НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН І ГЕНЕТИКИ

КАЛІНІНА НАТАЛЯ ОЛЕКСІЇВНА

УДК 581.143:631.423.5:633.423.5

АДАПТАЦІЯ КУКУРУДЗИ ДО УМОВ ХЛОРИДНОГО ЗАСОЛЕННЯ НА РАННІХ ЕТАПАХ ОНТОГЕНЕЗУ: ВПЛИВ РЕГУЛЯТОРІВ РОСТУ

03.00.12 – фізіологія рослин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського та Інституті фізіології рослин і генетики НАН України (м. Київ)

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Кабузенко Світлана Миколаївна,

Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського,

професор кафедри фізіології рослин і біотехнології

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Косаківська Ірина Василівна

Інститут ботаніки ім. М. Г. Холодного НАН України,

заступник директора

доктор біологічних наук, професор

Терек Ольга Іштванівна

Львівський національний університет ім. Івана Франка,

завідувач кафедри

Провідна установа: Нікітський ботанічний сад

Національний науковий центр УААН,

м. Ялта, смт. Нікіта

Захист відбудеться “ 16 ” червня _ 2005 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 26.212.01 в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська 31/17, тел. 263-51-50.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізіології рослин і генетики НАН України: 03022, м. Київ, вул. Васильківська 31/17.

Автореферат розісланий “ 14 ” травня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Є. Ю. Мордерер

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Нині на Україні загальна площа засолених земель складає близько 4 млн. га, серед яких 2,7 млн. га є орними. Неправильне ведення поливного землеробства викликає їх збільшення. Вирощування культурних рослин в цих умовах спричиняє зменшення їх продуктивності і призводить до втрат врожаю (Удовенко, 1977). В таких умовах проблема стійкості рослин до сольового стресу набуває особливої актуальності, що викликає необхідність вивчення механізмів солестійкості рослин, особливо сільськогосподарських культур. Одним із засобів підвищення продуктивності рослин в умовах засолення може бути використання регуляторів росту.

Останнім часом в Україні ведеться пошук, вивчення та впровадження в практику землеробства регуляторів росту різної природи. Серед синтетичних регуляторів привертає увагу препарат івін, випуск якого налагоджено в Інституті біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України (Київ). Дослідженнями різних науково-дослідних установ показана можливість застосування цього препарату для стимуляції проростання та схожості насіння, регуляції процесів вегетативного росту, цвітіння, прискорення дозрівання (Пономаренко, 1998).

Серед регуляторів росту природного походження певний інтерес викликає препарат з відходів спиртодріжджової промисловості, який відзначається високою ефективністю та порівняно невисокою вартістю. В препараті продуктів термофільного метанового бродіння мелясної барди (ПТМБ) знайдено незамінні аминокіслоти, вітаміни групи В (тіамін, рибофлавін, піридоксин та вітамін В12), оротову кислоту, глікопептиди, нуклеозиди та фітогормони ІОК та зеатинрибозид – останні в концентрації 2 та 2,3 мкг/г продукту (Михлин и др., 1971). Для цього препарату також показана стимуляція проростання насіння, збільшення під його впливом врожайності деяких культурних рослин (Яворська та ін., 1997).

Але дію вищенаведених препаратів на рослину вивчали найчастіше за оптимальних, нестресових умов (Пономаренко, 1998, Маковейчук, 2002).

В літературі представлена невелика кількість досліджень, які присвячені вивченню механізмів адаптивної дії на рослину регуляторів росту в умовах хлоридного засолення (Кабузенко, 1997, Паладіна та ін, 1998), але дані стосовно можливості використання препаратів ПТМБ та івіну для підвищення солестійкості рослин і присвячені вивченню фізіологічних механізмів їх дії за таких умов повністю відсутні.

Поряд з цим, хоча кукурудза і є однією з основних культур, які вирощують на півдні України, але її нові гібриди та сорти не вивчені достатньо відносно ступеню стійкості до несприятливих факторів середовища. Отримання таких даних важливе не тільки з теоретичної, але і з практичної точки зору.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота була виконана на кафедрі фізіології рослин та біотехнології Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського і у відділі фізіології росту та розвитку рослин Інституту фізіології рослин і генетики НАН України. Дослідження проводились у рамках наукової теми “Вплив біологічно активних речовин на ріст, розвиток, та морфогенез культурних рослин. Фізіологічні аспекти використання біологічно активних речовин з метою керування ростом та розвитком рослин”, № держреєстрації 0198U009111.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було дослідження фізіологічних реакцій різних гібридів та сорту кукурудзи Одеська 10 на хлоридне засолення та вплив на них БАР (біологічно активних речовин) - 6-БАП, ПТМБ та івіну. Досягнення поставленої мети передбачало вирішення таких завдань:

1) виявити концентраційну залежність впливу 6-БАП, ПТМБ та івіну на ростові параметри різних гібридів та сорту кукурудзи Одеська 10 в умовах хлоридного засолення;

2) визначити фітогормональний статус коренів кукурудзи в умовах засолення та під впливом синтетичного цитокініну 6-БАП;

3) дослідити вміст білка в коренях під впливом засолення та за дії регуляторів росту;

4) вивчити вплив хлоридного засолення на ацидофікуючу активність коренів та активність ферменту Н+_АТФази;

5) виявити особливості впливу засолення і регуляторів росту на активність ферменту пероксидази;

6) оцінити можливість використання 6-БАП, ПТМБ та івіну у практиці рослинництва з метою підвищення солестійкості кукурудзи.

