате длительного (сроком 1 год) воздействия температуры 37 С, также, как и вследствие неблагоприятных условий хранения (негерметичная упаковка, склад), сопровождается снижением количества ТБК-реактивных веществ в зародышах по сравнению с исходными данными.
Одни и теже семена (формирование которых проходило в неблагоприятных метеорологических условиях) характеризовались наибольшими изменениями показателей жизнеспособности, как во время длительного хранения, так и в процессе искусственного старения, что подтверджает возможность использования данного метода для сравнительной оценки потенциальной способности к хранению семян озимой пшеницы разного экологического происхождения.
Изучена динамика содержания ТБК-реактивных веществ в семенах разной жизнеспособности в течение первых 24 ч их гидратации. Семена, утратившие всхожесть вследствие искусственного старения, во время набухания отличаются (р0,001) от жизнеспособных семян меньшим количеством анализируемых продуктов в частях зерновки (особенно зародышах). Полученные результаты свидетельствуют об информативности применения ТБК-теста для оценки жизнеспособности семян озимой пшеницы на начальных этапах их прорастания.
Ключевые слова: пшеница, семена, хранение, искусственное старение, жизнеспособность, тиобарбитуратреактивные продукты.
Ружицька О.М. Вміст тіобарбітуратреактивних речовин в насінні озимої пшениці в зв’язку з його життєздатністю за різних умов зберігання. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.12. –фізіологія рослин. –Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2002.
Дисертацію присвячено вивченню мінливості морфофізіологічних показників життєздатності й інтенсивності пероксидного окиснення лiпiдiв (ПОЛ) в окремих органах насіння озимої м’якої пшениці сорту Обрій різних років урожаю, нерівнозначних за метеорологічними умовами, за його зберіганням у різних умовах. Досліджено вплив шести різних режимів зберігання на характер мінливості енергії проростання, схожості, сили росту насіння, структури та якості його проростків, концентрації ексудативних цукрів та вмісту ТБК-реактивних продуктів в цілих зернівках, зародках та зернівках без зародків. Отримані дані динамiки показників життєздатності того ж насіння за його штучного старiння (при 37 С). Виявлена залежність (r=-0,84 -0,96) між періодичними змінами схожості насіння протягом 130170 діб його штучного старіння й інтенсивністю процесів ПОЛ у зародках зернівок. Визначений вміст ТБК-реактивних речовин в насінні, яке втратило життєздатність внаслідок несприятливих умов зберігання. Досліджена мінливість вмісту ТБК-реактивних продуктів в насінні різної життєздатності за його бубнявіння. Отримані результати свідчать про інформативність застосування ТБК-тесту для оцінки життєздатності насіння озимої пшениці на початкових етапах його проростання.
Ключові слова: пшениця, насіння, зберігання, штучне старіння, життєздатність, тіобарбітуратреактивні речовини.
Ruzhitska O.M. The amount of 2-thiobarbituric acid reactive products in the winter wheat seeds in the view of their viability under various conditions of storage. Manuscript.
The thesis for Ph.D.degree (Biology) on speciality 03.00.12 plant physiology. Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2002.
The thesis to devoted to the analysis of the changes in the morphophysiological markers of viability and intensity of lipid peroxidation processes (LPP) in the different parts of winter soft wheat seeds (the sort Obriy). These are of different years of crop, of different weather conditions and of their storage under various conditions. The impact of six regimes of storage on the intensity of growing energy, germination, structure and quality of sprouts, the concentration of extractive sugar and amount of 2-thiobarbituric acid reactive products in whole grain, embryos and whole grain without embryo has been analysed. The data of the same seeds viability markers have been registered (t 37 C). The relation (r = -0,84 -0,96) between the periodical changes of germination within 130170 days of the artificial ageing and intensity of LPP in embryos has been determined. The amount of TBA-reactive products in the seeds that lost their viability due to bad conditions of storage has been established. The changes of TBA-reactive products amount in the seeds of different viability as to their swelling have been determined. The results of the thesis illustrate the importance of the TBA–test when evaluating the winter wheat viability at the initial stages of sprouting.
The key-words: wheat, seeds, storage, artificial ageing, viability, 2-thiobarbituric acid reactive products.