CC BY
44
ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР
В СВЯЗИ С УФ-ОБЛУЧЕНИЕМ
© М.В. Коновалова, И.П. Спицын, С.Н. Коновалов
Одним из направлений фотоэнергетики является выяснение биологического эффекта воздействия различных участков светового спектра на живые организмы. Наиболее изучено влияние на растения интенсивного видимого света. Несомненный интерес представляет собой изучение воздействия на растительные организмы и других областей светового спектра, обладающих несколько иной, чем видимый свет, энергией излучения, в том числе и ультрафиолетовой.
Облучение семян, клубней, рассады является их фотоэнергетической «зарядкой». В результате такого воздействия в растительных тканях возникают глубокие изменения, обусловленные передачей энергии фотонов различным органическим молекулам в клетках зародыша, глазков, пыльцы и др. Облученные части растений становятся потенциально более богатыми энергетическими системами. Семена, как система, находящаяся в состоянии покоя, может хранить такую зарядку месяцами или даже годами. Поглощение энергии фотонов вызывает образование в облученных тканях возбужденных состояний и свободных радикалов. Больше всего их образуется в зародыше, несколько меньше в других частях семени. Возбужденные состояния и свободные радикалы, возникшие в семени, являются долгоживущими образованьями. Часть из них реализуется на физиологические и биохимические процессы, связанные с дозреванием семени, а другая часть энергии запасается и будет расходоваться только после того, как семена начнут прорастать. Чем больше срок хранения семян, тем больше в них потерь запасенной энергии. Свободные радикалы и возбужденные состояния приводят к некоторому усилению биохимических, цитологических и физиологических процессов.
Фотоэнергетический комплекс процессов в растении от поглощения квантов до их полного использования можно условно разделить на три этапа: физический, химический и биологический. Основные процессы каждого этапа представлены на схеме 1.
Нами проводились экспериментальные исследования по выявлению воздействия различных доз ультрафиолетового облучения на цитогенетический аппарат некоторых плодовых растений, в частности на процессы митоза, лежащего в основе деления меристематиче-ских и эмбриональных клеток. Митозы можно наблюдать в меристемах молодых быстрорастущих корней растений, в главных корнях проросших семян, в конусах нарастания стебля и др. В наших опытах мы использовали корни проросших семян яблони сорта Домашняя, а также вишни сорта Заря Поволжья и сорта Владимирская. Облучение УФ-лучами проводилось аппаратом ПРК-2 с расстояния 50 см от объекта. Экспозиция составляла 10 минут, 20 минут, 30 минут,
40 минут и 60 минут. В качестве контрольных были использованы необлученные семена.
Работа проводилась по двум направлениям:
1. Облучение семян и их проращивание непосредственно после облучения.
2. Облучение семян и их проращивание через месяц после облучения.
Для работы отбирались только здоровые неповрежденные и одинаковые по размерам и весу семена. Проращивание осуществлялось в лабораторных условиях в чашках Петри.
Митотическая активность клеток корешков оценивалась путем определения их митотического индекса. Для этого изготавливали давленные препараты клеток корешков. В качестве фиксатора использовали фиксатор Карнуа. Проводку проводили 70 %-ным водным раствором этилового спирта, а окрашивание препаратов ацетокармином. Осветление цитоплазмы и мацерацию тканей вызывали 45 %-ной уксусной кислотой. Приготовленные давленные препараты рассматривали под микроскопом при большом увеличении. Подсчитывали количество делящихся и неделящихся клеток и рассчитывали митотический индекс, соответствующий частному от деления числа клеток, находящихся в состоянии митоза на общее число всех клеток ткани.
Наивысший показатель митотического индекса в клетках корешков семян яблони получен при 40-минутном облучении. Он составил 0,98. Самый низкий митотический индекс дал контрольный вариант - 0,46. У вишен были получены аналогичные результаты: наилучший показатель дала 40-минутная экспозиция -0,94 дня сорта Заря Поволжья и 0,90 для сорта Владимирская; наименьший показатель получен в контроле -0,42 и 0,44 соответственно.
Схема 1
1 Физи- ческий этап Поглощение квантов, возбуждение атомов и молекул, термическая активация электронов, ионизация атомов и молекул, разрыв химических связей, образование свободных радикалов
2 Хими- ческий этап Фото-химическое окисление, окислительно-восстановительные процессы, ферментативные процессы, активация биосинтеза и т. д.