Об’єкт дослідження – процеси проростання насіння, росту і розвитку рослин.

Предмет дослідження – тридобові паростки кукурудзи сорту Одеська 10, гібридів Фоліант МВ, Од Ма 310 МВ, Од 480 МВ, насіння (зернівки) та тритижневі рослини кукурудзи сорту Одеська 10.

Для досягнення поставленої в роботі мети використано такі методи дослідження: біометричні та аналітичні методи (для аналізу активності ферментів та визначення вмісту білка), метод спектороденситометричної тонкошарової хроматографії для виявлення кількісного та якісного складу фітогормонів і методи математичної статистики.

Наукова новизна отриманих результатів. Встановлена позитивна дія препаратів івіна та ПТМБ на рослини кукурудзи в умовах сольового стресу на ранніх етапах онтогенезу. Визначені концентраційні залежності впливу регуляторів росту 6-БАП, ПТМБ та івіну для сорту кукурудзи Одеська 10 та нових гібридів одеської селекції.

Вперше показано, що гібриди кукурудзи розрізнялись за ацидофікуючою активністю коренів, яка була прямо пов’язана з солестійкістю.

Вперше досліджено фітогормональний статус клітин кореня кукурудзи за дії хлоридного засолення та дії 6-БАП за таких умов. Під впливом 0,1 н NaCl в тканинах кореня зростав вміст АБК, ІОК і зеатинрибозіда та знижувався вміст зеатину. Синтетичний цитокінін 6-БАП викликав зменшення рівня АБК та ІОК і зростання рівня зеатинів.

Допосівне замочування насіння та обробка вегетуючих рослин кукурудзи водними розчинами 6-БАП, ПТМБ та івіну сприяли накопиченню біомаси і покращенню ростових показників паростків кукурудзи. Результати свідчать про можливість використання цих регуляторів росту для зменшення негативного впливу засолення.

Практичне значення одержаних результатів. З’ясовано, що гібриди та сорт кукурудзи мають різну чутливість і їх солестійкість зменшувалась у такій послідовності: Фоліант МВ > Одеська 10 ? ОдМа 310 МВ > Од 480 МВ.

Показано, що показником стійкості до умов хлоридного засолення окремих гібридів та сорту Одеська 10 була різниця між інтенсивністю зростання ацидофікуючої активності коренів в нормі та при стресі.

Результати роботи обґрунтовують можливість і способи використання в практиці сільського господарства препаратів ПТМБ та івіну для підвищення стійкості рослин до сольового стресу на ранніх етапах онтогенезу.

Матеріали дисертації використовуються у загальному курсі "Фізіологія рослин" та спецкурсі "Стійкість рослин" біологічного факультету Таврійського національного університету та застосовуються при виконанні студентами курсових та дипломних робот.

Особистий внесок здобувача полягає в оволодінні необхідними методами досліджень, виконанні всього обсягу експериментальної частини дисертації, статистичній обробці результатів, підборі і опрацюванні даних літератури, а також, за участю наукового керівника і співавторів, у аналізі і інтерпретації одержаних результатів.

Апробація результатів дисертації. Матеріали, викладені у дисертації, доповідались на щорічних наукових конференціях професорсько-викладацького складу біологічного факультету Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського (1997-2000); на ІІІ міжнародній конференції "Современные проблемы беспочвенного культивирования растений" (Ереван, 1999); V міжнародній конференції "Регуляторы роста и развития растений" (Москва, 1999); матеріалах конференцій молодих вчених-ботаніків України "Актуальні питання ботаніки та екології" (Ніжин, 1999; Чернігів, Седнів, 2000); VII молодіжній конференції ботаніків в Санкт-Петербурзі (Санкт-Петербург, 2000); І республіканський конференції молодих вчених Криму "Актуальные вопросы современной биологии" (Симферополь, 2000); XII Міжнародній науковій конференції "Вивчення онтогенезу рослин природних і культурних флор у ботанічних закладах і дендропарках Євразії" (Полтава, 2000); XII Міжнародному конгресі FESPP (Будапешт, 2000); Міжнародному симпозіумі "Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье" (Алушта, 2000); VII конференції молодих вчених "Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття" (Київ, 2000), Міжнародній конференції молодих вчених “Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений” (Харьков, 2001), II Міжнародній конференції “Онтогенез рослин у природних та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти” (Львів, 2004).

Публікації. За матеріалами дисертації надруковано 17 наукових робіт, у тому числі 3 статті у провідних фахових журналах, 1 патент на винахід та 12 тез доповідей.

Структура та об’єм роботи. Дисертація складається з переліку умовних скорочень, вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів дослідження, чотирьох розділів експериментальної частини, висновків, списку використаних джерел літератури з 298 найменувань. Робота викладена на 146 сторінках машинописного тексту і включає 17 ілюстрацій та 13 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріал та методи досліджень. Об'єктами досліджень були паростки кукурудзи (Zea mays) найбільш розповсюдженого на території Криму сорту Одеська 10 та гібридів – ОдМа 310 МВ, Од 408 МВ, Фоліант МВ. Насіння для дослідів було отримане в Селекційно-генетичному інституті – Національному центрі насіннєзнавства та сортовивчення УААН (м. Одеса).

