|
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
Серга Олеся Іванівна
УДК 581. 522. 4:633. 11”324”: 632.112
СОРТОВІ ОСОБЛИВОСТІ ІНДУКЦІЇ АДАПТИВНИХ РЕАКЦІЙ
ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ РІЗНИХ ЕКОТИПІВ ЗА УМОВ ПОСУХИ
03.00.12 – фізіологія рослин
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук
Київ – 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі фізіології та екології рослин
біологічного факультету Київського національного університету
імені Тараса Шевченка
Науковий керівник: доктор біологічних наук,
член-кореспондент УААН, професор
Мусієнко Микола Миколайович, Київський національний
університет імені Тараса Шевченка, завідувач кафедри фізіології
та екології рослин
Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор
Мусатенко Людмила Іванівна,
Інститут ботаніки імені М.Г.Холодного НАН України,
завідувач відділу фітогормонології
доктор біологічних наук, професор Гуляєв Борис Іванович,
Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, провідний
науковий співробітник відділу фізіології і екології фотосинтезу
Провідна установа: Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича
Міністерства освіти і науки України
Захист відбудеться “_21_“ жовтня 2002 року о _15.00_ год. на засіданні спеціалізованої
вченої ради Д 26.001.24 Київського національного університету імені Тараса Шевченка
за адресою: 03127, м.Київ, Проспект Глушкова 2, корпус 12 (біологічний факультет),
конференц-зала. Поштова адреса: 01033, м.Київ, вул.Володимирська, 64,
спецрада Д 26.001.24, біологічний факультет.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету
імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, Київ, вул.Володимирська, 58.
Автореферат розісланий “_19_“ вересня 2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
Брайон О.В.
Загальна характеристика роботи
Основною зерновою культурою в Україні є озима пшениця, площі посіву якої сягають понад 7 млн. га. Потенціал сортового складу і природні ресурси в сприятливих умовах здатні забезпечити урожай зернових злаків вище 100 ц/га, а використовують його у виробничих умовах лише на 25-40% (Лобас, 1996).
Одним з головних лімітуючих чинників формування врожаю зерна озимої пшениці є дефіцит вологи. Посухи різного характеру і тривалості бувають щорічно у всіх регіонах, але частіше на півдні й північному сході, розповсюджуючись на лісостепову та поліську зону. Оскільки майже 15 млн.га орних земель в Україні розташовано в зонах недостатнього та нестійкого зволоження, посухостійкість часто є визначальною у забезпеченні високих урожаїв зернових культур (Моргун, Григорюк, 1997; Григорюк, Мусієнко, 2001). Виходячи з цього, дослідження фізіологічних і молекулярних механізмів формування та регуляції посухостійкості рослин з високою екологічною пластичністю є однією із актуальних проблем сучасної фітофізіології.
Аналіз літератури показує, що стресова дія посухи індукує порушення функціонування ключових ланок метаболізму, які обумовлюють формування продуктивності рослин (Шматько, 1974; Проценко, Кириченко, Мусієнко та ін., 1975; мусієнко, 1985; Мусієнко, Капля, Оканенко та ін., 1985; Жолкевич, Гусев, Капля та ін., 1989; Шматько, Григорюк, Шведова, 1989; Таран, 2001; Григорюк, Жук, 2002).
Поряд з цим в літературі недостатньо висвітлено вклад складових адаптивного потенціалу, зокрема водного, аденозинфосфатного, ліпідного і фітогормонального пулів в індукції адаптивних реакцій сортів озимої пшениці різних екотипів за умов оптимального та недостатнього водозабезпечення. Актуальність проведення таких досліджень обумовлена, перш за все, необхідністю визначення ступеня адаптації і стійкості різних генотипів озимої пшениці до факторів посухи. З іншого боку, важливо встановити граничні межі адаптації і районування сортів пшениці в грунтово-кліматичних зонах України. Вивчення формування комплексу адаптивних реакцій набуває також актуальності у зв’язку з глобальним підвищенням температури, скороченням кількості опадів, зменшенням вологості грунту, аридизацією клімату, розширенням площ посушливих регіонів, підвищенням в повітрі концентрації вуглекислого газу (Мусієнко, Таран, 1997; Гродзінський, 1998; Ситник, 1998).
