Вплив гіпоксії на життєздатність насіння та фізіологічний стан проростків озимої пшениці різних сортів - Автореферат

Вважають, що різна толерантність рослин споріднених видів повязана з певними біохімічними відмінностями між ними [Блохина, Чиркова, 1999; Гринева, 1975; Остаплюк, 1977; Banga et al., 1997; Fan et al., 1997; Fox et al., 1995, 1998; James, Crawford, 1998; Kennedy et al., 1992; Menegus et al., 1989; Perata, Alpi, 1993; Ricard et al., 1994; Roberts et al., 1984; Sylayeva, 1998], але залишається малодослідженими ряд питань стосовно особливостей генотипу, які визначають той чи інший ступінь стійкості рослин до кисневого дефіциту всередині одного виду, зокрема, специфіки білкового обміну, процесів генерації і утилізації енергії, механізмів регуляції метаболізму тощо. Дисертаційна робота виконувалась в рамках бюджетних тем лабораторії фізіологічної адаптації рослин - “Дослідити фізіологічні аспекти дії метаболітів трикарбонового циклу та їх похідних при адаптації пшениці до гіпоксії” та відділу фізіології стійкості рослин ІФРГ НАН України - “Вивчення ролі білків-шаперонів та фосфатидилінозитолу у стійкості злаків до екстремальних температур” (0198U009039) і “Регуляція дихання теплолюбних рослин в процесі проростання при низьких температурах” (0199U000020). Метою даної роботи було комплексне дослідження впливу гіпоксії на життєздатність насіння та фізіологічні процеси в проростках різних сортів озимої пшениці у модельних умовах. Для досягнення цієї мети було поставлено такі завдання: 1) дослідити в лабораторних умовах взаємозвязок між швидкістю утилізації кисню при затопленні насіння і проростків та їх стійкістю до гіпоксичних умов для різних сортів озимої пшениці; Вперше показано, що між початковою швидкістю поглинання кисню проростками 20 різних за походженням сортів озимої пшениці та тривалістю затоплення, при якій спостерігається загибель половини рослин, існує позитивна кореляція.В модельних дослідах з озимою пшеницею показано, що найбільшою чутливістю до впливу гіпоксії відзначаються початкові етапи розвитку рослин. Здатність проростаючого насіння та проростків досліджених сортів озимої пшениці з різною ефективністю використовувати кисень з води при затопленні корелює з рівнем стійкості до гіпоксичних умов. Запропоновано безрозмірний параметр W, що повязує початкову швидкість поглинання кисню з води V0 (виражену у %/год.) та напівлетальну тривалість затоплення LD50 зат (виражену у год.): W=1-100%/(V0·LD50 зат), відємні значення якого свідчать про сильну залежність рослин від умов аерації, а додатні - вказують на більш високу ступінь стійкості до гіпоксії. Достовірний ріст-інгібуючий вплив помірної гіпоксії (при зменшенні концентрації кисню у воді до 75-85% від умов рівноваги) при температурі 22°C фіксується вже після короткочасного (5 год.) повного затоплення рослин. Значна затримка розвитку та сповільнення росту кореневої системи проявляється навіть в умовах часткового затоплення проростків.

1. В модельних дослідах з озимою пшеницею показано, що найбільшою чутливістю до впливу гіпоксії відзначаються початкові етапи розвитку рослин.

2. Здатність проростаючого насіння та проростків досліджених сортів озимої пшениці з різною ефективністю використовувати кисень з води при затопленні корелює з рівнем стійкості до гіпоксичних умов.

3. Запропоновано безрозмірний параметр W, що повязує початкову швидкість поглинання кисню з води V0 (виражену у %/год.) та напівлетальну тривалість затоплення LD50 зат (виражену у год.): W=1-100%/(V0·LD50 зат), відємні значення якого свідчать про сильну залежність рослин від умов аерації, а додатні - вказують на більш високу ступінь стійкості до гіпоксії.