Препарат продуктів термофільного метанового бродіння (ПТМБ) мелясної барди виробництва Андрушевського спиртозаводу був наданий відділом фізіології росту та розвитку ІФРГ НАН України. Препарат івін (N-оксид 2,6-диметилпірідину) – Інститутом біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України. Нами було використано також синтетичний цитокінін - 6-бензил-амінопурин (6-БАП) виробництва фірми "Merck".

У першій серії експериментів насіння пророщували в темряві, при температурі 261С, в чашках Петрі або в кюветах на зволоженому фільтрувальному папері. Розчини препаратів 6-БАП, ПТМБ та івін готувались на воді (безсольовий фон) або на 0,1 н розчині NaCl (сольовий фон). Контроль – вода, а на сольовому фоні додатково порівнювали з чистим 0,1 н NaCl. На третю добу у паростків визначали морфометричні показники.

В іншій серії дослідів рослини пророщували в грунті. Ця серія експериментів включала два варіанти обробки рослин. Перший – двократне обприскування препаратами рослин кукурудзи в фазі двох справжніх листків. Інший метод обробки полягав у попередньому замочуванні насіння в воді (контроль та варіант 0,1 н NaCl) або розчинах регуляторів росту з подальшим висушуванням та висіванням в незасолений (контроль) або засолений грунт. При досягненні тритижневого віку у рослин вимірювали їх морфометричні показники.

Визначення ацидофікуючої активності коренів проводили за методом Єгорової та Воробйова (Егорова, Воробьев, 1989). Активність Н+_АТФази встановлювали за методикою Полевого та Танкелюн (Полевой, Танкелюн, 1982).

Визначення вмісту фітогормонів проводили методом спектроденситометрії в тонких шарах силикогелю “Merck”, № 5554, відповідно до методичних рекомендацій Савінського та співавторів (Сaвинский и др., 1987).

Дослідження вмісту білка проводили за методом Лоурі (Lowry еt аl., 1951), а активність пероксидази – за методом Бояркіна (Бояркин, 1951).

Статистичне опрацювання результатів експериментів. Біологічні досліди виконані у п'яти-шести, а біохімічні – у трьох повторностях. Визначали середнє арифметичне, стандартну похибку. Достовірність різниці між варіантами оцінювали за критерієм Ст'юдента, використовуючи 5% рівень значущості (Доспехов, 1985) та методом дисперсійного аналізу з використанням програми Statgraphics.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Вплив хлоридного засолення та регуляторів росту на морфометричні показники різних гібридів та сорту. За отриманими даними хлоридне засолення негативно впливало на масу та довжину осьових органів тридобових паростків кукурудзи (табл. 1). Під впливом солі у паростків більш пригнічувались довжина та маса надземної частини порівняно з довжиною та масою коренів. Відмічено також сортову особливість реакції паростків кукурудзи. За сумою морфометричних показників найменш стійким до засолення 0,1 н NaCl виявився гібрид Од 480 МВ, а найбільш стійким – гібрид Фоліант МВ.

Порівняльне вивчення дії нових регуляторів росту ПТМБ, івіну та аналога природного фітогормону 6-БАП показало, що пророщування насіння кукурудзи в сольових розчинах з додаванням цих сполук сприяло збільшенню показників росту дослідних рослин порівняно з варіантом 0,1 н NaCl. Ефективність дії та оптимальні концентрації регуляторів росту у окремих гібридів та сорту в умовах 0, 1 н NaCl були різними (табл. 2).

Таблиця 1

Вплив хлоридного засолення різної концентрації на показники росту різних гібридів та сорту кукурудзи

Сорт,

гібриди | Надземна частина | Коріння | Маса речовини рослини

довжина, % | маса, % | довжина, % | маса, % | сира, % | суха, %

Контроль (вода) | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0

0,1 н NaCl

Фоліант МВ | 53,51,2 | 47,14,9 | 59,31,7 | 68,32,2 | 59,60,8 | 44,21,4

Одеська 10 | 44,63,8 | 44,63,1 | 55,44,9 | 52,71,7 | 49,72,1 | 39,71,3

ОдМа 310 МВ | 61,32,6 | 51,72,6 | 53,52,8 | 49,32,3 | 50,12,0 | 40,11,6

Од 480 МВ | 42,02,0 | 32,01,4 | 54,02,7 | 49,82,3 | 38,51,5 | 33,70,9

НІР 0,5 | 11,7 | 8,1 | 7,4 | 11,9 | 9,1 | 4,8

0,2 н NaCl

Одеська 10 | 19,30,8 | 13,41,0 | 28,90,1 | 23,51,3 | 19,51,2 | 11,60,4

Таблиця 2

Вплив регуляторів росту на фоні 0,1 н NaCl на ростові показники різних гібридів та сорту кукурудзи

