научная статья по теме ВЛИЯНИЕ СЕРНОКИСЛОГО ЦИНКА И БОРНОЙ КИСЛОТЫ НА ГОРМОНАЛЬНЫЙ СТАТУС РАСТЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ В СВЯЗИ С КЛУБНЕОБРАЗОВАНИЕМ Биология

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ СЕРНОКИСЛОГО ЦИНКА И БОРНОЙ КИСЛОТЫ НА ГОРМОНАЛЬНЫЙ СТАТУС РАСТЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ В СВЯЗИ С КЛУБНЕОБРАЗОВАНИЕМ»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 2, с. 234-240

УДК 581.143:577.175.1:631.811

ВЛИЯНИЕ СЕРНОКИСЛОГО ЦИНКА И БОРНОЙ КИСЛОТЫ НА ГОРМОНАЛЬНЫЙ СТАТУС РАСТЕНИЯ КАРТОФЕЛЯ В СВЯЗИ С КЛУБНЕОБРАЗОВАНИЕМ

© 2004 г. Т. И. Пузина

Кафедра ботаники Орловского государственного университета, Орел Поступила в редакцию 25.07.2002 г.

На растениях картофеля (Solanum tuberosum L.), выращенных в вегетационных условиях на почве, дефицитной по цинку и бору, изучено влияние обработки посадочных клубней растворами ZnSO4 (3 мМ) и H3BO3 (8 мМ) на содержание и соотношение фитогормонов в листьях и сформировавшихся клубнях, показатели фотосинтетической активности, интенсивность и качество дыхания, рост клубней. Обработка ZnSO4 изменяла гормональный баланс в сторону существенного повышения содержания цитокининов, сопровождаемого увеличением отношения цитокинины/АБК и снижением отношения ИУК/цитокинины. Под воздействием Н3ВО3 повышалось содержание ИУК, увеличивалось отношение ИУК/цитокинины. Обработка ZnSO4 снимала апикальное доминирование, увеличивала массу клубней в кусте за счет их числа, увеличивала количество слоев клеток феллемы (пробки). Обработка Н3ВО3 увеличивала диаметр клеток перимедуллярной зоны клубня; увеличение массы клубней в кусте было связано с ростом клубня. Обсуждается взаимосвязь изменений гормонального статуса растения под воздействием ZnSO4 и Н3ВО3 с интенсивностью физиологических процессов.

Solanum tuberosum - микроэлементы - ZnSO4 - Н3ВО3 - фитогормоны - физиологические процессы -клубнеобразование

Изучение регуляторных процессов и их взаимодействия - одна из актуальных проблем современной физиологии растений. Еще в 40-е годы прошлого столетия Сабинин указывал на необходимость изучения взаимосвязи гормональной и трофической регуляции [1, с. 271]. Однако эта проблема все еще далека от своего решения. Исследования в основном касаются изучения влияния макроэлементов на содержание фитогормонов [2, 3]. Меньше внимания уделяется действию микроэлементов. Между тем известно, что в живых организмах наряду с собственно "питательной", микроэлементы выполняют и регулятор-ную функцию. В большинстве случаев исследователи сопоставляли уровень микроэлемента с активностью лишь отдельных групп фитогормонов; чаще всего - ауксинов [4]. Следует отметить, что полученные результаты были противоречивы, особенно это касалось влияния бора [5, 6]. В меньшей степени изучено действие микроэлементов на другие группы фитогормонов [6]. Вместе с тем, в регуляции физиологических процессов важнейшее значение придается именно соотно-

Адрес для корреспонденции: Пузина Тамара Ивановна. 302026 Орел, ул. Комсомольская, 95. Орловский государственный университет, факультет естественных наук, кафедра ботаники. Электронная почта: rector@osu.oryol.ru

шению фитогормонов [7, с. 205]. Данные же о влиянии микроэлементов на соотношение разных групп фитогормонов в литературе встречаются единично [8]. Недостаточно внимания уделяется изучению влияния микроэлементов на взаимосвязь гормонального статуса растения с интенсивностью физиологических процессов.