3 Биоло- гиче- ский этап Ускорение клеточных делений, повышение энергии прорастания семян, усиление роста и развития растений, увеличение продуктивности растений и т. д.
При проращивании облученных семян через месяц после облучения общая тенденция сохранилась. Но при этом у яблони наблюдалось незначительное снижение показателя митотического индекса - 0,93, а у обоих сортов вишни его небольшое увеличение - 0,95 (также при 40-минутной экспозиции). Вероятно, что некоторое увеличение митотической активности при недлительных сроках хранения облученных семян вишни вызвано тем, что в них после облучения еще совершаются
процессы дозревания, и энергия квантов УФ-света, запасенная в тканях, активизирует эти процессы.
В целом же одной из причин повышения митотической активности облученных семян, по нашему мнению, может быть активация различных регуляторных белков: белков-активаторов определенных этапов митотического цикла (различные киназы, циклины и др.) и факторов роста - белков-стимуляторов митотической активности клеток.
СОРБИНОВАЯ КИСЛОТА И УФ-ЛУЧИ - АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ РАСТЕНИЙ IN VIVO
© И.П. Спицын, А.Ю. Ладехин
ВВЕДЕНИЕ
Работая с гибридными растениями, селекционеры зачастую сталкиваются с рядом трудностей: не скрещиваемостью отдельных видов и родов, не прорастанием или низкой всхожестью семян, стерильностью гибридного потомства. Это касается как однолетних сельскохозяйственных растений, так и многолетних [1-5].
Эффективными приемами преодоления этих трудностей являются методы современной биотехнологии: стимуляторы роста и in vitro. На фоне убедительных экспериментальных успехов особенно ярко вырисовываются проблемы культуры зародышей растений in vitro: 1) изучение и поиски средств улучшения метода для плодовых растений; 2) испытание жизнеспособности эмбрионов, отторгнутых от материнского растения в различные сроки эмбриогенеза, начинающихся с момента оплодотворения и кончая созреванием плодов; 3) выяснение степени фертильности и жизнеспособности эмбрионов в опавшей завязи [1-5].
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Цель работы - провести экспериментальные исследования синтетической сорбиновой кислоты и УФ-облучения семян различных сельскохозяйственных растений в качестве стимуляторов роста in vivo и in vitro.
В задачи исследования входило: -цитоморфологическая оценка влияния сорбиновой кислоты и УФ-облучения на семена некоторых сельскохозяйственных растений;
-изучение влияния сорбиновой кислоты, добавленной в искусственную питательную среду для выращивания гибридных зародышей in vitro - предварительно обработанных УФ-лучами;
-определение оптимальной концентрации сорбиновой кислоты и экспозиции УФ-облучения, наиболее благоприятных для обработки семян;
-разработка технологии предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений сорбиновой
кислотой и УФ-лучами с целью повышения их продуктивности.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объектов исследования были взяты различные однолетние и многолетние сельскохозяйственные растения: огурцы, сахарная свекла, вишня, черешня, вишне-черешневые гибриды и др.
Проведена серия опытов: 1) определение эффективности использования сорбиновой кислоты для обработки семян; 2) облучение гибридных эмбрионов различного возраста УФ-лучами; 3) изучение эффективности совместного использования сорбиновой кислоты и УФ-облучения; 4) изучение реакции хромосомного аппарата клеток растений на УФ-лучи и сорбиновую кислоту. УФ-облучение проводилось аппаратом ПРК-2, с излучением в области длины волн 290-340 мкм. Семена и зародыши располагались на расстоянии 50 см от источника. Исследованы десяти-, двадцати- и тридцатиминутные экспозиции. Найдена оптимальная концентрация сорбиновой кислоты - 1: 1000. Семена проращивались в чашечках Петри на влажной фильтровальной бумаге сразу после обработки и через месяц. Цитоморфологические исследования проводились тем-порально на пятый-десятый день. Фиксатор Карнуа, окраска препаратов ацето-кармином. Питательные среды in vitro - Тукея и Уайта.
Экспериментальные данные обработаны статистически.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Результаты исследований представлены в таблицах 1-3.
Результаты цитоморфологического анализа через месяц после УФ-облучения огурцов представлены в таблицах 4 и 5.
В полевых условиях отмечены аналогичные результаты. Растения, полученные из семян (эмбрионов) после 20-ти минут УФ-облучения, раньше зацвели и дали в 2-3 раза больше плодов.