Варіант | Довжина надземної частини, % | Довжина кореня, % | Маса рослини

сира, % | суха, %

Фоліант МВ

Контроль (0,1 н NaCl) | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0

NaCl + 6-БАП, 2,5 мкг/л | 111,15,2 | 98,91,5 | 105,71,4 | 102,42,1

NaCl + ПТМБ, 75 мг/л | 109,73,2 | 97,63,1 | 105,42,8 | 100,62,0

NaCl + івін, 10 мг/л | 133,73,3* | 111,20,9* | 126,13,2* | 118,91,6*

Од 480 МВ

Контроль (0,1 н NaCl) | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0

NaCl + 6-БАП, 2,5 мкг/л | 120,56,3* | 93,62,3 | 108,82,4 | 105,41,3

NaCl + ПТМБ, 50 мг/л | 131,08,5* | 114,03,4* | 117,76,4* | 119,52,8*

NaCl + івін, 10 мг/л | 108,34,5 | 120,55,7* | 135,53,8* | 129,63,0*

ОдМа 310 МВ

Контроль (0,1 н NaCl) | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0

NaCl + 6-БАП, 7,5 мкг/л | 115,42,2* | 102,41,9 | 115,91,4* | 109,63,9

NaCl + ПТМБ, 25 мг/л | 125,22,6* | 109,61,9 | 137,72,1* | 142,53,1*

NaCl + івін, 5 мг/л | 102,95,4 | 89,44,1 | 107,83,3 | 108,43,8

Одеська 10

Контроль (0,1 н NaCl) | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0

NaCl + 6-БАП, 2,5 мкг/л | 119,32,1* | 116,91,7* | 118,93,7* | 112,43,1

NaCl + ПТМБ, 75 мг/л | 108,43,5 | 102,64,1 | 107,91,9 | 106,13,4

NaCl + івін, 10 мг/л | 104,62,3 | 107,53,4 | 107,12,3 | 103,92,3

* - різниця достовірна на 95 % рівні значущості

Відповідна реакція кожного гібриду чи сорту виявились різними, оскільки окремі генотипи рослин характеризуються певними особливостями метаболізму як на клітинному рівні, так і на рівні організму (Керімов та ін., 1993, Пюрко та ін, 2004).

Зміни фітогормонального баланса коренів паростків кукурудзи при хлоридному засоленні та під впливом захисної дії БАР. На рівні цілого організму регуляцію метаболізму та та фізіолого-біохімічних процесів здійснює гормональна система (Терек, 1990), тому визначення балансу ендогенних фітогормонів в клітинах за умовах їх росту при хлоридному засоленні може висвітити роль окремих фітогормонів в процесах адаптації.

За отриманими даними, хлоридне засолення суттєво змінювало гормональний баланс. Істотно зростав гормон стресу – абсцизова кислота, підвищувався рівень індолілоцтової кислоти та зеатинрибозиду, а рівень зеатину зменшувався (табл. 3).

Таблиця 3

Вплив хлоридного засолення та екзогенного 6-БАП на вміст ендогенних фітогормонів в коренях тридобових паростків кукурудзи сорту Одеська 10 (нг/г маси сирої речовини)

Варіант | ІОК | АБК | Зеатин | Зеатинрибозид | Вр | З+Зр / ІОК

Контроль | 5293±211 | 98±4 | 990±50 | 921±39 | 73,5 | 0,361

0,1 н NaCl | 20403±618 | 1745±78 | 600±28 | 2855±140 | 13,7 | 0,169

0,1 н NaCl+6-БАП | 8415±310 | 444±19 | 1350±53 | 1002±43 | 24,3 | 0,280

Розрахунок коефіцієнту Вр, який характеризує баланс фітогормонів, показав, що на сольовому фоні його значення було менше в 5,4 рази порівняно з контролем. Така зміна, можливо, обумовлювала зниження мітотичної активності клітин кореня та сповільнювала темпи росту в умовах сольового стресу. Підтвердженням такого припущення є також зменшення при стресі співвідношення між цитокінінами та ІОК, оскільки із літератури відомо, що високе співвідношення концентрацій цитокініни/ІОК стимулює поділ клітин (Полевой, Полевой, 1992). Збільшення рівня ІОК в стресових умовах, можливо, також було пов'язане з пригніченням мітотичної активності, оскільки показано, що максимальний вміст ІОК спостерігається в тих зонах паростків, які відрізняються активним ростом розтягненням, а клітини, що діляться, або закінчили поділ, відмічаються зниженим рівнем ІОК (Безвенюк, 1985). Важливо також, що ауксин здатен підсилювати роботу Н+_помпи плазмалеми (Меркис, 1982), що є необхідним для підтримування іонного гомеостазу в несприятливих умовах сольового стресу.

6-БАП в середовищі пророщування наближав кількість ендогенних фітогормонів до рівня контрольного варіанту. Відображенням цих змін, імовірно, може бути встановлене під впливом 6-БАП зменшення тривалості фаз клітинного циклу до рівня контролю, яке свідчить про активізацію мітотичної активності (Кабузенко, Горшенков, 1985).

Зміни вмісту білка в тканинах паростків кукурудзи за умов стресу та при застосуванні регуляторів росту 6-БАП, ПТМБ та івіну. Отримані нами дані свідчать про те, що в умовах хлоридного засолення майже в два рази знижувався загальний вміст білка в коренях паростків кукурудзи. Додавання в сольове середовище регуляторів росту сприяло збільшенню його вмісту. Найбільше зростання викликав екзогенний 6-БАП, під впливом якого збільшувався вміст білка майже на 30% порівняно з варіантом з 0,1 н NaCl, в той же час як препарати івін та ПТМБ стимулювали зростання кількості білка значно меншою мірою. Подібна тенденція до збільшення кількості білка спостерігалась і при застосуванні БАР в безсольових умовах, за винятком івіну, який практично не змінював його вміст в тканинах (табл. 4).

