авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Влияние борана физиолого-биохимические показатели сеянцев сосны обыкновенной

На правах рукописи

Дорофеева Ольга Сергеевна

ВЛИЯНИЕ БОРАНА ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ

ПОКАЗАТЕЛИ

СЕЯНЦЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

03.00.12 – «Физиология и биохимия растений»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Санкт-Петербург – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте леса Карельского научного центра РАН Научный доктор биологических наук, руководитель доцент Чернобровкина Надежда Петровна Официальные доктор биологических наук, оппоненты: профессор Медведев Сергей Семенович кандидат биологических наук Алексеева-Попова Наталья Вадимовна Ведущая Петрозаводский государственный организация университет

Защита состоится 20 мая 2009 г. в 14 часов на заседании диссертаци онного совета Д 002.211.02 при Учреждении Российской академии наук Ботаническом институте им. В. Л. Комарова по адресу: 197376, г. Санкт Петербург, ул. Профессора Попова, д. 2.

Тел. (812) 346-37-42, факс (812) 346-36-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ботанического ин ститута им. В. Л. Комарова Российской академии наук Автореферат разослан 10 апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационногосовета, О. С. Юдина кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Обеспечение растений элемента ми минерального питания (ЭМП) является важнейшим и, как правило, ре гулируемым фактором, определяющим рост и развитие растений. В северо западном регионе России, в странах Скандинавии азот и бор являются де фицитными для активного роста растений, в том числе древесных (Wikner, 1983;

Чернобровкина, 2001). Для стимуляции роста растений необходимо дополнительное обеспечение их этими ЭМП, что предполагает понимание механизмов использования их растениями. Закономерности использования азота хвойными растениями на примере сосны обыкновенной представле ны в литературе (Новицкая, Чикина, 1980;

Чернобровкина, 2001). Особен ности использования бора растениями остаются до настоящего времени слабо изученными, несмотря на то, что исследуются уже многие годы.

До настоящего времени основной функцией бора в растениях считается его структурная роль в клеточных стенках (Matoh et al., 1992). Однако рас тет количество данных, свидетельствующих о возможной роли бора в дру гих процессах, таких как участие в функционировании мембран, и других физиолого-биохимических функциях (Camacho–Cristobal et al., 2008). У травянистых растений обеспеченность бором оказывает влияние на про цессы роста, формирование органов и тканей, включая клубнеобразование, на цветение и семеношение (Дроздов, 1956;

Чернавина, 1970;

Школьник, 1970, 1974;

Микроэлементы…, 1976;

Рудакова и др., 1987;

Пузина, 2004). У древесных растений дефицит бора снижает интенсивность поглощения элементов питания, процессов фотосинтеза, роста, семеношения, снижает устойчивость к засухе, уменьшает число микоризных окончаний (Mitchell et al., 1987;

Lehto, 1994;

Brown, Shelp, 1997;

Lehto et al., 2000;

Чернобровки на, 2001;

Mottonen et al., 2001;

Ивонис, Чернобровкина, 2002). Предполага ется участие азотных и липидных соединений в функциональной активно сти бора в растениях (Борщенко, 1970;

Тимашов, 1968;

Dugger, 1983). Ис следование важнейших, определяющих интенсивность роста растений ме таболитов – аминокислот и жирных кислот в органах хвойных растений в связи с обеспеченностью их бором ранее не проводилось.

Исследования, касающиеся роли бора в функциональной активности растений, проведены преимущественно на однодольных и двудольных травянистых растениях. Особенности использования бора хвойными рас тениями, в частности сосной обыкновенной, остаются недостаточно изу ченными. В условиях Северо-Запада России эта древесная порода являет ся широко распространенной и хозяйственно ценной.

Доступность бора для растений зависит от почвенных условий (Wikner, 1983). Ежегодно из почвы лесных питомников с посадочным материалом выносятся ЭМП. В открытом грунте лесных питомников, как правило, практикуется внесение в почву макроэлементов – азота, фосфора и калия.