Роль фитогормонов в процессе клубнеобразо-вания картофеля интенсивно изучается на протяжении последних 20 лет [9]. По мнению Чайлахя-на, в инициации клубнеобразования преимущественное значение имеют цитокинины [9, с. 49]. Гиббереллины, поступающие из листьев в нижние стеблевые почки, вызывают образование и рост столонов, однако тормозят клубнеобразование. Ранее мы показали [10], что в росте формирующихся клубней первостепенную роль играют ауксины. Аналогичные данные получены и в опытах in vitro [11]. Изучалось и влияние микроэлементов на темпы роста картофеля, но полученные данные не сопоставлялись с изменениями в гормональном балансе растения. Вместе с тем, это позволило бы выяснить роль гормонального статуса растения при действии микроэлементов на процессы роста и морфогенеза.

В связи с этим, целью настоящей работы являлось изучение особенностей влияния обработки сернокислым цинком и борной кислотой на содержание и соотношение фитогормонов и ход

физиологических процессов в связи с клубнеоб-разованием у картофеля.

МЕТОДИКА

Исследования проводили на растениях картофеля (Solanum tuberosum L.) сорта Скороплодный, селекции ВНИИ картофельного хозяйства (Ко-ренево). Растения выращивали в вегетационном домике в почвенной культуре на серой лесной среднесуглинистой почве, содержащей подвижные формы цинка - 0.75 и бора - 0.20 мг/кг почвы. По классификации Ринькиса, данный вид почвы является дефицитным по изучаемым микроэлементам [12, с. 204]. В период закладки опыта в почву вносили оптимальные количества азота, фосфора и калия, соответственно 2.3, 0.7, 3.1 г элемента на сосуд. В сосуде с 10 кг почвы выращивали одно растение, влажность почвы поддерживали на уровне 60% от полной влагоемкости.

Варианты опыта включали: контроль и обработку посадочных клубней растворами ZnSO4 и H3BO3. Для этого клубни замачивали на 6 ч в растворах ZnSO4 (3 х 10-3 М) или Н3В03 (8 х 10-3 М). Контрольные клубни замачивали в воде. Содержание бора в клубнях контрольного варианта составляло 0.35 мг/100 г сухой массы, а в обработанных борной кислотой - 0.94 мг/100 г сухой массы.

Для изучения содержания фитогормонов, фотосинтетической активности, интенсивности дыхания в фазу бутонизации брали листья седьмого (среднего) яруса. Массу органов в расчете на куст определяли в период инициации клубнеобразова-ния через 20 сут после появления всходов. Через 25 сут после цветения (период интенсивного роста клубней) анализировали массу и количество клубней в кусте, а также их фракционный состав. В конце вегетации исследовали содержание фитогормонов и анатомические показатели клубней.

Экстракцию эндогенной ИУК, цитокининов и АБК из листьев, предварительно зафиксированных жидким азотом, проводили комплексным методом [13]. Модификация метода состояла в экстракционной очистке гормонов по Веселову [14]. После упаривания экстракта на роторном испарителе ИР-1М (Россия) до водного остатка отделяли аликвоту для определения цитокининов. После подкисления водного остатка (рН 2-3) дважды экстрагировали ИУК и АБК диэтиловым эфиром. Из объединенной органической фазы ауксины и АБК реэкстрагировали 1%-ным гидрокарбонатом натрия в соотношении 1 : 3. Органическую фазу отделяли и отбрасывали, а из водной (после подкисления до рН 2-3) вновь дважды извлекали ауксины и АБК диэтиловым эфиром и метилировали их диазометаном.

Аликвоту водного остатка для определения цитокининов доводили 5%-ным раствором гидрокарбоната натрия до нейтрального рН. Экстракцию цитокининов проводили бутанолом, а их разделение путем хроматографии на бумаге (Ватман 1) в системе растворителей - бутанол : аммиак : вода (3 : 1 : 1) с последующим элюированием 80%-ным этанолом зон хроматограммы с Rf зеатинрибози-да (0.4-0.5) и Rf зеатина (0.7-0.8).