Таблиця 4

Вміст білка в коренях тридобових паростків кукурудзи сорту Одеська 10

Варіант | Вміст білка, мг/г маси сирої речовини | %

до контролю | До 0,1 н NaCl

Контроль | 31,11,4 | 100,0–

0,1 н NaCl | 17,20,7 | 55,9 | 100,0

NaCl2,5 мкг/л 6-БАП | 22,51,0 | 72,4 | 129,6

NaCl75 мг/л ПТМБ | 18,30,5 | 58,9 | 105,4

NaCl10 мг/л івін | 17,90,3 | 57,7 | 103,2

2,5 мкг/л 6-БАП | 40,61,8 | 130,7–

25 мг/л ПТМБ | 32,61,2 | 104,9–

2 мг/л івін | 30,90,8 | 99,5–

НІР 0,5 | 4,4––

Відомо, що процес адаптації рослин супроводжується суттєвими кількісними та якісними змінами в біосинтезі білків. У рослинних клітинах за екстремальних умов спостерігається синтез стресових поліпептидів, якісний та кількісний склад яких залежить як від виду і інтенсивності стресового навантаження, так і від виду рослин (Косаківська, 1997). Зниження вмісту білка може бути не тільки результатом змін його синтезу, але, можливо, зумовлене і “скороченням життя” білкової молекули (Леонова, Шевякова, 1974). Відомо, що регулятори росту при взаємодії з білками-акцепторами, спроможні впливати на конформаційний стан хроматину, підвищуючи його матричну доступність для РНК-полімераз і, таким чином, активувати синтез РНК та білків (Троян та ін., 1991). Різна чутливість білкових компонентів до дії солей призводить також і до змін активності ряду ферментів (Клишев, Герман, 1974). Саме тому наше подальше дослідження було присвячено вивченню деяких ферментів метаболізму, зокрема Н+_АТФази та пероксидази, в рослинних тканинах в умовах хлоридного засолення, під впливом БАР і при одночасній дії засолення та БАР.

Підкислююча активність коренів паростків кукурудзи різних гібридів та сорту та активність Н+_АТФази в умовах хлоридного засолення та під впливом БАР. Універсальним двигуном практично всіх активних транспортних потоків через плазматичну мембрану рослинної клітини є градієнт електрохімічних потенціалів Н+-іонів, який створюється протонною АТФазою (Опритов, 2000). Тому в умовах сольового стресу є необхідним вивчення особливостей змін концентраційного градієнта рН у різних гібридів та сорту за умов хлоридного засолення та регуляторів росту, а також визначення особливостей функціонування Н+-АТФази.

Згідно отриманим нами даним у коренів всіх гібридів та сорту протягом досліду спостерігалось поступове підвищення виділення протонів в середовище інкубації як в нормальних умовах, так і при дії 0,1 н NaCl. В той же час, при вирощуванні паростків в 0, 1 н розчині NaCl всі корені починають виділяти більше протонів в середовище інкубації з самого початку досліду. При цьому найбільша інтенсифікація цього процесу була притаманна стійкому гібриду Фоліану МВ, а найменш стійкий гібрид Од 480 МВ відрізнявся незначним зростанням виділення Н+ (рис. 1).

Рис. 1. Виділення протонів коренями різних гібридів та сорту кукурудзи в нормальних умовах та при 0,1 н хлоридному засоленні

1 – Од 480 МВ, 2 – Фоліант МВ, 3 – Одеська 10, 4 – Од Ма 310 МВ

1-4 – нормальні умови, 1'-4' – 0,1 н NaCl

При додаванні до середовища з NaCl фітогормонів спостерігалась тенденція до нормалізації виділення протонів коренями всіх паростків. Найбільш інтенсивно діяв препарат 6-БАП, а ПТМБ та івін сприяли покращенню змін рН з приблизно однаковою інтенсивністю (табл. 5).

Таблиця 5

Швидкість виділення протонів коренями різних гібридів та сорту кукурудзи під дією регуляторів

росту

Варіант | Швидкість виділення протонів

нмоль/ г маси сирої речовини коренів?хвилину | до 0,1 н NaCl, %

Одеська 10

0,1 н NaCl | 0,414±0,011 | 100,0

NaCl + 6-БАП, 2,5 мкг/л | 0,345±0,011 | 83,0

NaCl + ПТМБ, 75 мг/л | 0,389±0,003 | 93,8

NaCl + івін, 10 мг/л | 0,406±0,010 | 97,7

НІР 0,5 | 0,038 | -

Од 480 МВ

0,1 н NaCl | 0,408±0,012 | 100,0

NaCl + 6-БАП, 2,5 мкг/л | 0,369±0,015 | 90,4

NaCl + ПТМБ, 50 мг/л | 0,400±0,009 | 98,0

NaCl + івін, 10 мг/л | 0,396±0,010 | 97,1

НІР 0,5 | 0,040 | -

ОдМа 310 МВ

0,1 н NaCl | 0,472±0,015 | 100,0

NaCl + 6-БАП, 7,5 мкг/л | 0,388±0,006 | 82,2

NaCl + ПТМБ, 25 мг/л | 0,432±0,008 | 91,5

NaCl + івін, 5 мг/л | 0,428±0,014 | 90,7

НІР 0,5 | 0,044 | -

Фоліант МВ

0,1 н NaCl | 0,530±0,012 | 100,0

NaCl + 6-БАП, 2,5 мкг/л | 0,298±0,006 | 56,2

NaCl + ПТМБ, 75 мг/л | 0,339±0,006 | 64,0

NaCl + івін, 10 мг/л | 0,377±0,005 | 71,1

НІР 0,5 | 0,030 | -

Для більш детального вивчення причин зростання ацидофікуючої активності коренів ми дослідили активність Н+-АТФази в коренях паростків сорту Одеська 10. Сольовий стрес, за нашими даними, сприяв збільшенню активності H+-АТФази, причому якщо при розрахунку на грам сирої речовини коренів спостерігалась стимуляція на 21,3%, то при визначенні активності ферменту на 1 мг білку сольових стрес збільшував її майже в 2,2 рази. Наявність екзогенних регуляторів росту в середовищі пророщування сприяла нормалізації роботи ферменту – найбільш активним був препарат 6-БАП, в той час як івін був найменш ефективним в обох випадках (табл. 6).