В результате нарушается баланс ЭМП, почва обедняется микроэлемента ми, особенно важнейшим для жизни растений – бором (Чернобровкина, 2001). Это приводит к необходимости внесения этого элемента в почву лесных питомников при выращивании посадочного материала. В целях ра ционального и эффективного его применения необходимо изучение зако номерностей использования бора сеянцами древесных растений с учетом условий минерального питания. Эти исследования позволяют выявлять пу ти решения существующей в настоящее время проблемы диагностики обеспечения бором древесных растений.

Цель и задачи исследований: Целью исследований было выявить влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на их рост, содержание азотных и липидных соединений в хвое.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1) определить содержание и локализацию бора в органах сеянцев со сны обыкновенной в связи с их обеспеченностью элементами минераль ного питания;

2) исследовать влияние обеспеченности бором сеянцев сосны на их рост и определить уровень микроэлемента в хвое, при котором отмечает ся максимальная интенсивность роста растений;



3) выявить влияние бора на содержание общего, белкового, небелко вого азота и свободных аминокислот в хвое;

4) провести анализ содержания липидов, жирных кислот суммарных липидов в хвое сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от обеспече ния бором растений;

5) исследовать влияние неблагоприятного борного питания на рост се янцев сосны и содержание азотных и липидных соединений в хвое.

Научная новизна. Впервые исследована локализация бора в органах хвойного растения в связи с его физиологическим состоянием и обеспе ченностью ЭМП. Выявлены особенности изменения уровня метаболитов азотного и липидного обменов у сосны обыкновенной на ранних этапах онтогенеза в зависимости от обеспеченности бором. По результатам ис следования ростовой активности сеянцев сосны, содержания азотных и липидных соединений в хвое определены особенности ответной реакции хвойного растения на оптимальный, дефицитный и токсичный уровни обеспеченности бором.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научных мероприятиях: на международной молодежной конфе ренции (Архангельск, июнь 2003), V съезде общества физиологов растений России (Пенза, сентябрь 2003), международной конферен ции: “Физиологические и молекулярно-генетические аспекты сохра нения биоразнообразия”, Годичном собрании общества физиологов растений России (Вологда, сентябрь 2005), конференции: “Структур но-функциональные особенности биосистем Севера (особи, популя ции, сообщества)” (Петрозаводск, сентябрь 2005), международной конференции: “Современная физиология растений: от молекул до экосистем” (Сыктывкар, июнь 2007).

Научные публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, 2 из них – в рецензируемых журналах.

Личный вклад автора: Автором выполнены основные работы по сбору, химическому анализу азотных и липидных соединений в хвое, об работке материала, проведен математический анализ, систематизация и интерпретация экспериментальных данных. Все работы по полевым, хи мическим исследованиям выполнены лично автором или при его непо средственном участии.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения, выводов и списка литературы, включающего 231 на именование (в том числе 78 – на иностранных языках). Работа изложена на 144 страницах основного текста, включает 9 таблиц и 11 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования Объект исследования – двулетние сеянцы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) Исследования проводили в условиях южной части Карелии на базе лесопитомнического комплекса “Вилга” Петрозавод ского лесхоза. На этой территории распространены подзолы и сильно подзолистые почвы, которые принадлежат к грубым по механическому составу и бедным по содержанию ЭМП почвам (Чернобровкина, 2001).

Супесчаные почвы питомника характеризовались оптимальной для рос та сеянцев хвойных растений кислотностью – pH 5.2, для интенсивного роста сеянцев сосны эти почвы бедны ЭМП. Содержание азота состави ло 0.12% от сухой почвы, фосфора – 0.12, калия – 0.04, кальция – 0.27, бора – 0.0007, меди – 0.003, марганца – 0.016, цинка – 0.002, кобальта – 3 10-4 и молибдена – 1 10-5 % от сухой почвы. Исследовали влияние вне сения различных доз борной кислоты в почву на рост сеянцев и содер жание азотных и липидных соединений в хвое при выращивании расте ний в естественных условиях лесного питомника (без внесения ЭМП).