Мета та задачі дослідження. Метою даної роботи було дослідження сортових особливостей індукції адаптивних реакцій озимої пшениці різних екотипів та виявлення захисної дії полімерних регуляторів росту за умов посухи.
Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:
Виявити зміни параметрів водного режиму, спектральних коефіцієнтів відбиття і вмісту хлорофілів в листках сортів озимої пшениці, а також їх залежність від фази розвитку рослин та напруженості посухи.
Вивчити кінетику надходження тритієвої води в листки сортів озимої пшениці в умовах водного та високотемпературного стресів.
Дослідити ступінь формування рідкокристалічної структури, вміст основних груп полярних ліпідів та їх ненасичених жирних кислот в мембранах хлоропластів озимої пшениці за дії посухи та полімерних форм регуляторів росту.
Визначити зміни вмісту, активність і баланс фітогормонів в листках сортів озимої пшениці різних екотипів, індукованих посухою.
На підставі аналізу вмісту і балансу вільних аденозинфосфатів в листках рослин розробити спосіб оцінки посухостійкості сортів озимої пшениці за величиною енергетичного заряду аденілатної системи.
Встановити захисну дію полімерних регуляторів росту в адаптивних реакціях водо- і енергообміну на врожай та якість зерна озимої пшениці в умовах посухи.
Об'єкт дослідження – адаптивні реакції озимої пшениці (Triticum aestivum L.) різних екотипів за умов посухи.
Предмет дослідження – роль фітогормональної і аденозинфосфатної систем, структурно-функціонального стану полярних ліпідів в мембранах хлоропластів, полімерних регуляторів росту з пролонгованою цитокініновою та ауксиновою дією в індукції адаптивних реакцій сортів озимої пшениці за різного водозабезпечення.
Методи дослідження – системний підхід у дослідженні формування неспецифічних адаптивних реакцій озимої пшениці за дії водного і високо-температурного стресів методами ізотопної мітки (тритій), спектрофотометрії, поляризаційної мікроскопії, перцептрона теорії розпізнавання образів, тонко-шарової хроматографії, денситометрії.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше встановлено, що надходження тритієвої води у листки озимої пшениці різних екотипів за умов високотемпературного стресу на ранніх фазах їх росту і розвитку має двофаз-ний характер: 1-фаза гомеостатичної стабілізації водного балансу рослин, яка триває одну-три доби; II-фаза відновлення фізіолого-біохімічного стану клітинних структур, яка триває п’ять-сім діб. Виявлена амплітуда коливань швидкості надходження води і час кожної фази адаптивної реакції, яка залежить від напруженості стресу та сортових особливостей озимої пшениці.
Вперше запропоновано метод прямого визначення вільних аденілових нуклеотидів (аденозин-5-моно-(АМФ), ди-(АДФ), і трифосфатів (АТФ) у рослинах з використанням спектроденситометричної тонкошарової хроматог-рафії, який дозволяє проводити їх очистку та розділення безпосередньо в шарі сорбенту. Показано, що посухостійкі сорти озимої пшениці степового екотипу відзначаються вищим вмістом АТФ, АДФ, величиною енергетичного заряду (ЕЗ) (сумарне відношення вмісту АТФ і ½ АДФ до сумарного вмісту АТФ, АДФ та АМФ) й меншим витрачанням енергії на процеси адаптації та стійкості різних екотипів озимої пшениці до факторів посухи. Визначено, що зміни компонентів аденозинфосфатного, фітогормонального і ліпідного пулів індуку-ють адаптивні реакції в умовах посухи шляхом підтримання оптимального водного режиму та активності мембранних структур хлоропластів озимої пшениці.
