ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА КОРНЕОБРАЗОВАНИЕ У ЗЕМЛЯНИКИ И ВИШНИ

КОМАРОВА Н.Г., ХРАБРОВСКАЯ В .А.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе проведено силилиро-вание предгидролизованной костры льна и костры льна, подвергнутой взрывному автогидролизу, дихлордиметилсиланом. Полученные продукты идентифицированы с помощью качественного, количественного анализа и данных ИК-спектроскопии. Исследовано влияние продолжительности и температуры процесса силилирования дихлордиме-тилсиланом предварительно обработанной костры льна на прирост массы и содержание кремния. Определены оптимальные условия проведения процесса модифицирования, а именно: при проведении предварительной обработки предгидролизом продолжительность силилирования 5 часов, температура 50 °С. Прирост массы при этом составил 12,1 %, а содержание кремния 1,7 %; при проведении предварительной обработки взрывным автогидролизуом: продолжительность сили-

лирования 5 часов, температура 40 °С. Прирост массы и содержание связанного кремния составили 7 и 2,4 %, соответственно.

Оценена термическая устойчивость продуктов модифицирования костры льна. Определены температуры начала потерь массы и при максимальной скорости разложения. Продукты силилирования костры льна, подвергнутой взрывному автогидролизу более термостойки во всем исследованном интервале температур.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ефанов М.В., Панченко О.А., Забелина А.В. //Химия растительного сырья. - 2004. - №3. - С. 9597.

2. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леоно- вич А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. - М.: Экология, 1991. - 320с.

3. Гравитис Я. А. // Химия древесины. - 1987. - № 5. - С. 3-21.

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА КОРНЕОБРАЗОВАНИЕ У ЗЕМЛЯНИКИ И ВИШНИ

Т.В. Плаксина, О.В. Мочалова, А.Л. Верещагин, В.Н. Хмелев

ВВЕДЕНИЕ

Изучение влияния ультразвука (УЗ) на биологические объекты было начато еще в тридцатые годы прошлого столетия, но до сих пор не потеряло своей актуальности.

Степень и качество биологического действия ультразвукового облучения на клетки и ткани определяется главным образом интенсивностью фактора и длительностью облучения. Оно может быть как положительным, так и отрицательным. Ультразвук усиливает в тканях проницаемость клеточных мембран и диффузные процессы, меняет концентрацию водородных ионов, вызывает расщепление высокомолекулярных соединений, ускоряет обмен веществ. Происходит ионизация молекул воды, которые распадаются на свободные гидроксильные радикалы и атомарный водород. Температурное воздействие ультразвука происходит в результате превращения акустической энергии в тепловую. Ультразвук усиливает свое действие на границе двух сред, что может увеличить тепловой эффект в несколько раз [2, 6]

При умеренной интенсивности ультразвука в живых тканях явления кавитации практически не выражены и наблюдается лишь пульсация естественных пузырьков и усиление микропотоков жидкостей, прекращающихся при отключении генератора. Повышение интенсивности ультразвука может привести к выраженному процессу акустической кавитации с механическим разрушением клеток и тканей. Может проявиться перегрев биологических структур и их повреждение (например, денатурация белков). Известно, что в ультразвуковом поле происходит изменение структуры, формы и функции молекулы белка. В присутствии кислорода идет процесс деградации биомакромолекул, угнетение их биокаталитической деятельности. Данные процессы сопровождаются снижением вязкости растворов этих веществ [1, 2, 5, 9].

Для садовых культур положительное действие ультразвука на процесс укоренения черенков винограда было получено при применении ультразвукового аппарата «Волна». Особенно эффективным оказалось облучение водных растворов с добавлением регуляторов роста. Благодаря ультразвуковому ка-

пиллярному эффекту наблюдалось достоверное многократное увеличение скорости роста побегов и корней, общей массы корневой системы [4]. УЗ успешно применяли при микроразмножении рябино-грушевых и ма-линно-ежевичных гибридов, сортовой ежевики для повышения процента ризогенеза [7].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Опыты по воздействию ультразвука на процесс ризогенеза проводили на розетках земляники сорта Сельва; черенках отборных форм церападусов - вишне-черемуховых гибридов ВЧ 89-95-48, ВЧ 89-95-50, полученных от скрещивания вишни степной с вишней Маака (Р4)}; а также на черенках элитной формы вишни № 256.