Этот фон минерального питания принимали за низкий на основании ра нее проведенных исследований (Чернобровкина, 2001). Также изучали влияние различной обеспеченности бором сеянцев на их рост на фоне оптимального уровня содержания ЭМП в почве. Условия оптимального фона минерального питания для роста сеянцев были выявлены ранее (Чернобровкина, 2001).

Схемы экспериментов. В мае было заложено 8 вариантов опыта. Для каждого варианта выбран изолированный участок площадью 1.5 м2 в 3-х повторностях. Варианты опыта отличались дозой вносимого в почву бора и общим фоном минерального питания. В первую половину вегетационного периода (5.06, 24.06, 15.07) вносили бор в виде борной кислоты в семи до зах – 0.1, 0.3, 1, 3, 10, 30, 100 кг га-1. Для создания оптимального фона ми нерального питания трижды за период вегетации в почву вносили аммиач ную селитру (180 кг га-1), суперфосфат двойной (200 кг га-1), калий серно кислый (140 кг га-1), сульфаты марганца (7 кг га-1), цинка (4 кг га-1), меди (2.5 кг га-1), нитрат кобальта (2.1 кг га-1), молибденовокислый аммоний (5.7 кг га-1). Контролем для 7 вариантов опыта служили соответствующие по уровню питания участки, в почву которых не вносили бор. В течение ве гетационного периода поддерживали оптимальный уровень кислотности почвы (pH 5.0), проводили рыхление и полив. Спустя неделю (22.07.) после проведения последней подкормки сеянцы естественного (низкого) фона минерального питания отбирали для анализа азотных и липидных соедине ний в хвое. Хвою фиксировали с использованием лиофильной сушилки и размалывали на электрической мельнице. У сеянцев, выращиваемых на двух фонах минерального питания, в июле (22.07) и октябре (15.10) опре деляли сухую массу и содержание бора в органах.

Методы исследований В почве азот определяли с помощью общепринятого метода Кьельдаля, фосфор – фотоколориметрическим методом на спектро фотометре КФК-3, калий – пламенно-фотометрическим методом (Аринушкина, 1970). Анализ остальных ЭМП проводили с помощью атомно-абсорбционного метода на спектрофотометре ASC- (“Shimadzu”, Япония) (Козлов, Кистерная, 2001). Для определения сухой массы сеянцев использовали в каждом варианте эксперимента по 100 растений. Содержание бора в сеянцах и почве определяли на спектрофотометре КФК-3 с применением реактива азометина произ водства Германии (Иготти, 2002). Общий и белковый азот в хвое оп ределяли фотоэлектроколориметрически по общепринятой методике мокрого озоления в H2 SO4 и H2 O2 с нейтрализацией 30%-ным раство ром NaOH и добавлением реактива Несслера (Щетинина, Бутенко, 1957). Извлечение аминокислот из тканей осуществляли по методу Плешкова (Плешков, 1976).

Аминокислотный состав хвои определяли с помощью автоматиче ского аминокислотного анализатора ААА-339. Перед введением в ана лизатор упаренный экстракт растворяли в цитрат-литиевом буфере (pH 2.2). Идентифицировали аминокислоты по времени удерживания аминокислоты на сорбенте. Перед анализом проводили калибровку прибора путем разделения стандартной смеси аминокислот, содержа щей по 2,5 мкл каждой из них в 1 мл стандартного раствора. Для каж дой из аминокислот рассчитывали среднюю (из трех измерений) пло щадь регистрируемого сигнала, приходящуюся на 1 нм, и получали константы для количественной оценки содержания аминокислот в опытных образцах. Общее содержание аминокислот высчитывали суммированием.

Суммарные липиды (СЛ) экстрагировали по методу Folch с соавто рами (Folch et al., 1957). Жирные кислоты (ЖК) превращали в их ме тиловые эфиры переэтерификацией липидов метанолом в присутствии ацетилхлорида и разделяли на газо-жидкостном хроматографе «Chrom-5» с пламенно-ионизационным детектором. Идентификацию жирных кислот осуществляли путем сравнения с заведомыми образца ми их метиловых эфиров, а также сопоставлением эквивалентной дли ны цепи эфиров с табличными данными (Jamieson, 1975). Концентра ции индивидуальных жирных кислот рассчитывали как произведение высоты пиков эфиров на хроматограммах на время удерживания (Сто ляров, Савинов, 1978). Для оценки ненасыщенности ЖК в липидах ис пользовали индекс ненасыщенности ИН= P j n/100, где P j – содержа ние ненасыщенных жирных кислот (% от суммы), n – количество двойных связей в каждой кислоте.

Обработка экспериментальных данных: Использовали стандартные методики, основанные на офисных программах Microsoft Excel 2000. По лученные данные выражали в виде средней арифметической и стандарт ной ошибки. Достоверность различий между контролем и опытом оцени вали по критерию Стьюдента при доверительном уровне р1=95%. Коли чество независимых биологических повторностей – 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на их рост в различных условиях минерального питания Содержание бора в органах сеянцев сосны В условиях лесного питомника при естественном содержании бо ра в почве 0.0007% от сухой массы (контроль) уровень его содержа ния у сеянцев сосны обыкновенной второго года жизни в расчете на единицу сухого вещества практически не различался по фенофазам (период роста и после его окончания), а также по органам растения и составлял в хвое до 14 мг кг -1 сухого вещества, стеблях – до 15.1, корнях – до 12, – почках – до 12 мг кг-1 сухого вещества (рис. 1). В зависимости от наличия бора в почве и от условий минерального пи тания сеянцев содержание бора в их органах варьировало в широком диапазоне – от 6 ± 0.5 до 664 ± 53.1 мг кг -1 сухого вещества. В расче те на орган растения большая часть бора локализовалась в хвое кон трольных растений и растений всех вариантов эксперимента – до 91% бора, содержащегося в растении. Значительно меньше содержа лось бора в стеблях – до 40 %, в корнях – до 38, в почках – до 3% об щего содержания в растении. При различных условиях минерального питания содержание бора в хвое наиболее показательно свидетельст вовало об изменении борного обеспечения сеянцев. Это дает основа ние использовать хвою для отработки способов диагностики обеспе ченности бором хвойного растения.

Влияние бора на рост сеянцев сосны В октябре сухая масса сеянцев сосны в контроле повышалась в усло виях оптимального фона минерального питания по сравнению с низким на 155% (рис. 2). В условиях низкого и оптимального фонов минерально го питания внесение бора в почву повышало массу сеянцев соответствен но на 29 и 57% по сравнению с контролем. На низком фоне минерального питания доза борной кислоты, максимально стимулирующая рост расте ний, была 1 кг га-1, на оптимальном фоне – 10 кг га-1.

При использовании максимально стимулирующей рост сеянцев до зы борной кислоты в условиях низкого фона минерального питания содержание бора в хвое в июле составляло 47 мг кг-1 сухого вещества.

Однако дальнейшее накопление бора в органах сеянцев этого варианта приводило к тому, что к осеннему периоду его содержание в хвое дос тигало уровня 131 мг кг-1 сухого вещества, при котором не отмечалась стимуляции роста растений по сравнению с контролем. При более низкой дозе внесения борной кислоты в почву (1 кг га-1) к осеннему периоду содержание бора в хвое составляло 115 мг кг-1 сухого вещест ва и при этом отмечалась максимальная стимуляция роста растений.

Таким образом, в октябре в вариантах низкого фона минерального пи тания не отмечалось больших различий в содержании бора в хвое се янцев с различной массой. В литературе имеются указания на то, что бор положительно влияет на рост растений в узком диапазоне уровня его в органах растений, и оптимальная концентрация бора в растениях близка к токсичной (Berger, 1949).

Рис. 1. Содержание бора в органах 2-летних сеянцев сосны обыкновенной в зависимо сти от внесения в почву бора в различных дозах на двух фонах минерального питания.

1 – низкий фон минерального питания;

2 – оптимальный;

а - хвоя;

б- стебли;

в - корни, 0 0,1 1 3 10 30 0 0,1 1 3 10 30 -, Рис. 2. Масса 2-летних сеянцев сосны обыкновенной в зависимости от внесения в почву бора в различных дозах на двух фонах минерального питания. Октябрь.

а – низкий фон минерального питания;

б – оптимальный;

1 – почки;

2 – хвоя;

3 – стебли;

4 – корни Содержание бора в органах сеянцев, при котором отмечалась максимальная интенсивность роста растений, на разных фонах минерального питания было различно. В связи с этим этот показатель не может быть использован для диагно стики обеспеченности сеянцев хвойных растений бором. Так, на низком фоне минерального питания у сеянцев с наибольшей массой содержание бора в хвое в июле и октябре составляло соответственно 47 и 115 мг кг-1 сухого вещества, а на оптимальном – соответственно 73 и 32 мг кг-1 сухого вещества. Следовательно, при использовании максимально стимулирующих рост растений доз борной ки слоты в условиях низкого фона минерального питания при переходе от летнего к осеннему периоду происходило повышение уровня содержания бора в хвое в расчете на единицу сухого вещества, а в условиях оптимального фона минераль ного питания, напротив, его снижение. Это объясняется “эффектом разбавле ния” в результате интенсивного роста растений при высоком обеспечении их ЭМП. В расчете на одно растение содержание бора в хвое к октябрю увеличива лось как у сеянцев низкого, так и оптимального фонов минерального питания (табл. 1). Повышение уровня обеспеченности сеянцев ЭМП снижало содержа ние бора в органах, стимулировало закрепление бора корнями и ингибировало – хвоей к осеннему периоду. На двух фонах минерального питания дозы борной кислоты в 30 и 100 кг га-1 оказались токсичными для сеянцев сосны – хвоя окра шивалась в желто-бурый цвет. Токсичное влияние высоких доз бора на рост се янцев сосны более значительно проявлялось в условиях низкого фона минераль ного питания по сравнению с оптимальным.

Таблица Содержание бора в органах сеянцев сосны обыкновенной в связи с их обеспеченностью бором в различных условиях минерального питания, мг.

Октябрь Доза борной кислоты, Почки Хвоя Стебли Корни Сеянец кг га- 0 0.2±0.01 * 6.0±0.5 5.0±0.4 1.6±0.1 12.6±1. 0.5±0.04 ** 16.2±1.3 6.3±0.5 4.4±0.4 26.9±2. 0.1 0.3±0.03 8.4±0.7 3.1±0.2 2.0±0.2 13.5±1. 0.6±0.05 14.1±1.1 6.2±0.5 7.0±0.6 27.3±2. 0.3 0.3±0.02 8.3±0.7 3.5±0.3 2.0±0.1 13.8±1. 0.6±0.05 12.9±0.9 6.5±0.5 6.1±0.5 25.5±2. 1 0.6±0.05 63.0±5.8 4.0±0.3 3.6±0.3 70.6±6. 0.8±0.06 21.5±1.8 7.1±0.6 6.9±0.6 35.5±2. 3 0.5±0.04 56.4±4.9 5.4±0.4 3.2±0.2 65.0±5. 1.7±0.2 47.3±3.8 9.6±0.7 8.3±0.7 65.2±5. 10 0.6±0.05 84.6±8.3 10.8±0.9 6.0±0.5 95.4±8. 1.7±0.1 57.2±5.0 28.2±2.5 51.5±4.8 136.9±12. 30 0.6±0.05 173.4±15.4 8.6±0.7 4.2±0.3 186.2±16. 1.5±0.1 80.9±7.9 23.2±1.9 31.3±3.0 135.4±12. 100 1.2±0.1 118.4±10.6 8.0±0.6 3.2±0.3 129.6±11. 2.5±0.2 147.2±13.4 37.7±3.2 32.1±2.8 217.0±20. *В условиях низкого фона минерального питания ** В условиях оптимального фона минерального питания Содержание азота и свободных аминокислот в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором При оптимизации борного обеспечения сеянцев сосны происходило повышение содержания общего, белкового, небелкового азота в хвое со ответственно в 1.2, 1.17 и 2.0 раза (табл. 2). При недостатке бора у расте ний отмечалось снижение содержания белка, повышение количества не белкового азота, накопление аммиачного азота (Schropp, Arenz 1938;

Бор щенко, 1970;

Школьник, 1970, 1974;

Dugger 1983). В контроле (без внесе ния бора в почву) сумма свободных аминокислот в хвое составила 818 ± 76 мкг г-1 сухого вещества. В составе свободных аминокислот хвои опре делены 20 аминокислот (рис. 3). В наибольшем количестве содержались глутаминовая кислота (15% от суммы аминокислот) и аргинин (12%) (табл. 3). Аминокислоты хвои сеянцев сосны в июле, в период активного роста, были представлены характерными для хвойных растений амино кислотами, особенностью которых является высокое содержание глута миновой кислоты и аргинина (Чернобровкина, 2001).

Таблица Содержание различных форм азота в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором Доза борной кислоты, г м- 0 0,1 Содержание общего азота в хвое, 1,8 ± 0,15 2,2 ± 0,19 1,6 ± 0, % от сухого вещества Содержание белкового азота в 1,7 ± 0,1 2 ± 0,2 1,5 ± 0, хвое, % от сухого вещества Содержание небелкового азота в 0,1 ± 0,01 0,2 ± 0,02 0,1 ± 0, хвое, % от сухого вещества При оптимизации борного питания сеянцев сосны содержание суммы и большинства аминокислот в хвое увеличивалось. Вероятно, происходи ла интенсификация их синтеза, поскольку содержание белкового азота повышалось. Отмечалась тенденция к снижению содержания пролина, лейцина и орнитина, а уровень лизина, фенилаланина, глицина и гистиди на при этом снижался. Снижение уровня аминокислот в хвое, по-видимо му, связано со стимуляцией бором включения их в состав азотсодержа щих соединений. Можно предположить, что бор стимулировал включе ние фенилаланина в фенольные соединения, поскольку эта аминокислота является предшественником при биосинтезе фенолов растений (Neish, 1964), и при оптимизации борного питания сеянцев сосны отмечалось по вышение уровня фенольных соединений в хвое, а также устойчивости растений к фацидиозу (Ялынская, Чернобровкина, 2008).