З позицій системного підходу з’ясовано, що стресова дія посухи індукує збільшення спектральних коефіцієнтів відбиття (СКВ), кількості абсцизової кислоти (АБК), зеатину і зеатинрибозиду, а також неоднозначні зміни вмісту індоліл-3-оцтової кислоти (ІОК) в листках посухостійких сортів озимої пшениці. Зафіксовано зниження рівня зеатину, зеатинрибозиду і ІОК за постійного або незначного збільшення вмісту АБК в листках слабостійких до посухи сортів озимої пшениці.
Вперше розроблено процедуру математичної обробки і застосовано метод перцептрона теорії розпізнавання образів для оцінки фітогормонального балансу рослин за оптимального та недостатнього водозабезпечення. Знайдено дві лінії площини, які розділяють виборку вмісту фітогормонів в листках стійких і слабостійких до посухи сортів озимої пшениці різних екотипів. Вперше кількісно оцінено величини пулів функціонуючих фітогормонів і активність кожного із них в процесі адаптації сортів озимої пшениці до посухи.
Доведено, що полістимулін К і полістимулін А-6 з пролонгованою цитокініновою й ауксиновою дією сприяють суттєвому відновленню рідко-кристалічної структури, підвищенню вмісту галактоліпідів (ГЛ) та фосфоліпідів (ФЛ) в мембранах хлоропластів сортів озимої пшениці за умов обмеженого водозабезпечення. Встановлено, що комбіноване застосування полімерних регуляторів росту призводить до активації адаптивних реакцій, зменшення втрат врожаю та покращення якості зерна озимої пшениці в посушливих умовах.
Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи розширюють уявлення про функціонування механізмів стійкості і адаптації сортів озимої пшениці різних екотипів до посухи. Вони мають прикладне значення для інтенсифікації селекційного процесу, максимальної реалізації адаптивного потенціалу сортів пшениці степового і лісостепового екотипів з великою екологічною пластичністю та стійкістю до факторів посухи. Вперше розроблено спосіб оцінки посухостійкості сортів озимої пшениці за величиною ЕЗ аденозинфосфатної системи (Григорюк, Ткачов, Серга, Михальський, 2002), який рекомендовано для застосування в селекції (Копія деклараційного патенту України на винахід №45580 А від 15.04.2002 р. додається).
Для індукції адаптивних реакцій, зменшення втрат врожаю і покращення якості зерна озимої пшениці запропонована комбінована обробка рослин в фазу колосіння полімерними похідними цитокініну й ауксину (полістимулін К+полі-стимулін А-6) з антистресовими властивостями та пролонгованим фітогормо-нальним типом дії.
Наукові положення і методичні розробки впроваджено в навчальний та науково-дослідний процеси на кафедрах генетики і фізіології рослин Ужгородського національного університету, фізіології та екології рослин Львівського національного університету ім. Івана Франка, фізіології рослин та екології Дніпропетровського національного університету, ботаніки Терно-пільського державного педагогічного університету ім.Володимира Гнатюка, біології Вінницького державного педагогічного університету ім.Михайла Коцюбинського (акти додаються). За цикл праць “Біологічно активні речовини як засоби регуляції адаптивних реакцій, інтродукція та використання речовин” дисертанту Постановою Президії НАН України від 15.03.2000 р. присуджено премію для молодих учених (копія додається).
Особистий внесок здобувача. Дисертант особисто здійснив інформа-ційний пошук, проаналізував і узагальнив літературні дані, оволодів сучасними методами досліджень, провів лабораторні, вегетаційні та польові досліди, підготував до друку наукові праці. Експериментальні результати отримано самостійно і в співавторстві. Методичні підходи до оцінки енергетичного і фітогормонального балансів розроблено спільно з старшим науковим співробіт-ником Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, кандидатом біоло-гічних наук В.І.Ткачовим.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою наукової теми науково-дослідної лабораторії фізіологічних основ продуктивності рослин кафедри фізіології та екології рослин біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка №97/090 “Екзогенна індукція адаптивних реакцій для стабілізації продуктивності зернових культур в несприятливих екологічних умовах” (№державної реєстрації 0197U003136) та проекту Фонду фундамента-льних досліджень України “Механізми адаптації фотомембран до дії стресових факторів” (№державної реєстрації 01197U003445).
Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати були представлені на VII Українському біохімічному з’їзді (Київ, 1997), 3-му щорічному симпозіумі “Фізико-хімічні основи фізіології рослин і біотехнології” (Москва, 1997), ХХVIII щорічній нараді Європейського товариства з нових сільськогосподарських методів (Чехія,1998), II з’їзді Українського біофізичного товариства (Харків, 1998), II Конгресі Європейського товариства фізіологів рослин (Болгарія, 1998), Міжнародній конференції “Онтогенез рослин в природному і трансформованому середовищі” (Львів, 1998), Міжнародній конференції “Регулятори росту і розвитку рослин”(Москва, 1999), IV з’їзді товариства фізіологів рослин Росії (Москва, 1999), Міжнародній конференції “Регуляція росту, розвитку і продуктивності рослин” (Мінськ, 1999), науково-теоретичному семінарі молодих вчених та спеціалістів “Вчимося господа-рювати” (Київ, 1999), VII конференції молодих вчених “Проблеми фізіології рослин і генетики на рубежі третього тисячоліття” (Київ, 2000), Міжнародному симпозіумі “Внутрішньоклітинні сигнали в рослинних і тваринних системах” (Київ, 2001).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 23 роботи, з них 6 статей у провідних наукових фахових журналах, 2 статті у збірниках наукових праць і 14 тез доповідей, отримано деклараційний патент України на винахід №45880 А від 15.04.2002 р.
Структура і об’єм роботи. Дисертація складається з переліку умовних скорочень, вступу, шести розділів основної частини, заключення, висновків, практичних рекомендацій, списку літератури з 318 найменувань та додатків. Робота викладена на 146 сторінках машинописного тексту, містить 16 таблиць та 12 рисунків.
матеріали та методи досліджень
Об'єктами досліджень обрано сорти м'якої озимої пшениці (Triticum aestivum L.) степового (Альбатрос одеський. Одеська 51, Одеська 117, Одеська 162, Одеська 267, Степняк, стійкі до посухи) та лісостепового (Білоцерківська 18, Білоцерківська 47, Веселка, Київська 7, Поліська 70, Ровенська 14, Ровенська 49, слабостійкі до посухи) екотипів. Для дослідження адаптивних реакцій сортів озимої пшениці проводили лабораторні, вегетаційні та польові досліди протягом 1997-2000 рр.
В дослідах з міченою водою (тритій) рослини пшениці вирощували в порцелянових піддонах і в 10-добовому віці розміщували в 3-літрових скляних посудинах, які містили поживну суміш Гельрігеля (водна культура). Через добу рослини переносили в посудини об'ємом 250 мл, які містили 20% водний розчин поліетиленгліколю молекулярною масою 20000, при цьому осмотичний потенціал середовища становив 1,5 МПа (Steuter, Mosafar, Yoodin, 1981). Питома радіоактивність розчину становила 3,2 · 1011 Бк/м3, а експозиція досліду - 1 година. Листки рослин фіксували в рідкому азоті, розтирали і заливали 5- 10 мг суміші сцинтиляційної рідини (Ж-8) і 70-% етилового спирту (3:1). Радіоактивність зразків вимірювали на рідинному сцинтиляційному лічильнику “Бета-2” у п'ятикратній повторності. Установочний час вимірювання кожного зразку - 1-10 хв.
Вимірювання спектральних коефіцієнтів відбиття (СКВ) проводили на спектрофотометрі СФ-18 з автоматичним розгортанням та реєстрацією в діапазоні довжин хвиль 400-750 нм та швидкістю розгортання спектру 30- 90 нм/хв. Повторність запису зразка на одній довжині хвилі становила 1 нм, по СКВ – 0,2%, кожного виміру за варіантами - 4-7 раз. Для математичної обробки спектральної інформації і пошуку спектральних коефіцієнтів використовували методи теорії розпізнавання образів (Ту, Гонсалес, 1978).
Вегетаційні досліди з сортами озимої пшениці виконували в тепличному комплексі Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, згідно мето-дики (Журбицкий, 1968). Рослини вирощували в посудинах Вагнера, які містили 8 кг абсолютно сухого темно-сірого дерново-опідзоленого грунту як за умов оптимального (60% ПВ), так і недостатнього (25-30% ПВ) водозабез-печення.
Грунтову посуху (9-20 діб) створювали одночасним припиненням поливу рослин в критичні до нестачі вологи фази онтогенезу - виходу в трубку, колосіння та цвітіння (VII-X етапи органогенезу) (Куперман, 1963).
Хлоропласти із листків пшениці виділяли в буферній суміші (0,02 М трис НСІ буфері (рН 7,8) і 0,035 М NаС1) диференційним центрифугуванням гомогенату при 1000 та 3000 об/хв (Рейнгард, Гамаюнова, Мануильская, 1967). Ліпіди із хлоропластів екстрагували ізопропанолом, ацетоном і сумішшю хлороформу з метанолом у співвідношенні 2:1 (Яковенко, Михно, 1972). Полярні ліпіди розділяли за допомогою тонкошарової хроматографії на пластинках з силікагелем в модифікації Фолча (Кейтс, 1975) в системі розчинників хлороформ-метанол-вода в співвідношенні 65:24:4 (Wagner, Horhammer, Wolf, 1961), використовуючи стандартні препарати фірми “Merck”. Для визначення вмісту ГЛ і сульфоліпідів (СЛ) плями із хроматограм екстрагували сумішшю хлороформ-метанол, висушували і гідролізували на водяній бані 3N Н2S04. Кількість ФЛ визначали за фосфором (Радионов, Холопцева, 1974). Вміст ненасичених жирних кислот аналізували за допомогою газорідинної хроматографії на приладі “Цвєт 106”. Упорядкування рідкокрис-талічної структури сумарних полярних ліпідів в мембранах хлоропластів пшениці досліджували на поляризаційному мікроскопі NU-2Е фірми "Карл Цейс" (Німеччина) за середнього збільшення Х500.
Обробку рослин водним розчином полістимуліну К і полістимуліну А-6 проводили вручну ранцевим оприскувачем ОРР - 1А ЕРА при температурі 27-29°С і відносній вологості повітря (ВВП) 55-60% перед початком настання посухи в найефективніший рістстимулюючій концентрації 10-4 М (0,23 мг/рослину), встановленої дослідним шляхом, з розрахунку, що витрата робочої рідини в польових умовах становить 450 л/га.
Кількісне детектування фітогормонів проводили за допомогою тонкошарової хроматографії (Савинский, Кофман, Кофанов, Стасевская, 1987; Савинский, Драговоз, Педченко, 1991) з використанням сканувального спектроденситометра Camag TLC Scanner II (Швейцарія). Для оцінки балансу фітогормонів у листках пшениці застосовували метод перцептрону (Ту, Гонсалес, 1978) і коефіцієнт Вр (Savinsky, Tkachev, Grigoryuk, 1992).
Вміст вільних аденозинфосфатів (АТФ, АДФ, АМФ) визначали за розробленим нами методом (Ткачев, Савинський, Серга, Григорюк, 1999), який грунтується на екстракції аденілових нуклеотидів з листків рослин HclO4 і їх очищенні шляхом багаторазової хроматографії в некорегуючих системах розчинників. Ідентифікацію і кількісне детектування аденозинфосфатів проводили з тонкого шару сорбенту, використовуючи сканувальний спектро-денситометр Camag TLC Scanner 11 (Швейцарія). Ступінь насичення багатих енергією сполук аденілату в листках пшениці оцінювали за величиною енергетичного заряду (ЕЗ) (Atkinson, 1968; Hoffmann, 1983).
В листках пшениці визначали вміст хлорофілів (Починок, 1976), води і водний дефіцит (ВД) (Литвинов, 1951). Біологічна повторність дослідів – 4-5-кратна, аналітична – 8-10-кратна.
Польові дрібноділянкові досліди проводили протягом 1997-1999 рр. на полях науково-виробничого відділу Інституту фізіології рослин і генетики НАН України (смт Глеваха Васильківського району Київської області) на темно-сірому дерново-опідзоленому грунті. Повторність польових дослідів - чотириразова, площа облікової ділянки - 50 м2. Збирання врожаю озимої пшениці проводили комбайном “Сампо-500” (Фінляндія). В зерні визначали вміст сирої клейковини і білка (Ермаков, Арасимович, Смирнова-Иконникова и др., 1972). Одержаний матеріал оброблено статистично (Молостов, 1965; Доспехов, 1985).
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
1. Водообмін і спектри відбиття листків сортів озимої пшениці за дії високої температури та посухи. Вивчали вплив високотемпературного і водного стресів на динаміку надходження води в листки озимої пшениці різних екотипів. Зафіксовано, що дія високотемпературного стресу як слабкого, так і більш сильного напруження (40 і 450С, 4 год.) на 1,2,5, і 7 добу спричиняла збільшення ВД в листках сортів озимої пшениці. На першу добу після дії високотемпературного стресу різної напруженості виявлено активне акумулювання пулів тритієвої води в листках озимої пшениці (табл.1). За умов
Таблиця 1
Вплив високотемпературного стресу різної напруженості на надходження тритієвої води в листки сортів озимої пшениці (фаза 4-5 листків)
високотемпературного стресу слабкого напруження (400С, 4 год.) для посухостійкого сорту пшениці Одеська 51 відзначено поступове зменшення надходження води порівняно з контролем, що свідчить про стабілізацію процесів водообміну рослин протягом однієї-трьох діб. Водночас в листках слабостійкого до посухи сорту пшениці Ровенська 14 на другу добу виявлено істотне підвищення ступеня резервування тритієвої води. Після дії високо-температурного стресу високого напруження (450С, 4 год.) інтенсивність надходження тритієвої води в листки сортів озимої пшениці була аналогічною. Встановлено коливальний характер надходження води в листки рослин, що свідчить про наявність двох розмежованих у часі фаз адаптивної реакції сортів озимої пшениці на дію високотемпературного стресу: 1) гомеостатичної стабілізації водного балансу рослин, яка триває одну-три доби; 2) відновлення фізіолого-біохімічного стану клітинних структур, яка триває п'ять-сім діб.
Встановлено зв'язок між коефіцієнтом L=[СКВ(560)+СКВ(680)]/ [СКВ(750)-СКВ(720)], вмістом води, хлорофілу та ВД в листках озимої пшениці за умов посухи (рис.1). При цьому відзначено незначну зміну коефі-
Рис.1. Зв’язок коефіцієнту L з вмістом води (А), хлорофілу (В) та
ВД (Б) в листках сортів озимої пшениці за умов посухи
• - Ровенська 49; - Одеська 51
цієнту L в областях близьких до оптимального водопостачання, який практично не реагує на відхилення вмісту води в рослинах до рівня 70%, ВД до 17-20% і хлорофілу до 6 мг/г сухої речовини. Регресійні криві і коефіцієнти кореляції свідчать про тісний зв’язок між коефіцієнтом L і фізіологічними параметрами листків озимої пшениці в умовах посухи (табл.2).
Таблиця 2
Параметри регресії і коефіцієнти кореляції L з вмістом води, хлорофілу і ВД листків сортів озимої пшениці за умов посухи
Отримані результати свідчать про те, що величини коефіцієнтів регресії достатньо близькі для сортів озимої пшениці, що дозволяє їх використовувати для діагностики фізіологічного стану інших сортів.
В проведених нами експериментах коефіцієнт L найадекватніше відображає оптичні властивості листків пшениці за умов посухи. Застосування полістимуліну К суттєво зменшувало різницю між СКВ дослідного і контрольного варіантів та прискорювало процеси відновлення оптичних властивостей листків пшениці.
Для пояснення спектральних відхилень важливо було встановити їх взаємозв’язок із змінами фізіологічних параметрів, які індуковані водним стре-сом. Показано, що стресова дія посухи спричиняла наростання ВД і зменшення сумарного вмісту хлорофілу в листках сортів озимої пшениці. Посухостійкий сорт озимої пшениці Одеська 51 відзначався меншими коливаннями фізіологічних параметрів, ніж слабостійкий Ровенська 49. Обробка рослин полістимуліном К сприяла стабілізації величин ВД, вмісту води і хлорофілу у листках рослин пшениці за умов посухи.
2. Зміни рідкокристалічної структури і вмісту полярних ліпідів та їх ненасичених жирних кислот в мембранах хлоропластів озимої пшениці, індуковані полімерними регуляторами росту в умовах посухи. Полярні ліпіди ГЛ, ФЛ і СЛ є основними та найрухливішими структурними елементами мембран хлоропластів в процесі адаптації рослин до стресових факторів довкілля (Ивков, Берестовский, 1982; Hawker, 1982).
Нами показано, що нативні препарати сумарних полярних ліпідів в мембранах хлоропластів різних за посухостійкістю сортів озимої пшениці Одеська 117 і Білоцерківська 47 в умовах оптимального водозабезпечення мають типову упорядковану полігонально-конфокальну рідкокристалічну структуру (проміжну між рідкою і твердою) (рис. 2 а, д). За впливу посухи виявлено утворення полідисперсної, менш компактнішої і зрідженої рідкокрис-талічної структури полярних ліпідів в мембранах хлоропластів сортів озимої пшениці Одеська 117 та Білоцерківська 47 (рис.2, б, е). Найглибинніші дефор-мації рідкокристалічної структури полярних ліпідів в мембранах хлоропластів характерні для слабостійкого до посухи сорту пшениці Білоцерківська 47, ніж стійкого Одеська 117 (рис.2,е).
Обробка рослин полістимуліном К і полістимуліном А–6 сприяла віднов-ленню рідкокристалічної структури полярних ліпідів в мембранах хлоропластів сортів озимої пшениці (рис.2, в,є,г.ж).
Застосування полістимуліну А–6, порівняно з полістимуліном К, індуку-вало слабкіше відновлення рідкокристалічної структури полярних ліпідів в мембранах хлоропластів слабостійкого до посухи сорту пшениці Білоцерків-ська 47 (рис.2, г,ж).
Таким чином, іммобілізовані форми регуляторів росту з цитокініновим і ауксиновим типом дії є ефективними засобами регуляції рідкокристалічної структури полярних ліпідів в мембранах хлоропластів, що ініціює підвищення адаптивних властивостей та стійкості сортів пшениці до посухи.
Показано, що найвищим вмістом ФЛ і ГЛ відзначались мембрани хлоропластів сортів озимої пшениці за умов оптимального водозабазпечення.
Водночас в мембранах хлоропластів стійкого до посухи сорту пшениці Одеська 117 виявлено вищий рівень ФЛ і ГЛ, ніж у слабостійкого сорту Білоцерківська 47. За стресової дії посухи концентрація ФЛ і ГЛ в мембранах хлоропластів суттєво знижувалася, причому різкіше у сорту пшениці Білоцерківська 47.
Рис. 2. Структура сумарних полярних ліпідів в мембранах хлоропластів сортів озимої пшениці Одеська 117 (а, б, в, г,) та Білоцерківська 47 (д, е, ,є, ж):
а, д – оптимальна вологість ґрунту (60% ПВ); б, е –посуха (14 діб), контроль;
в, є –посуха (14 діб) + полістимулін К;
г, ж – посуха (14 діб) + полістимулін А-6. Х500.
Примітка. Білі плями означають зв'язок полярних ліпідів з фракцією зв'язаної води, темні – з фракцією вільної води.
Обробка рослин водними розчинами полістимуліну К і полістимуліну А-6 індукувала зменшення ступеня розпаду ФЛ і ГЛ в мембранах хлоропластів сортів озимої пшениці. В цілому, слабостійкий сорт пшениці Білоцерківська 47 відзначався меншою концентрацією ФЛ і ГЛ в мембранах хлоропластів за різного водозабезпечення, ніж стійкий Одеська 117. Визначено, що полі-стимулін К виявляв сильнішу стимулюючу дію на вміст ФЛ, ГЛ і ФХ в мембранах хлоропластів сортів озимої пшениці, ніж полістимулін А-6.
В мембранах хлоропластів нами в значних кількостях виявлено високоне-насичені полярні ліпіди моногалактозигдигліцерид (МГДГ) і дигалактозилди-гліцерид (ДГДГ). За оптимального водозабезпечення найбільш високе співвідношення МГДГ/ДГДГ зафіксовано в мембранах хлоропластів посухо-стійкого сорту озимої пшениці Одеська 117, ніж слабостійкого Білоцерківська 47. За умов посухи суттєво знижувалось відношення МГДГ/ДГДГ в мембранах хлоропластів стійкого до посухи сорту пшениці Одеська 117 порівняно з сортом Білоцерківська 47.
Стресова дія посухи індукувала зменшення в складі ФГ вмісту лінолєвої і пальмітоолеїнової кислот. Обробка рослин полістимуліном К ініціювала нагромадження в полярних ліпідах мембран хлоропластів пальмітоолеїнової, лінолєвої та лінолєнової ненасичених жирних кислот. Збільшення рівня ненасичених жирних кислот в полярних ліпідах за дії полістимуліну К призводило до стабілізації параметрів водного режиму рослин в умовах водного стресу.
Дійшли висновку, що полістимулін К індукує неспецифічні захисні реакції, які спрямовані на блокування деструктивних процесів в ліпідних компонентах мембран хлоропластів, підсилення адаптивних властивостей і підвищення стійкості фотосинтетичного апарату сортів озимої пшениці до факторів посухи.
3. Акумуляці я вмісту і баланс фітогормонів та вільних аденозин-фосфатів в листках сортів озимої пшениці за дії посухи. Встановлено різно-спрямовані зміни вмісту цитокінінів і ауксинів, а також збільшення кількості АБК залежно від фаз росту й розвитку, напруженості стресу, видових і сортових особливостей рослин (Полевой, 1982; Мусатенко, 1988; Савінський, Григорюк, Ткачов, 1992; Савинский, Григорюк, Ткачев и др., 1993; Косаківська, 1997).
Літературні дані свідчать, що реакцію рослинного організму на дію посухи не коректно оцінювати тільки за вмістом одного фітогормону без врахування внеску інших. Подальші дослідження стримуються саме через відсутність інтегральних методів оцінки фітогормонального балансу, які б одночасно враховували внесок кожного фітогормону в сукупну реакцію рослин на стрес. Тому, одним із етапів нашої роботи було вивчення можливостей застосування методу перцептрона теорії розпізнавання образів для оцінки фітогормонального балансу в листках сортів озимої пшениці різних екотипів за дії посухи (Ткачов, Серга, Гродзінський та ін., 1999).
Баланс ендогенних фітогормонів у листках пшениці оцінювали по розділяючих поверхнях, одержаних методом перцептрона теорії розпізнавання образів (Ту, Гонсалес, 1978).
З’ясовано, що стресова дія посухи викликала збільшення вмісту АБК і істотне зменшення вмісту зеатинрибозиду і ІОК у листках слабостійких сортів та відносну постійність кількості зеатину в листках стійких сортів пшениці (табл.3).
Таблиця 3
Вміст і баланс фітогормонів у листках сортів озимої пшениці різних екотипів за дії посухи (в нг/г сирої маси речовини)
| 