Відомо, що солестійкість рослин зумовлюється певними механізмами іонного гомеостазу. Підтримування низьких концентрацій іонів в цитоплазмі реалізується на клітинному рівні і обумовлюється функціонуванням іонотранспортних механізмів, локалізованих в плазмалемі та тонопласті, при цьому велика роль належить іонним насосам та іонним каналам (Балнокін, Попова, 1991). За отриманими нами даними, зростання активності ферменту Н+-АТФази в умовах засолення, можливо, підтримує іонний гомеостаз та забезпечує активне викачування катіонів натрію з клітин рослин з використанням протонного градієнту, який створюється ферментами на поверхні мембран, при цьому екзогенні регулятори росту спроможні впливати на цей процес.

Таблиця 6

Активність Н+-АТФази коренів тридобових паростків кукурудзи сорту Одеська 10

Варіант | Активність Н+-АТФази, мкг фосфору неорганічного, відщепленого за 1 годину при t 37 ?С

мкг/ г сирої речовини | % до контролю | % до 0,1 н NaCl | мкг/ г білка | % до контролю | % до 0,1 н NaCl

Контроль (вода) | 84,8±2,0 | 100,0 | - | 2,73±0,06 | 100,0 | -

0,1 н NaCl | 102,9±3,2 | 121,3 | 100,0 | 5,92±0,05 | 216,8 | 100,0

NaCl+6 БАП, 2,5 мкг/л | 91,6±1,8 | 108,0 | 89,0 | 4,07±0,02 | 149,1 | 68,6

NaCl+ПТМБ, 75 г/л | 89,8±1,4 | 105,9 | 87,0 | 4,90±0,02 | 179.5 | 82,8

NaCl+івін, 10 мг/л | 95,2±0,8 | 112,3 | 92,5 | 5,31±0,01 | 194,5 | 89,7

6 БАП, 2,5 мкг/л | 112,9±1,5 | 133,1 | - | 2,78±0,01 | 101,8 | -

ПТМБ, 25 мг/л | 97,6±1,0 | 115,1 | - | 2,99±0,03 | 109,5 | -

Івін, 2 мг/л | 110,5±0,5 | 130,3 | - | 3,57±0,02 | 130,8 | -

H2ОNa3Vo4 | 20,50,4 | 24,2 | - | 0, 660,01 | 24,2 | -

НІР 0,5 | 5,2 | - | - | 0,10 | - | -

Таким чином, показником стійкості до умов хлоридного засолення окремих гібридів та сортів може бути різниця між інтенсивністю зростання ацидофікуючої активністі коренів в нормі та за дії стрессового чинника.

Активність пероксидази при хлоридному засоленні середовища та під впливом регуляторів росту. Пероксидаза є ферментом, який реагує на будь-які зміни зовнішнього середовища та на різні стресові ситуації, що вказує на її важливе значення в загальному метаболізмі рослинних тканин в таких умовах (Gaspar et al., 1992).

Результати наших експериментів свідчать, що присутність хлориду натрію в середовищі пророщування збільшувала активність пероксидази в коренях паростків в 2,3 рази порівняно з контролем. Застосування 6-БАП, ПТМБ та івіну в умовах засолення сприяло зменшенню активності ферменту, наближаючи рівень його активності до контрольного значення, але за ефективністю дії вони відрізнялись. Так, нові регулятори зменшували активність ферменту в умовах стресу на 18,8-29,0%, а 6-БАП ще істотніше – на 31,3% порівняно з варіантом 0,1 н NaCl (табл. 7).

Збільшення пероксидазної активності у відповідь на стресові умови зумовлене декількома причинами. Відомо, що в стресових умовах досить швидко накопичується токсичний перекис водню, інактивація якого здійснюється за допомогою ферменту (Аббасова, 1999). З іншого боку, зміни активності пероксидази є одним з основних факторів, які впливають на вміст ІОК в клітинах, що вказує на один із можливих механізмів участі цього ферменту в регуляції росту клітин (Акімова, 1988). Зменшення активності ферменту при дії екзогенних регуляторів росту 6-БАП, ПТМБ та івіну, можливо, пов'язане з нормалізацією в клітинах окислювальних механізмів.

Таблиця 7

Активність пероксидази в коренях тридобових паростків кукурудзи сорту Одеська 10

Варіант | Активність пероксидази, ум. од/ мг білка | %

до контролю | до 0,1 н NaCl

Контроль | 2,210,07 | 100,0 | -

0,1 н NaCl | 5,200,17 | 253,3 | 100,0

NaCl2,5 мкг/л 6-БАП | 3,570,06 | 161,5 | 68,7

NaCl75 мг/л ПТМБ | 3,690,12 | 167,0 | 71,0

NaCl10 мг/л івін | 4,220,10 | 191,0 | 81,2

2,5 мкг/л 6-БАП | 2,230,03 | 101,0 | -

25 мг/л ПТМБ | 2,260,05 | 102,4 | -

2 мг/л івін | 2,450,05 | 110,7 | -

НІР 0,5 | 0,30 | - | -

Таким чином, отримане в наших дослідах збільшення активності пероксидази в умовах хлоридного засолення має адаптивне значення і поряд з іншими змінами в метаболізмі може забезпечувати стійкість рослин до високого вмісту NaCl в середовищі.