Содержание фитогормонов определяли методом иммуноферментного анализа [15] с использованием реактивов фирмы "Уралинвест" (Уфа, Россия) на плашечном микрофотометре ("Диа-М", Россия). В качестве стандартов были взяты: ИУК, АБК, зеатин ("Serva", Германия), зеатинри-бозид ("Sigma", США).

Суммарное содержание хлорофилла определяли на сканирующем фотометре СКФ ("ЗОМЗ", Россия) после экстракции 80%-ным ацетоном, и рассчитывали по формуле Арнона [16, с. 131].

Интенсивность фотофосфорилирования определяли в изолированных хлоропластах [17]. Для этого навеску листьев растирали на холоду с охлажденной средой гомогенизации, содержащей 0.35 М NaCl, 0.2 М Трис (рН 7.8), гомогенат отжимали через капроновое полотно и центрифугировали 3 мин при 2000 g. Полученный супернатант центрифугировали 20 мин при 5000 g. Осадок хло-ропластов ресуспендировали 0.035 М NaCl. О скорости фотофосфорилирования судили по убыли неорганического фосфата в темноте и на свету (15 мин, освещенность 18 клк, температура 18-20°С) в среде инкубации (1.5 мл), содержащей 12.5 мкМ Трис-НС1-буфера рН 8, по 3.5 мкМ K3[Fe(CN)6] и NaCl, по 5 мкМ К2НРО4 и АДФ, 2.5 мкМ МgC12, суспензию хлоропластов.

Интенсивность фотосинтеза определяли методом Сакса по количеству образовавшегося сухого вещества [18, с. 174]. Содержание сахарозы в черешке листа определяли по показателю преломления света клеточным соком на рефрактометре РПЛ-3 (Россия). Интенсивность дыхания определяли по количеству выделяющегося СО2 в приборе для наблюдения газообмена ("Физприбор", Россия) [19, с. 73]. Качество дыхательного процесса оценивали по реакции со специфическим ингибитором гликолиза NaF. Фтористый натрий вводили в листья методом вакуум-инфильтрации в эксикаторе с вакуумным отсосом. В контрольные листья инфильтрировали воду.

Толщину феллемы и диаметр изодиаметричес-ких клеток перимедуллярной зоны измеряли на нефиксированных поперечных срезах клубней с помощью окулярного микрометра МОВ-1-15х на микроскопе БИОЛАМ ("ЛОМО", Россия).

Исследования проводили на протяжении двух вегетационных сезонов. В таблицах представлены средние арифметические из двух вегетацион-

Таблица 1. Влияние ZnSO4 и Н3В03 на содержание фитогормонов в листьях и клубнях картофеля (мкг/г сухой массы)

Вариант ИУК 3 + ЗР АБК ИУК/АБК (3 + 3Р)/АБК ИУК/(3 + 3Р)

Листья*

Контроль 62.1 ± 4.3 35.3 ± 3.9 3.96 ± 0.24 15.7 8.9 1.7

ZnSO4 87.3 ± 5.2 396.2 ± 40.2 1.77 ± 0.16 49.3 223.8 0.2

HзBOз 177.0 ± 12.4 88.7 ± 7.1 1.00 ± 0.08 177.0 88.7 2.0

Клубни**

Контроль 0.072 ± 0.006 0.050 ± 0.005 0.040 ± 0.003 1.8 1.3 1.4

ZnSO4 0.172 ± 0.015 0.282 ± 0.028 0.020 ± 0.002 8.6 14.1 0.6

HзBOз 0.223 ± 0.016 0.121 ± 0.012 0.021 ± 0.002 10.6 5.8 1.8

Примечание. 3 - зеатин, ЗР - зеатинрибозид.

* Фаза бутонизации. ** Конец вегетации растений.

ных опытов (каждый в 9-кратной биологической повторности) и их стандартные ошибки. Аналитическая повторность - 5-7-кратная.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Представленные в табл. 1 данные показывают, что обработка посадочных клубней растворами ZnSO4 и Н3В03 существенно изменяла содержание ИУК, цитокининов и АБК в листьях картофеля. В литературе имеются указания о том, что содержание гормонов в растении в зависимости от условий среды может изменят

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком