Зависимость водного режима solanum tuberosum от целостности микротрубочек при обогащении растений селенитом натрия

Таким образом, по мере растягивания искусственной клеточки внутренним давлением, в оболочку ее вставляются новые частицы, благодаря чему она и растет в поверхности.

            Стадия растяжения клеток сменяется стадией внутренней дифференциации. Клеточная оболочка получает теперь разнообразную скульптуру, соответственно различным функциям растительного организма - происходит дифференциация постоянных тканей, чем и заканчивается Р. органа. Много значат при этом и внешние условия - температура окружающей среды, свет и т. д.

В клетке микротрубочки могут:

образовывать сеть. Часто они лежат параллельно плазматической мембране в эктоплазме (в растительных клетках и эритроцитах). Жесткие трубочки могут образовывать своего рода цитоскелет, благодаря которому при отсутствии клеточной стенки клетка может сохранять определенную форму;

определять направление  внутриклеточного движения, вызываемого  микрофиламентами, например, при транспорте пузырьков Гольджи; в нервных волокнах продольно расположенные микротрубочки (называемые здесь нейротубулами) представляют собой один из главных компонентов цитоплазмы. В прокариотических клетках тубулина нет. Отдельные сообщения о наличии микротрубочек у бактерий следует считать сомнительными.

 

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 3. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

  3.1. Характеристика объекта

Картофель принадлежит  к числу важнейших сельскохозяйственных культур, его справедливо называют вторым хлебом. Клубни картофеля содержат около 25 % сухих веществ, в том  числе 14-22 % крахмала, 1.4 – 3 % белков, около 1 % клетчатки, 0.2 – 0.3 % жира и 0.8 – 1.1 % зольных веществ. Картофель источник витаминов С, В₁, В₂, В₆, РР и К. Особенно богаты витаминами молодые клубни. Для нормального роста, развития и накопления урожая картофель нуждается в большем количестве питательных веществ, чем многие другие полевые культуры.

Объектом исследований были растения картофеля (Solanum tuberosum L.) сорта Удача селекции ВНИИ картофельного хозяйства (Россия, Коренево). Сорт раннеспелый столовый, имеет срок вегетации 70 – 80 дней. Куст прямостоячий, компактный, средней высоты. Малостебельный, не ветвистый. Облиственность средняя, цветок белый, гнездо компактное. Клубни белые, крупные, кожура гладкая, глазки мелкие. Сорт относительно устойчив к фитофторозу, мокрым гнилям, раку и черной ножке. Потенциальная урожайность 700 кг/сотка. Число клубней – 10-15 шт./куст. Средняя масса товарного клубня – 100 г. Вкус от среднего до хорошего, содержание крахмала – 14.5 %. Товарность клубней 98 %. Клубни устойчивы к механическим повреждениям при механизированной уборке. Сохранность клубней в период зимнего хранения хорошая. По данным отдела испытания гибридов ВНИИ картофельного хозяйства сорт Удача нормально растет и развивается на разных по механическому составу хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах. Оптимальная густота посадки по сорту Удача на товарных посадках составляет 45 – 47 тыс. кустов на гектаре по схеме 70×30 см при использовании средних по размеру клубней массой 50 – 80 г. Сорт интенсивного типа, отзывчив на повышение дозы минеральных удобрений. Рекомендован для Центральной, Северо-Западной, Центрально-Черноземной и Северо-Кавказкой зон.

  3.2. Условия проведения опытов

Опыты проводили на базе агростанции и лаборатории регуляции  роста и развития растений Орловского госуниверситета. Растения выращивали в условиях типового вегетационного домика площадью 180 м, в почвенной культуре на серой лесной почве, взятой с поля полевого севооборота агробиостанции Орловского госуниверситета. В период закладки опытов в почву вносили оптимальные количества для картофеля азота, фосфора и калия (N₉₀ P₆₀ K₁₅₀), соответственно 2,3 г, 0,7 г, 3,1 г элемента на сосуд. В качестве удобрений использовали сульфат аммония (содержание азота-21%) , двойной суперфосфат (42% Pi0₅), хлористый калий (57% К₂0). В сосуде с 10 кг почвы выращивали одно растение и поддерживали влажность почвы на уровне 60% от полной влагоемкости.

Варианты  опыта включали: обработку посадочных клубней (путем опрыскивания) раствором Na₂Se0₃ в концентрации 10^-3 % (0,0058 М) и 10^-6% (0,0000058 мМ), раствором колхицина в концентрации 10^-3% (0,001 М), раствором селен + колхицин в тех же концентрациях, контрольные клубни опрыскивали водой. 

