Цитофизиологическая характеристика корней проростков пшеницы в условиях сульфатного засоления

В корнях изменение транскрипции гена МТ3 было довольно слабо выраженным; только в варианте с избытком меди на 4-е сутки интенсивность сигнала гена МТ3 достоверно превысила контрольный уровень. В же время в надземной части растений отмечено возрастание экспрессии гена МТ3 во всех 3 опытных вариантах. Известно, что белковый продукт генов МТ3 у различных видов растений локализуется в основном в мезофилле листьев и, участвует в процессах детоксификациикак избытка меди [5], так и избытка цинка [6], что объясняет повышение экспрессии этого гена во всех опытных вариантах.

Рис. 5. Относительные уровни экспрессии гена МТ3 в корнях (слева) и надземной части (справа) растений Th.salsuginea

Таким образом, в проведенном исследовании установлена динамическая связь между уровнем накопления ионов меди и цинка в растении и изменением уровня экспрессии некоторых генов гомеостаза тяжелых металлов.

Список литературы:

1. Sharma S., Schat H., Voous R. Experimental Toxicology and Chemistry. -1999. - Vol. 18, No 2. - Р. 348-355.

2. ElchR., Norvell W. Plant Physiol. - 1993. - № 101. - Р. 627-631.

3. Grotz N., Fox T., Connoly E. Proc. Nat. Acad. Sci. - 1998. - Vol. 95. -Р. 7720-7724.

4. Roosens N., Bernard C., Leplae R. FEBS Letters. - 2004. - № 577. - Р. 9-16.

5. Hassinen V, Tuomainen M., Peraniemi S. Journal of Experimental Botany. -2009. - Vol. 60, No. 1. - Р. 187-196.

ЦИТОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОРНЕЙ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ СУЛЬФАТНОГО ЗАСОЛЕНИЯ

© Луценко Э.К.*, Галактионова М.В.

Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону

Изучалось влияние сульфатного засоления на возобновление мито-тической активности в прорастающих семенах пшеницы и последую-

* Доцент кафедры Ботаники, доцент.

щий рост проростков. Исследовали активность ферментов, в частности, каталазы и пероксидазы, являющихся компонентами антиоксидантных систем. Полученные данные свидетельствуют о индифферентном отношении проростков пшеницы к условиям сульфатного засоления в первые часы набухания семян, то есть до 16-18 часов с момента их замачивания. Установлено, что активность ферментов возрастает по мере роста проростков, что коррелирует с динамикой накопления ионов. Усиление активности ферментов свидетельствует о дискомфортности условий прорастания семян, в то время как достоверных различий в показателях роста проростков еще не наблюдалось.

Избыточная концентрация солей в почве является причиной угнетения многих физиологических процессов в растении, в том числе фотосинтеза, дыхания и, как следствие, причиной торможения их роста и развития. В связи с этим засоление считается одним из главных факторов, который снижает производительность сельскохозяйственных культур на 20 % посевной площади и почти наполовину орошаемых земель во всем мире. Одним из наиболее негативных последствий солевого стресса у растений является возрастающая генерация активных форм кислорода в хлоропластах и митохондриях. Активные формы кислорода повреждают различные структуры клетки, а также вовлекаются в биохимические реакции. В растительной клетке генерация значительной части активных форм кислорода происходит в результате функционирования мембранных систем (ЭТЦ хлоропластов, митохондрий, плазмолеммы).

В последнее время внимание многих исследователей сосредоточилось на изучении механизмов ответных реакций на влияние факторов окружающей среды.

Многочисленные исследования последних десятилетий показали, что независимо от природы воздействий, ответ растения на них развивается по некоторой общей схеме, что можно считать неспецифической реакцией организма на стресс. К таким реакциям можно отнести и окислительный стресс. Однако до настоящего времени нет однозначного мнения о степени универсальности окислительного стресса, как ответной реакции на любое неблагоприятное изменение в окружающей среде, а также о наличии специфических механизмов для его реализации, зависящих от природы фактора, вызвавшего у растения стресс.

В литературе имеется достаточно сведений о влиянии засоления на ци-тофизиологические и биохимические процессы у растений на начальных этапах прорастания семян [2]. В то же время известно, что прорастание семян является одним из самых чувствительных этапов онтогенеза растений. В связи с этим изучение влияния засоления на морфологические, цитофи-зиологические и биохимические показатели проростков и в настоящее время является актуальным.

В данной работе объектом исследования служили семена пшеницы сорта «Станичный» урожая 2011г., выращенные на слабозасоленных почвах. Семена проращивали на растворе №а2804 в концентрации 0,075 М, что является изоосмотическим раствором для засоления №аС1 0,1 М. Результаты исследований с этим типом засоления описаны нами ранее [3]. Использованные концентрации растворов вызывают среднее угнетение роста растений [1].

Семена пшеницы проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге в растворе №а2804 в течение 7-ми дней. Контролем служили семена, выращенные на дистиллированной воде. В работе использовался метод меченых атомов. Опыты с изотопами проводили аналогично опыту с нерадиоактивными солями. В раствор добавляли №а283504 с таким расчетом, чтобы радиоактивность составила 1 микрокюри в 1 мл раствора.

Проведенные исследования показали, что первые делящиеся клетки на контрольном варианте появляются после 15 ч проращивания семян. Раствор №а2804 практически не влияет на инициацию первых митозов в меристеме корешков проростков. Однако при засолении наблюдалась большая асин-хронность вступления клеток в митоз.