Розетки земляники были взяты от размноженных в культуре ткани маточных растений. Розетки имели одинаковый размер и по 2-3 листа. Использовали несколько вариантов обработки: 1 - контроль, без обработки; 2 - обработка корневином, СП (ООО «Агро-синтез»); 3 - обработка ультразвуком (УЗ) с удельной мощностью облучения 75 Вт/дм и временем воздействия 10 минут. Для ультразвукового облучения использовали аппарат «Волна» специализированный для обработки растительных объектов, конструкции В.Н. Хмелёва, с частотой механических колебаний 22±1,65 кГц [4].

После обработки розетки земляники высаживали в пластиковые контейнеры с речным песком. Сверху контейнеры закрывали полиэтиленовой пленкой, создавая эффект минитеплицы. Контейнеры размещали на стеллажах в вегетационной комнате, где установлен фотопериод 14 часов - день, 10 часов - ночь. Один раз в неделю проводили подкормку растений раствором минерального удобрения «Растворин» (1,5 г на 1 л воды). Показания по опытам были сняты через 5 недель после ультразвукового облучения.

Зеленое черенкование вишни и выращивание черенков проводили согласно технологии разработанной в НИИСС им. Лисавенко [11]. В контроле черенки вишни погружали в водный раствор ИМК (р-индолилмасляная кислота) с концентрацией 50 мг/л на глубину 2-3 см. В растворе черенки выдерживали 16 часов. В опытном варианте - черенки погружали в аналогичный раствор с ИМК и помещали в аппарат «Волна» (удельная мощность облучения 75 Вт/дм3, экспозиция - 5 мин.). Результаты вариантов опыта сняты через три месяца, когда черенки были выкопаны из субстрата для последующего хранения.

Для проведения цитологического анализа готовили временные давленные препара-ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 4-1 2011

ты по общепринятой методике [8]. Апикальные кончики корней розеток земляники фиксировали в растворе Карнуа (3:1) в период от 11 до 12 часов утра. Окраску меристематиче-ских клеток после мацерации тканей проводили уксусным гематоксилином по методике ЦГЛ имени И.В. Мичурина [12]. Для определения митотического индекса просматривали по 4 корешка, 10 полей зрения в контрольном (без облучения) и опытном вариантах. Подсчитывали в каждом поле зрения количество делящихся клеток в интерфазе и их по всем фазам митоза, а потом общее количество клеток по всем корешкам и полям зрения. Митотический индекс, выраженный в про-миллях (количество делений на 1000 клеток), подсчитывали по формуле: MI = [(П + М + А + Т) х 1000] : (И + П + М + А + Т), где, П - число клеток в профазе, М - в метафазе, А - в анафазе, Т - в телофазе, И - в интерфазе. Относительную длительность каждой фазы митоза определяли в процентах. Так, для профазы соответствующая формула выглядит следующим образом: П = (П х 100) : (П + М + А + Т). Достоверность различий цитологических вариантов опыта выявляли по коэффициенту Стьюдента (t), для этого по общепринятым методикам рассчитывали среднее значение (М) и ошибку средней (m). При обработке результатов исследований использованы методы статистического анализа [10], а также программа Microsoft Office Excel 2003.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

У земляники в контроле процент укоренившихся розеток составил 96,2. После обработки корневином или ультразвуком наблюдали 100 % укоренение. Не выявлено достоверных различий между вариантами опытов по числу корней на одну розетку, общей длине основных корней, что видно на рисунках 1 и 2.

В опытах Р. Папихина и С. Муратовой [7] с микрочеренками ежевики сорта Блэк Сэтин также не было получено достоверных различий по числу корней в вариантах без обработки и после обработки УЗ. Обработка УЗ не влияла на длину корней микрорастений жимолости сорта Длинноплодная. Однако, в наших опытах, растения обработанные ультразвуком, имели более крупные листья и по высоте превосходили контрольные (рисунок 3). У растений обработанных ультразвуком отмечено образование многочисленных корней второго и третьего порядка (рисунок 4), чего не наблюдали ни в контроле, ни в варианте с корневином.

Таблица 1

Влияние ультразвукового облучения на митотический индекс апикальной меристемы корней

розеток земляники сорта Сельва, 2010 г.

Вариант опыта Ед. изм. Количество клеток на стадиях митотического цикла Митотический индекс

интерфаза профаза мета-фаза анафаза тело-фаза

контроль шт. 10389 203 196 95 95 53,56

% 94,6 1,8 1,9 0,85 0,85

ультразвук шт. 12493 202 202 92 90 44,60

% 95,6 1,5 1,5 0,7 0,7

Таблица 2

Достоверность влияния ультразвукового облучения (коэффициент Стьюдента) на митотическую активность апикальной меристемы корней розеток земляники сорта Сельва, 2010 г.

