Сорбиновая кислота и УФ-лучи абиотические факторы растений in vivo

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, цгаслины 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. Ладехнн

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.

Таблица 1

Морфология проростков гибридных огурцов (Нежинский х Вязниковский) на пятый день после УФ-облучения

Время облу- Длина корешка, мм Высота стебля, мм

чения, мин х ±т v% х ±т V%

Контроль (без облучения) 4,6±0,3 36,2 29,1±1,8 33,9

10 7,5±0,4 29,5 48,1±1,7 19,7

20 4,7±0,3 37,6 35,1±2,0 30,9

30 2,3±0,16 40,7 32,0±1,5 26,1

Лучшей экспозицией являются - 10 мин, угнетающей - 30.

Таблица 2

Морфология десятидневных проростков гибридных огурцов

Экспозиция Длит корешка, мм Высота стебля, мм

(мин) х ±т v% х ±т V%

Контроль 31,5±6,7 11,6 15,6±5,7 12,9

10 59,9±8,1 7,4 39,9±4,99 6,9

20 69,0±6,96 5,5 42,3±4,8 6,2

30 56,9±9,7 9,3 34,9±5,4 8,6

Лучшая экспозиция - 20 мин. Необлученные семена имеют меньшую длину корешка и высоту стебля.

Таблица 3

Митотический индекс УФ-облученных семян огурцов

Экспозиция Контроль 10 мин 20 мин 30 мин

Митотический 0,42 0,65 0,76 0,52

индекс

Наивысший МИ имеют проростки из семян, облученных в течение 20 мин.

Таблица 4

Экспози- Длина корешка, мм Высота стебля, мм

ция х ±т v% х ±т v%

Контроль 50,2±9,8 7,7 34,5±6,04 7,4

10 54,6±9,9 9,9 46,0±7,0 9,8

20 64,0±6,9 4,5 49,7±4,7 5,7

30 53,3±7,9 8,2 38,6±6,1 8,6

Таблица 5

Экспозиция Контроль 10 мин 20 мин 30 мин

МИ 0,49 0,68 0,84 0,47

Более эффективной является 20 минутное облучение семян УФ-лучами.

В таблицах 6 и 7 приведены результаты исследований предпосевной обработки семян сахарной свеклы сорбиновой кислотой совместно с УФ-облучением.

Таблица 6

Вари- ант Экспозиция УФ- облучения, мин Обработка сорбиновой кислотой (СК) (1: 1000) Обра- ботано семян, шт. Проросло

шт. %

Конт- роль — — 2000 40 2

1 10 - 2000 202 10

2 20 - 2000 280 14

3 30 - 2000 104 5

4 - СК 2000 140 7

5 10 СК 2000 482 24

6 20 СК 2000 361 18

7 30 СК 2000 120 6

Таблица 7

Вари- ант Высота стебля, мм Длина листовой пластины, мм Ширина листовой пластины, мм

X ± т v% X ±т v% X ± т v%

1 90±0,5 20,3 32,8±1,8 17 13,6±0,5 12,7

2 125±0,6 6,0 50,3±1,9 11,9 25,3±0,29 3,7

3 84±0,5 19,8 38,4±0,9 9,9 11,6±0,51 14,0

4 99±0,51 18,1 34,0±0,8 10,1 13,1±0,7 13,1

5 138±0,63 7,5 52,4±1,7 12,0 25,8±0,7 5,6

6 127±0,7 8,6 51,8±1,6 11,8 21,4±0,8 11,8

7 93±0,6 13,5 32,5±1,8 18,1 13,8±0,7 11,3

Кон- троль 84±0,7 18,3 28,6±2,4 26,0 13,3±1,3 30,9

Наилучшая энергия прорастания в 5 и 6 вариантах. Энергия прорастания составила 18 и 24 %, что в 9 и 12 раз превышает контроль. Всхожесть семян в этих вариантах составила 89 и 92 %, что тоже превышает контрольную.

Аналогичные результаты получены при выращивании эмбрионов in vitro, обработанных УФ-лучами (20 мин) и пассированных на питательную среду с сорбиновой кислотой (1:1000) [5].

ВЫВОДЫ

1. Сорбиновая кислота (1:1000) и 20-минутное УФ-облучение семян некоторых сельскохозяйственных растений (огурцы, сахарная свекла, вишня) ускоряют процессы развития проростков, повышают энергию прорастания и всхожесть семян.

2. Использование сорбиновой кислоты in vitro дает возможность получения фертильных растений из гибридных семян.

3. Совместная обработка семян сорбиновой кислотой с УФ-облучением может быть использована как один из агротехнических приемов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Спицын И.П. Сорбиновая кислота в культуре изолированного зародыша//Генетика. М., 1968. № 10.

2. Спицын И.П. Культура зародышей вишни, черешни и вишнечерешневых гибридов на искусственной питательной среде // Биологический сборник. Тамбов, 1972.

3. Спицын И.П., Коновалова М.В. Культура изолированного зародыша 5. Спицын И.П., Ладехин А.Ю. Сорбиновая кислота и УФ-лучи -

как один из методов биотехнологии // Сб. статей VIII Междунар. стимуляторы роста растений in vivo и in vitro // Матер. I Междунар.

семинара фитофизиологов. Тамбов. 2001. С. 121-123. конгресса по биотехнологии. М., 2002. С. 153-154.

4. Спицын И.П. Проблемы эмбриологии, цитологии, генетики и экологии в исследованиях на вишне. Тамбов, 2002. С. 64-67.

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ МНОГОЛЕТНИХ ПЛОДОВЫХ РАСТЕНИЙ РОДА СЕКАвиБ В ИССЛЕДОВАНИЯХ НА ВИШНЕ © И.П. Спицын

В 2002 году издательством ТГУ имени Г.Р. Державина выпущена в свет монография автора настоящей публикации «Проблемы эмбриологии, цитологии, селекции, генетики и экологии в исследованиях на вишне», в которой на основании многолетних экспериментальных работ с плодовыми культурами рода Сегаэив •ГиБв (вишни) очерчены основные проблемы ЭКОЛОГИИ этих растений и пути их реализации в сельскохозяйственной практике.

Одно из ведущих мест в увеличении производства садоводческой продукции принадлежит вишням, широко распространенным в России, включая Тамбовскую область. Вишня является одной из наиболее ценных плодовых культур и пользуется высокой популярностью среди потребителей, так как имеет хорошего качества плоды для использования в свежем виде, изготовления различных продуктов переработки и имеет определенный целебно оздоровительный потенциал. Она относится к урожайным и скороплодным сельскохозяйственным культурам (Харитонова, Веньяминов, Жуков, Колесникова, Туровцев, Юшев и др.). Однако в настоящее время площади под ее насаждениями в нашей стране и области резко сократились. Причин здесь несколько - это изменение климата и экологической ситуации произрастания, неустойчивость многих сортов к таким изменениям, отрицательная реакция генетической структуры растения на ряд абиотических, биотических и антропогенных факторов внешней среды, проявляющаяся в снижении продуктивности и качества урожая. Так, экология Тамбовщины по заключению Главгосэкспертизы является напряженной и предшествует по тяжести - критической. К недостаточно высокой зимостойкости и устойчивости вишни к коккомикозу, прибавилась угроза снижения урожайности и качества плодов за счет возрастания числа генетически детерминированных аномалий зародышей, завязи, семян и плодов.

Поэтому, особую актуальность приобретает проблема выявления причин отрицательного влияния среды на репродуктивные органы вишни, совершенствование технологии возделывания этой культуры, опирающейся на научно-обоснованные приемы. Очень важно, в этой связи, знать тонкие механизмы формирования зародышей, семени и плода, их взаимосвязь с генетической природой растения и экологическими условиями формирования урожая.

Изначально низкие всхожесть и энергия прорастания семян вишни отрицательно сказываются на эффективности работы питомниководов и селекционеров, так как эго сопряжено с трудностями в получении высококачественного подбойного и селекционного материала из семян. Внешне хорошо сформированные семена вишни имеют массу генетических дефектов, приводящих к их не прорастанию и/или появлению аномальных проростков, непригодных для окулировки. Имея дело с таким семенным материалом, питомники несут значительные экономические убытки. Актуальна проблема выявления наиболее благоприятных условий выращивания вишни, которые способствовали бы получению не только высоких устойчивых урожаев плодов, но и качественных семян.

Исходя из выше сказанного, проблемы экологии многолетних растений рода Сетазив можно представить в виде следующих тезисов.

1. Изучение нормы реакции растительного организма на абиотические, биотические и антропогенные экологические факторы внешней среды (влажность воздуха и почвы, температура, радиация, загрязнение воздуха и почвы химическими веществами, болезни и вредители).

2. Теоретические и экспериментальные разработки методик частной экологии для растений рода Сегавиз, осуществляемые на различных уровнях организации растительного организма: молекулярном, хромосомном, клеточном, геномном, эмбриональном, органном, организменном, популяционном, видовом, агрофитоценологическом.

3. Изучение растений рода Сегазив с позиций экологической биоиндикации.

4. Создание основ научной и экспериментальной экологической генетики, фитохимии и фитофизиологии вишен.

ЛИТЕРАТУРА

1. Спицын И.П. Проблемы эмбриологии, цитологии, генетики и экологии в исследованиях на вишне. Тамбов, 2002. 340 с.

2. Спицын И.П. Эмбриологические исследования вишни, черешни и виш-не-черешневых гибридов средней полосы Союза Тамбов, 1966. 89 с.

3. Спицын И.П. Эмбриология, цитология и генетика вишни. Экология. Тамбов, 1994. 110 с.

4. Спицын И.П. Цито-эмбриологические, генетические и экологические исследования продуктивности вишен. Тамбов, 2001. 216 с.

5. Спицын И.П. Актуальные проблемы биологии и их решение в исследования на вишне // VI Царскосельские чтения: Матер, междунар. конф. С.-Пб., 2002. С. 101.