4. Достовірний ріст-інгібуючий вплив помірної гіпоксії (при зменшенні концентрації кисню у воді до 75-85% від умов рівноваги) при температурі 22°C фіксується вже після короткочасного (5 год.) повного затоплення рослин. Значна затримка розвитку та сповільнення росту кореневої системи проявляється навіть в умовах часткового затоплення проростків.

5. За умов кореневої гіпоксії листковий апарат частково компенсує кисневий дефіцит кореневої системи рослин за рахунок базипетального транспорту кисню.

6. В умовах повного затоплення відбувається зниження інтенсивності дихального метаболізму, особливо кореневої системи. Спостерігається двофазний характер змін участі альтернативного шляху дихання, що можуть носити адаптивний характер. При затопленні посилюється синтез мітохондріального поліпептиду з мол. м. 35 КД, який вірогідно являє собою мономер альтернативної оксидази.

7. За умов кисневого дефіциту у проростках озимої пшениці відбувається індукція синтезу загальних та мітохондріальних білків у ділянках БТШ70 і БТШ90, причому у більш стійких до гіпоксії сортів цей ефект проявляється сильніше. Вказані білки можуть виконувати роль шаперонів у клітині, захищаючи функціональні надмолекулярні структури від пошкоджень в умовах гіпоксичного впливу.

8. Запропоновані підходи та знайдені в роботі закономірності можуть бути використані у селекційній практиці та для розробки способів боротьби з гіпоксією вищих рослин.

результати ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО в роботах

1. Майор П.С. Устойчивость к гипоксии озимой пшеницы на ранних стадиях развития // Физиология и биохимия культ. растений. - 1995. - 27, №4. - C. 269-275.

2. Майор П.С. Розвиток гіпоксії при частковому затопленні етіольованих проростків озимої пшениці // Физиология и биохимия культ. растений. - 1998. - 30, №2. - C. 131-137.

3. Майор П.С., Половинкін І.Г., Кравець В.С. Вплив низьких температур та затоплення на синтез білків етіольованих проростків озимої пшениці // Физиология и биохимия культ. растений. - 1999. - 31, №2. - C. 123-128.

4. Майор П.С., Половинкін І.Г., Кравець В.С. Синтез загальних та мітохондріальних білків озимої пшениці при дії низьких температур та за умов гіпоксії // Доповіді НАН України. - 1999. - №8. - C. 152-156.

5. Майор П.С. Кинетика потребления кислорода корнями проростков пшеницы при моделировании гипоксии // Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов: Тез. науч. конф. - Уфа, 1989. - Ч. 2. - С. 4.

6. Майор П.С., Половинкин И.Г. О возможности повышения продуктивности растений в условиях гипоксии // Экологические вопросы рационального природопользования: Тез. докл. 8-й конф. молодых ученых-биологов. - Рига, 1989. - С. 109.

7. Майор П.С. Периодические колебания скорости убыли кислорода в воде, затапливающей проростки // Актуальные проблемы физиологии растений и генетики: Тез. докл. конф. молодых ученых. - Киев, 1992. - С. 86.

8. Майор П.С. Стійкість насіння сортів озимої пшениці до гіпоксії // II Зїзд Укр. т-ва фізіологів рослин (Київ, 1993 р.): Тез. доп. - Київ, 1993. - Т. 1. - С. 139-140.

9. Майор П.С. Про можливу роль альтернативної оксидази при адаптації проростків озимої пшениці до гіпоксії // Актуальні проблеми фізіології рослин і генетики: Тези доп. VI конф. молодих вчених, присвяченої 50-й річниці з дня заснування Інституту фізіології рослин і генетики НАН України. - Київ, 1996. - С. 58-60.

10. Major P.S. The effect of flooding on the oxygen consumption and synthesis of mitochondrial proteins by winter wheat seedlings // Bulg. J. Plant Physiol. - 1998. - Spec. issue. - P. 291.

11. Майор П.С. Синтез мітохондріальних білків проростків пшениці в умовах гіпоксичного впливу // Інтегративність функцій рослинного організму: Тези доп. наук.-практичн. конф. молодих вчених. - Київ, 1998. - С. 26-29.

Размещено на .ru