№№ Вариант Всего Делящихся клеток Коэффи- Клеток с нару-

п/п опыта клеток циент шениями

шт. всего, среднее, % Стьюдента шт. %

шт.

1 контроль 10977 588 5,36 ± 0,21 0 0

2 ультразвук 13074 564 4,46 ± 0,18 3,21 ** 25 0,2

Примечание: ** Р1 < 0,01

Таблица 3

Влияние способов обработки на ризогенез зелёных черенков вишни

Вари- ВЧ 89-95-48 ВЧ 89-95-50 № 256

ант Жизне- Каллусо- Укоре- Жизне- Каллусо- Укоре- Жизне- Каллусо- Укоре-

опыта способ- обра- нение, способ- образо- нение, способ- образо- нение,

ность, % зование, % ность, % вание, % ность, % вание, %

% % %

ИМК 0 53 0 0 60 0 0 0 0

(кон- ±12,9 ±15,5

троль)

ИМК+ 100 100 13,3 80 90 40 58,3 66,7 41,7

УЗ ±8,8 ±12,6 ±9,5 ±15,5 ±14,2 ±13,6 ±14,2

Таким образом, обработка ультразвуком использованной частоты оказала в целом благоприятное действие на рост и развитие корней и надземной части розеток земляники сорта Сельва.

Исследование митотической активности клеток меристемы апикальных кончиков корней у розеток земляники сорта Сельва после воздействия УЗ показало достоверное снижение количества клеток находящихся в митозе по отношению к общему числу клеток. Митотический индекс в варианте с озвучиванием снизился по сравнению с контролем. Он составил 44,60 %о и 53,56 %о соответственно. Достоверность (уровень вероятности) подавления митотической активности ультразвуком была на уровне Р = 0,99 (таблицы 1,2).

Также в опыте с озвучиванием было найдено около 0,2 % клеток, имеющих нарушения в ходе митоза (таблица 2). Этого не наблюдали в контроле. Нарушения в боль-252

шей степени были связаны уже с движением хромосом к полюсам, т.е. после прохождения метафазы. Наиболее часто встречались деления с отставанием по веретену деления 1-2 хромосом, хромосомные мосты, выбросы 1-2 хромосом за пределы веретена в цитоплазму. Кроме того, уже в единичных клетках были найдены характерные картины цитомикси-са, когда хромосомы по цитомиктическим каналам перетекали в цитоплазму соседней клетки.

Значения относительной длительности каждой фазы митоза, после озвучивания ультразвуком тоже показали некоторые незначительные отклонения от контрольных. Профаза и анафаза митоза имеют большую относительную длительность по сравнению с анафазой и телофазой, как в контроле, так и в опыте. Так, относительная длительность профазы составляет в контроле 34,5 и в опыте 34,3 %, а метафазы - 33,3 % и 34,5% соот-ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 4-1 2011

ветственно. Озвучивание вызывает некоторое удлинение метафазы по сравнению с контролем, но снижение относительной длительности анафазы и телофазы. Если в контроле длительность анафазы составляет 16,1%, то в опыте уже 15,7 %. Соответственно для телофазы эти показатели лежат на уровне 16,1 % и 15,4 %.

14

н

3 12

10

§

1 2

Варианты

Рисунок 1. Количество корней у розеток земляники сорта Сельва: 1 - контроль; 2 -корневин; 3 - УЗ.

О

Варианты

Рисунок 2. Длина корней у розеток земляники сорта Сельва: 1 - контроль; 2 -корневин; 3 - УЗ.

Возможно, что одним из клеточных механизмов, вызывающим подобные изменения в митотическом цикле, является нарушение функционирования белковых молекул в результате теплового шока. В частности, именно в метафазе происходит формирование веретена деления на основе белка тубулина. Наблюдается, как бы, более замедленная сборка нитей веретена, кроме того, в структуре веретена могут появляться нарушения, проявляющие себя уже на стадиях его функционирования в анафазе митоза. Возможно также понижение вязкости цитоплазмы, что приводит к относительному ускорению анафазы и телофазы. В целом, применяемые параметры воздействия ультразвуком не вызывают большого количества клеточных ми-тотических нарушений и оказывают положительное воздействие на развитие корневой системы в целом.

Рисунок 3. Растения земляники через 5 недель после обработки УЗ (контроль слева).

Рисунок 4. Розетки земляники через 5 недель после обработки УЗ (контроль слева).

Сопоставляя полученные цитологические данные по прохождению митоза в корневой меристеме и морфологические данные по развитию розеток земляники можно предположить, что воздействие ультразвуком частично уменьшает апикальное доминирование в развитии корней первого порядка, но при этом стимулирует рост и развитие корней второго и третьего порядка. Это, в свою очередь, приводит к увеличению площади всасывания минеральных питательных веществ из почвы, увеличению общей массы корней, также как и надземной части розеток.

Для опытов по укоренению зеленых черенков вишни были взяты формы, относящиеся к трудноукореняемым. По данным селекционеров ГНУ НИИСС Россельхозакаде-мии, укореняемость таких форм и сортов в благоприятные годы колеблется от 13 до 42 %. Лето 2010 г. выдалось холодным. Средняя дневная температура июля составила 17,40С, августа - 17,00С, сентября - 10,60С. Наиболее благоприятная дневная температура в пленочной теплице для укоренения зеленых черенков вишни согласно рекомендациям [11] должна быть от 24 до 28 С. В наших опытах температура днем не превышала 210С. Неблагоприятная температура отразилась на степени укоренения черенков вишни. В кон-

8

6

4

2

0

0

троле не было получено ни одного укорененного черенка, хотя процент каллусообразова-ния у отдельных форм был достаточно высок. На момент выкопки черенков в контроле все черенки высохли. Однако в опыте с УЗ количество оставшихся живыми черенков колебалось от 54 до 100 %, выше были и показатели

каллусообразования. В каллусе наблюдали зачатки корней. Хотя в целом процент укорененных черенков не был высоким , положи -тельное влияние УЗ на ризогенез (включая каллусообразование) у зеленых черенков вишни при их укоренении прослеживалось совершенно явно (таблица 3, рисунки 5, 6, 7).

Рисунок 5. Черенки элитной формы № 256 (слева контроль; справа ИМК + УЗ).

Рисунок 6. Черенки ВЧ-48 (слева контроль; справа ИМК + УЗ).

Рисунок 7. Черенки ВЧ-50 (слева контроль; справа ИМК + УЗ).

ВЫВОДЫ

1 Обработка ультразвуком удельной мощностью 75 Вт/дм3 оказала благоприятное действие на рост и развитие корней и надземной части розеток земляники сорта Сель-ва.

2 Воздействие ультразвука на основания розеток земляники вызывает достоверное снижение митотической активности в апикальных меристемах корней первого порядка.

3 Даже при неблагоприятных погодных условиях отмечено положительное влияние ультразвукового облучения на ризогенез (включая каллусообразование) и жизнеспособность зеленых черенков вишни.

СПИСОК

1. Байер В. Ультразвук в биологии и медицине: пер. с нем.- Л.,1958. - 308 с.

2. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М.: Наука,1957. - 576 с

3. Брагинская Ф.И. Действие ультразвуковых волн на полифосфаты и нуклеиновые кислоты и их комплексы: дис .канд. хим. наук. - М.,1965. - 193 с.

4. Верещагин А.Л., Хмелева А.Н.Влияние ультразвукового облучения и регуляторов роста на ризо-генную активность растительных объектов.-Бийск: Изд-во АГТУ им. И.И. Ползунова, 2010. - 72 с.

5. Гауровец Ф. Химия и функция белков. - М.: Мир, 1965. - 530 с.

6. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и со-нолюминисценция. - М.: Химия, 1986. - 272 с.

7. Папихин Р. В. Муратова С. А. // Садоводство и виноградарство. - 2009. № 3. - С.18-21.

8. Паушева З.П. Практикум по цитологии расте-ний-М:Агрохимиздат, 1988. - 271 с.

9. Рейх Е., Гольдберг И. Нуклеиновые кислоты / под ред. А.А. Баева. - М.:Мир, 1966. - 301 с.

10. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика -Минск,1973. - 319 с.

11. Технология выращивания посадочного материала вишни в Сибири: рекомендации / ВАСХНИЛ, Сиб. отд отд-ние; НИИСС им. М.А. Лисавенко. -Новосибирск, 1989. - 72 с.

12. Цитологические исследования плодовых и ягодных культур / Методические рекомендации. Под ред. Г. А. Курсакова. - Мичуринск: ЦГЛ, 1976. -104 с.