Таблица 1

Влияние засоления субстрата на начало митозов в корнях проростков пшеницы

Время 13 ч 14 ч 15 ч 16 ч 17 ч 18 ч 19 ч 20 ч 21 ч

Вариант опыта

Контроль + + + + + + +

0,075 М №2804 + + + + + + +

Определение всхожести и энергии прорастания семян также не показало достоверной разницы между опытом и контролем. В частности, на контроле всхожесть семян составила - 98 %, энергия прорастания 99 %; при засолении 0,075М №а2804 всхожесть - 96 %, энергия прорастания 97 %.

Известно, что обезвреживание АФК у растений в стрессовых условиях эффективно обеспечивается многоступенчатой системой защиты, в которой участвуют антиоксидантные ферменты, среди которых важнейшими являются каталаза и пероксидаза.

Таблица 2

Активность каталазы при засолении

Вариант опыта Контроль надземная часть Опыт надземная часть Контроль корни Опыт корни

Контроль 0,3586 0,1618 0,3374 0,2506

0,075 №2804 0,3874 0,2219 0,5062 0,2717

Из данных, приведенных в табл. 2, видно, что активность фермента каталазы возрастает в опытных образцах. Повышение активности фермента

происходит как в надземной части растения, так и в корнях. Как нам представляется, активность фермента на контроле объясняется содержанием АФК, накопленным в семенах еще до их замачивания, а дальнейший рост активности каталазы был вызван образованием уже новых активных форм кислорода при проращивании семян в растворе соли.

Таблица 3

Активность пероксидазы в тканях проростков пшеницы при засолении

Вариант опыта Надземная часть Корни

Контроль 25 23

0,075 №2804 42 39

Активность пероксидазы, также как и активность каталазы, возрастает в образцах, выращенных в опытном растворе.

Динамика накопления 835042- отдельными частями проростков представлена в таблице 4. Следует отметить, что в покоящихся семенах пшеницы содержится 0,75 % сульфатов. Заметные изменения содержания 8042- у контрольных проростков пшеницы в эндосперме начинались через 24 часа с момента замачивания семян и через 15 часов в зародыше в последующие часы прорастания характерно снижение концентрации сульфата как в зародыше, так и в эндосперме. В опытном варианте после 24 часов прорастания семян происходило постепенное накопление сульфата. В опыте с 835042- установлено, что поступление сульфата из внешней среды в проростки начиналось после 36 часов и поступающий 835042- сосредоточивался только в зародыше, причем наибольшее количество его накапливалось в корнях.

Таблица 4

Поступление 835042" в отдельные части проростков

Часы прорастания 12 15 18 24 36 48 72

Части проростка

Эндосперм 20 25 25 28 30 30 57

Зародыш 35 42 51 57 156 234

Корни 798

Колеоптиль 346

Исходя из полученных данных, можно заключить, что сульфатное засоление в использованной концентрации не оказывает существенного негативного влияния на растения на первых этапах онтогенеза. Накопление ионов сульфата проростками пшеницы происходит только после начала мито-тической деятельности меристемы. Токсическое действие сульфатного засоления начинает проявляться на последующих фазах вегетации растений, что было показано Э.К. Луценко (1979).

Список литературы:

1. Луценко Э.К. Накопление ионов, рост и митотическая активность меристемы растений в условиях засоления: дисс. ... канд. наук. - Москва, 1979.

2. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В. Формирование адаптивных реакций растений на действие абиотических стрессов. - К., 2010.

3. Луценко Э.К., Галактионова М.В. Влияние солевого стресса на некоторые цитофизиологические и биохимические показатели проростков пшеницы // Сборник материалов I Международной научно-практической конференции «Сельскохозяйственные науки и агропромышленный комплекс на рубеже веков». - Новосибирск, 2013.

СОДЕРЖАНИЕ ОБЩЕГО ФОСФОРА В ПОЧВЕ И ОВСЯНИЦЕ ЛУГОВОЙ В ПРИБРЕЖНОМ РЕГИОНЕ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ОКРУГА РОССИИ

© Ястреб О.В.*

Балтийский федеральный университет им. И. Канта, г. Калининград

Исследовалось содержание общего фосфора в почве и овсянице луговой (Festuca pratensis Huds.) в Калининградской области в зависимости от географической широты и удаленности от морского побережья. Показано, что доминирующую роль в накоплении растениями общего фосфора играет не его содержание в почве, а экологические условия приморской зоны.

Ключевые слова: многолетние травы, экологические факторы, общий фосфор.

Для изучения урожайности луговых сообществ необходимо рассматривать флористический состав, так как от его соотношения напрямую зависит продуктивность сельскохозяйственного угодья. Особенно актуален этот вопрос в Калининградской области, где на ограниченной территории возможно лишь ведение интенсивного сельского хозяйства. Луговые ландшафты в Калининградской области занимают более 400 тыс. га, из которых 122 тыс. га приходится на сенокосы, а 279 тыс. га - на пастбища. Целью данной работы явилось исследование накопления общего фосфора почвы растениями в зависимости от условий их произрастания.

В результате рекогносцировочных исследований, произведенных по подбору участков с эндемичными показателями плодородия, выбирались луга, на которых выделялись репрезентативные участки, с последующей закладкой постоянных пробных площадок. Особое внимание удивлялось

* Аспирант.