Вивчення можливості практичного використання 6-БАП, ПТМБ та івіну для підвищення солестійкості кукурудзи на ранніх етапах онтогенезу. Для використання в умовах виробництва необхідно застосовувати такі технологічні прийоми, які передбачають агротехнічні прийоми або введення яких може бути технологічно прийнятим. Для вивчення можливостей практичного використання БАР досліджували ефективність застосування різних технологічних прийомів. Один з них – найбільш поширений прийом – обприскування вегетуючих рослин розчинами регуляторів росту на початкових етапах онтогенезу. Обробку рослин кукурудзи проводили, коли вони знаходились у фазі трьох справжніх листів (двотижневий вік).

Інший використаний нами технологічний прийом – попереднє замочування в розчинах регуляторів росту протягом 27-30 годин з подальшим підсушуванням та висадкою у засолений ґрунт. Цей варіант обробки базується на даних, що максимальна стимуляція проростання насіння спостерігається при підсушуванні його на тому етапі проростання, коли в тканинах закінчується другий період активації геному, який співпадає з початком кільцювання насінин (Троян, Безвенюк, 1993).

За отриманими даними, обприскування розчинами БАР листової поверхні двотижневих рослин кукурудзи позитивно впливало на їхній вегетативний ріст. Стимулюючий ефект спостерігався вже після першої обробки, а повторна обробка закріплювала цей ефект, що наприкінці досліду проявлялося у збільшенні лінійного приросту листя, зростанні довжини та маси осьових органів, а також об'єму кореневої системи паростків (рис. 2).

Рис. 2. Вплив дворазового обприскування 6-БАП (А), ПТМБ (В) та івіном (С) на сиру та суху масу осьових органів у тритижневих рослин кукурудзи сорту Одеська 10 в умовах ґрунтової культури

А: 1 – NaCl; 2 – 5 мкг/л 6-БАП; 3 – 10 мкг/л 6-БАП; 4 – 20 мкг/л 6-БАП

В: 1 – NaCl; 2 – 100 мг/л ПТМБ; 3 – 250 мг/л ПТМБ; 4 – 500 мг/л ПТМБ

С: 1 – NaCl; 2 – 5 мг/л івін; 3 – 10 мг/л івін; 4 – 20 мг/л івін

Проте існувала різниця за ефективністю дії як між різними концентраціями одного препарату, так і між різними регуляторами. Так, ефективність впливу оптимальних концентрацій БАР зменшувалась у такій послідовності 20мг/л івіну10 мкг/л 6-БАП250 мг/л ПТМБ (рис. 3).

Попереднє замочування насіння в розчинах регуляторів росту різних концентрацій також сприяло збільшенню довжини надземної частини у паростків кукурудзи, які росли в умовах хлоридного засолення грунту, помітному ще на початку досліду. Через три тиждні різниця між варіантами була ще істотнішою.

При загальному морфометричному аналізі рослин в кінці досліду встановлено, що застосування для замочування насіння розчинів біологічно активних речовин сприяло покращенню ростових показників (рис. 4). Довжина осьових органів при цьому способі обробки більш чутливою, ніж вага паростків. |

Рис. 3. Тритижневі паростки кукурудзи сорту Одеська 10 після дворазового обприскування стимуляторами в умовах 0,2 % хлоридного ґрунтового засолення

Рис. 4. Зовнішній вигляд тритижневих паростків кукурудзи сорту Одеська 10, які виросли з замоченого у розчинах стимуляторів та висушеного насіння і зростали в умовах 0,2 % хлоридного ґрунтового засолення | Ефективність дії препаратів при такому способі обробки також була різною, що може бути пов'язане з їх хімічною будовою. Так, у найбільш ефективного за таких умов комплексного препарату ПТМБ, можливо, поряд з фітогормонами, на проростання насіння

позитивно впливали також незамінні амінокислоти, вітаміни групи В, оротова кислота, карнітин, глікопептиди, нуклеозиди тощо (Михлин и др., 1971). Ефективність дії оптимальних концентрацій БАР при такому способі обробки зменшувалась у ряду 250 мкг/л ПТМБ20 мг/л івіну5мкг/л 6-БАП.

Таким чином, двократне обприскування двотижневих рослин кукурудзи або передпосівне 27-30-годинне замочування насіння у розчинах БАР можна рекомендувати в якості засобу для підвищення стійкості кукурудзи на засолених ґрунтах.

ВИСНОВКИ

1. На основі експериментальних досліджень з використанням водної та грунтової культур встановлено, що біологічно активні речовини ПТМБ та івін здатні підвищувати стійкість кукурудзи до умов хлоридного засолення.

2. Визначено, що солестійкість сорту та нових гібридів кукурудзи зменшувалась у ряду Фоліант МВ > Одеська 10 ? ОдМа 310 > Од 480 МВ.

3. Хлоридне засолення призводило до значного зростання вмісту АБК, ІОК та зеатинрибозиду і зменшення вмісту зеатину в коренях кукурудзи. Захисна дія БАР полягала в нормалізації балансу ендогенних фітогормонів.

4. Під впливом засолення вміст білка в коренях паростків кукурудзи зменшувався вдвічі проти контролю, а екзогенні регулятори росту підвищували його вміст.

5. В умовах сольового стресу в клітинах коренів паростків кукурудзи значно зростала активність ферментів Н-АТФази та пероксидази, а застосування 6-БАП, ПТМБ та івіну за таких умов сприяло її зменшенню.

6. Встановлено, що різниця між ацидофікуючої активністю коренів в нормі та при стресі прямо пов’язана зі солестійкістю окремих гібридів та сорту кукурудзи.

7. Використання дворазового обприскування рослин кукурудзи у фазі трьох справжніх листів водними розчинами регуляторів росту 6-БАП, ПТМБ та івіну або допосівне замочування насіння в розчинах цих препаратів сприяло накопиченню біомаси та покращанню ростових показників кукурудзи при вирощуванні її в умовах хлоридного засолення.

Список робіт, опублікованих за темою дисертації

1. Калініна Н.О., Кабузенко С.М. Застосування регуляторів росту для підвищення солестійкості кукурудзи різних генотипів // Биологический вестник. – 2000. – Т.4, №1-2. – С. 58-63.

2. Калинина Н.А., Кабузенко С.Н. Действие хлоридного засоления и регуляторов роста на содержание белка и активность пероксидазы // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. – 2000. – №13(52), ч.2. – С. 57-62.

3. Калинина Н.А., Драговоз И.В., Яворская В.К. Фитогормональный баланс корней кукурузы на фоне действия хлоридного засоления и 6-БАП // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. – 2001. – №14(53), ч.1. – С. 84-87.

4. Пат. 36600А, Україна, 6 А 01 № 43/56. Спосіб підвищення накопичення біомаси кукурудзи на засолених грунтах. Пат. 36600А, Україна, 6 А 01 № 43/56. Н.О. Калініна, С.М. Кабузенко Україна) – Таврійський націон. університет. № 2000010152; Заявл. 10.01.2000; Опубл. 16.04.2001; Промислова власність, Бюл № 3. – С. 1.7.

5. Кабузенко С.Н., Калинина Н.А. Н+-АТФаза культурных растений как маркерный фермент устойчивости к засолению // Экосистемы Крыма, их оптимизация и охрана. – Симферополь: ТНУ, 2001. – С. 37-40.

6. Калинина Н.А. Стимуляция препаратом ПТМБ прорастания семян кукурузы в условиях хлоридного засоления // Тезисы докладов V Междунар. конф. "Регуляторы роста и развития растений". – М. - 1999. – С. 189-190.

7. Калініна Н.О. Вплив регуляторів росту на проростання кукурудзи в умовах засолення // Матеріали конф. молодих вчених-ботаніків України "Актуальні питання ботаніки та екології". -Ніжин – 1999. – С. 113.

8. Калинина Н.А., Кабузенко С.Н. Влияние препарата ПТМБ на ацидофицирующую активность прорастающих семян кукурузы в условиях хлоридного засоления // Доклады и тезисы III Междунар. конф. "Современные проблемы беспочвенного культивирования растений". – Ереван - 1999. – С. 70.

9. Калініна Н.О., Кабузенко С.М. Використання ацидофікуючої активності коренів для діагностики солестійкості кукурудзи // Матеріали XII міжнарод. наукової конференції "Вивчення онтогенезу рослин і культурних флор у ботанічних закладах і дендропарках Євразії". – Полтава. - 2000. – С. 139-140.

10. Калинина Н.А. Морфофизиологическая реакция Zea mays на хлоридное засоление и применение регуляторов роста // Тезисы докладов VII молодёжной конференции ботаников в Санкт-Петербурге. – Санкт-Петербург - 2000. – С. 119.

11. Калинина Н.А. Влияния засоления на некоторые физиолого-биохимические показатели проростков кукурузы // Материалы I респ. конференции молодых ученых Крыма "Актуальные вопросы современной биологии" – Симферополь. - 2000. – С. 43-44.

12. Kalinina N.A., Dragovos I.V., Yavorskaya V.K. Changes of the levels of phytohormones in the roots of Zea mays subjected to salinity // Abstracts 12th Congress of the Federation of European Societies of Plant Physiology. – Budapest - 2000 – P. 206.

13. Калинина Н.А. Использование биологически активных веществ с целью повышения солеустойчивости кукурузы // Матер. IX межд. симпозиума "Нетрадиционное растениеводство. Эниология. Экология и здоровье". – Симферополь. - 2000. – С. 401-402.

14. Калинина Н.А. Содержание белка в корнях кукурузы при хлоридном засолении // Матеріали конф. молодих вчених-ботаніків України "Актуальні питання ботаніки та екології". – Київ. - 2000. – С. 89-90.

15. Kalinina N.A., Dragovos I.V., Yavorskaya V.K. Balance of endogenous phytohormones in the roots of Zea mays in the salinity // Матеріали VII Конф. молодих вчених "Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття". – Київ. - 2000. – С. 50.

16. Калинина Н.А., Кабузенко С.Н. Устойчивость различных генотипов кукурузы к действию хлоридного засоления // Сборник тезисов межд. конф. молодых ученых "Современные проблемы генетики, биотехнологии и селекции растений". – Харьков. - 2001. – С. 182-183.

17. Калініна Н.,