 

 

 

 

 

  3.3. Методы  исследования

1. Водоудерживающая способность – способность коллоидов удерживать воду. Водоудерживающую способность срезанных листьев характеризовали по величине водоотдачи через 20, 40, 60 минут. При этом большей водоотдаче соответствовала меньшая водоудерживающая способность и наоборот. Водоотдачу выражали в % от исходной сырой массы. Колхицин является ингибитором микротрубочек. Ему свойственно разбирать микротрубочки.

Интенсивность дыхания  учитывали по количеству выделяющегося  СО₂ в приборах для газообмена методом титрования.

Селен – микроэлемент, входящий в состав ферментов, антиоксидант, нейтролизирующий перекись водорода. В адаптации растений к стрессовым условиям, наряду с фитогормонами важное место занимает антиоксидантная система, нейтрализующая активные формы кислорода и сохраняющая структурнофункциональное состояние клеточных мембран. Известно, что селен входит в состав глутатионпероксидазы и глутатион-S-трансфераз, однако важно изучить его влияние на работу других ферментов антиоксидантной защиты, поддерживающих перекисный гомеостаз. Данные такого рода противоречивы . Отсутствуют сведения о действии селена на работу антиоксидантной системы в условиях кратковременного действия отрицательной температуры.

Варианты опыта включали обработку посадочных клубней раствором селенита натрия в концентрации 5,8*10^-3мМ (замачивали на 6 часов). Контрольные клубни замачивали в воде.

 

Определение оводненности листьев. Оводненность – процентное содержание воды в листьях.Чтобы рассчитать оводненность необходимо знать сырую и сухую массу растения.Для определения отбирали средние пробы листьев среднего яруса в фазы: 15 суток после появления всходов, фазу бутонизации и в фазу цветения.

       Определение интенсивности транспирации листьев. Брали крайний сегмент листочка  среднего яруса, взвешивали на торсионных весах 4 раза с промежутком времени в 2 минуты. Делали 3 повторности. Транспирацию рассчитывали в мг испарения воды грамм сырой массы листьев за час.

Определение ростовых показателей растения картофеля. Высоту растения - определяли с помощью линейки. Подсчитывали число побегов в кусте и количество узлов на побеге.

Статистическая  обработка. В таблицах и рисунках представлены средние арифметические из 3 - 5-кратных биологических повторностей и их стандартные ошибки. Результаты исследований были подвергнуты статистической обработке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ  И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

 

4.1 Влияние селенита натрия на оводнённость листьев картофеля

 

Большое значение для  протекания всех биохимических процессов  в растениях имеет содержание воды. Результаты, представленные в  табл.1, свидетельствуют о том, что при оводненности листьев, т.е. % содержания воды, колхицин и селенит - ион при раздельном и совместном применении не оказали воздействия на данный показатель.

 

Таблица 1. Влияние колхицина и селенита натрия на оводнённость листьев картофеля

 

 

вариант	оводненность, %
контроль	88,4
колхицин	88,6
селенит натрия	88,6
колхицин+селенит     натрия	88,0

 

 

 

 

 

 

 

4.2. Влияние  колхицина и селенит – иона  на водоудерживающую способность листьев картофеля.

 

Сохранение жизнедеятельности  растений в неблагоприятных условиях среды во многом зависит от водоудерживающей способности клеток, которая определяется термодинамическим состоянием воды. По мнению Л.Н. Хохловой (1997), водоудерживающая способность является интегральным физиологическим показателем водного обмена растительных клеток. Полученные данные (табл. 2) показывают, что разборка микротрубочек под воздействием колхицина привела к увеличению выхода воды из клеток, т.е. к уменьшению водоудерживающей способности

 

Таблица 2. Влияние колхицина и селенита натрия на водоудерживающую способность листьев картофеля,

 

 

вариант	Водоотдача, % от исходной массы
контроль	7,81 + 0,36
колхицин	8,57 + 0,40
Селенит натрия	4,44 + 0,22
Колхицин+селенит натрия	3,84 + 0,131

 

 

 

Селенит – ион снизил водоотдачу, что увеличило водоудерживающую способность. При совместном применении колхицина и селенит – иона, последний снял отрицательное действие колхицина на водоудерживающую способность. Возможно это связано с антиоксидантными свойствами селена. Как антиоксидант он защищает мембраны от активных форм кислорода и как следствие сохраняет их целостность и функциональную активность, т.е. транспорт воды через аквапорины, регулирующие выход воды из клетки. В свою очередь колхицин разбирая микротрубочки , по видимому нарушает их взаимосвязь с мембранами.

 

 

4.3. Влияние селенита натрия на интенсивность транспирации листьев картофеля

 

 Как известно, транспирация зависит от количества свободной воды. Действительно, как видно из рисунка разборка микротрубочек увеличивает интенсивность транспирации.

           В оптимальных условиях водоснабжения селенит-ион  уменьшает транспирационную активность в 1,6 раза. В варианте с селенит – ионом  их было на 38% больше по сравнению с контролем. Эти данные могут свидетельствовать о влиянии селена на процесс дифференцировки эпидермиса. Несмотря на большее количество устьиц, транспирация в опытном варианте была ниже. Возможно это связано со степенью отомкнутости устьичной щели, которая гормонально регулируема. По

данным Цуканова, Пузина (2007), селен  снижает содержание цитокиникон, что может быть связано с уменьшением количества пуринов под воздействием селена, являющегося предшественником биосинтеза данной

 

 

 

 

4.4 Влияние селенита натрия на жаростойкость листьев картофеля

 

 

Важной характеристикой  засухоустойчивости растений, наряду с водоудерживающей способностью, является жаростойкость. О степени жаростойкости листьев судили как по времени появления пятен феофетина, так и по степени побурения листьев (разрушения хлорофилла).  В оптимальных условиях водообеспечения растений селен практически не оказал воздействия на жаростойкость листьев (табл. 4). Однако адаптивные свойства селена проявились на засухе. Уже через пять суток после прекращения полива растений отмечалось существенное повышение жаростойкости в данном варианте.

 

Таблица 4. Жаростойкость листьев картофеля.

 

вариант	Количество пятен феофетина
контроль	15,0 + 0,0
колхицин	11,0 + 0,1
селенит натрия	16,5 + 0,2
колхицин+селенит натрия	13,3 + 0,1

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Показано, что в оптимальных условиях водоснабжения обогащение растений селеном на фоне неизменной оводнённости листьев снижает интенсивность транспирации за счёт увеличения их водоудерживающей способности.
2. В условиях водного дефицита проявились антиоксиданстные свойства селена в действии на интегральные показатели засухоустойчивости. Отмечено значительное повышение жаростойкости листьев и  снижение водоотдачи.
3. Методом ингибиторного анализа (применение HgCl₂) выявлено увеличение доли поступления воды через  водные каналы мембран – аквапорины под воздействием селенит-йона. Это происходит за счёт регуляции активности аквапоринов, а именно увеличения степени их фосфорилирования (о чём свидетельствуют опыты с ингибитором фосфатазы – NaF).
4. На фоне сохранения оптимальных показателей водообмена растений в условиях почвенной засухи, под воздействиям селенит-йона, отмечена стимуляция роста надземных органов и формирования клубней картофеля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аксенова Н.П., Константинова Т.Н., Голяновская С.А., Коссманн Й., Вилльмитцер Л., Романов Г.А. Генетические трансформаторы картофеля как модель изучения гормональной и углеводной регуляции клубнеобразования // Физиология растений. 2000. Т. 47. № 3. С. 420-430.
2. Волынец А.П. Образование защитных фенольных соединений при инфекционном стрессе // VII Международный симпозиум по фенольным соединениям: фундаментальные и прикладные аспекты. М.: РАН. 2009. С.   60-61.
3. Кефели В.И. Природные ингибиторы роста // Физиология растений. 1997. Т. 44. № 3. С. 471-480.
4. Мокроносов А.Т. Интеграция функций роста и фотосинтеза // Физиология растений. 1983. Т. 30. Вып. 5. С. 868-880.
5. Панова М.Б., Раджабов А.К. Влияние регуляторов роста на рост, развитие и продуктивность винограда // VII симпозиум: продукционный процесс растений. М.: МСХА. 2007. С. 12 – 13.
6. Чайлахян М.Х. Механизмы клубнеобразования у растений // Регуляция роста и развития картофеля / под ред. М.Х. Чайлахяна, А.Т. Мокроносова, М.: Наука, 1990. С. 48-62.
7. Машкова Т.Е. Селен в растениях нечерноземной зоны РФ и возможности регулирования его содержания в сельскохозяйственной продукции: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. М.: МСХА., 1998. 16с.
8. Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989. 464с.
9. Прудников П.С. влияние селена на физиолого-биохимические процессы при адаптации растений картофеля к гипотермии: автореф. Дис. … кад. Биол. Наук. М., 2007. 24с.
10. Сабинин Д. А.  Избранные труды по минеральному питанию растений. М.: 1971. 512с.