,% Рис. 3. Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на содержа ние аминокислот в хвое Таблица Содержание свободных аминокислот в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором (мкг г-1 сухого вещества) Содержание бора в хвое, мг кг-1 сухого вещества Аминокислота 18,3 36,4 152, (Glu) глутаминовая 125 ± 11 203 ± 18 107 ± кислота ( Arg) аргинин 103 ± 9 128 ± 11 27 ± (Lys ) лизин 64 ± 6 40 ± 4 20 ± (OH-Lys) ОН - лизин 56 ± 5 77 ± 7 53 ± (Ala ) аланин 54 ± 5 87 ± 8 42 ± ( Phe) фенилаланин 51 ± 4 26±2 24 ± (Asp) аспарагиновая 50 ± 4 89 ± 8 59 ± кислота (Pro) пролин 49 ± 4 47 ± 4 41 ± (Leu) лейцин 47 ± 4 44 ± 4 20 ± (Ser) серин 40 ± 3 53 ± 5 48 ± (Glу) глицин 34 ± 3 23 ± 2 28 ± (His) гистидин 33 ± 3 25 ± 2 17 ± (Val) валин 31 ± 3 44 ± 4 18 ± ( Thr) треонин 23 ± 2 37 ± 4 23 ± (Ile ) изолейцин 19 ± 2 26 ± 2 8 ± 0, (Cys) цистин 11 ± 1 6 ± 0,5 19 ± (EA) этаноламин 11 ± 1 15 ± 1 6 ± 0, (Tyr) тирозин 9±1 10 ± 1 9± ( Orn) орнитин 7 ± 0,6 7 ± 0,6 5 ± 0, (Met) метионин 1 ± 0,1 7 ± 0,6 5 ± 0, Сумма 818 994 При токсичной дозе борной кислоты отмечалось снижение уровня ис следуемых форм азотных соединений в хвое. При этом сумма свободных аминокислот в хвое сеянцев снижалась в 1,41 раза по сравнению с вари антом низкого обеспечения бором растений и в 1,71 раза по сравнению с вариантом оптимального борного обеспечения. При токсичной дозе бор ной кислоты по сравнению с вариантом оптимального обеспечения бо ром сеянцев отмечалось снижение содержания свободных аминокислот в хвое за исключением цистеина. Поскольку отмечалось понижение содер жания исследуемых форм азота и большинства свободных аминокислот можно предположить, что происходила активация распада аминокислот в хвое и снижение интенсивности их синтеза. Исключением оказался цис теин, уровень которого повышался. Известно, что цистеин входит в со став лигандов – фитохелатинов и металлотионеинов, участвующих в де токсикации тяжелых металлов в результате образования с ними хелатов (Clemens et al., 2002;

Haydon, Cobbett, 2007). Цистеин составляет 30% от входящих в состав металлотионеинов аминокислот (Hamer, 1986;

Robin son et al., 1993). Механизм действия отмеченных лигандов заключается в связывании тяжелых металлов сульфгидрильными группами цистеина (Grill et al., 1985;

Zenk, 1996). Наряду с различными способами детокси кации тяжелых металлов растениями (Титов и др., 2007), связывание ме таллов фитохелатинами является наиболее важным не специфичным ме ханизмом их детоксикации (Серегин, 2001;

Clemens, Simm, 2003). Наши данные позволяют предположить, что накопление цистеина в хвое при высокой концентрации бора в сеянцах сосны является адаптивной реак цией хвойного растения на токсичное влияние бора.

Влияние обеспеченности бором на жирнокислотный состав сум марных липидов хвои сеянцев сосны обыкновенной Состав жирных кислот суммарных липидов хвои контрольных сеянцев со сны обыкновенной. В составе суммарных липидов хвои было обнаружено видов жирных кислот, которые в зависимости от степени ненасыщенности представляли собой моно-, ди-, три- и тетраеновые жирные кислоты. В наи большем количестве была представлена линоленовая кислота (С 18: 3), которая составляла 48.5% от суммы жирных кислот хвои. Уровни линолевой (С18:2) и пальмитиновой (С16:0) кислот имели близкие значения и составляли соответст венно 16.9 и 16.7 % от суммы жирных кислот хвои. Остальные жирные кисло ты содержались в значительно меньшем количестве. В суммарных липидах присутствовали восемь жирных кислот с короткой углеродной цепью (С10 – С14) В составе ненасыщенных жирных кислот преобладали триеновые, содер жание которых составляло 51.8 % от суммы жирных кислот. Содержание дие новых и моноеновых жирных кислот в суммарных липидах хвои было ниже – 21.4 и 7.6 % от суммы жирных кислот, соответственно.

Состав жирных кислот суммарных липидов хвои сеянцев сосны при оптимальной обеспеченности бором Дополнительное обеспечение бором растений способствовало снижению содержания липидных соединений в хвое (до 54 ± 4 мкг г-1 сухого вещества, при 156 ± 13 мкг г-1 – в контроле). Одной из причин последнего могло быть стимулирование бором использования липидов при изменении активности ростовых процессов. Внесение под сеянцы первых трех доз борной кислоты способствовало повышению в хвое уровня насыщенных ЖК при соответст вующем понижении уровня ненасыщенных ЖК и индекса ненасыщенности жирных кислот (ИН ЖК) (рис. 4). Повышение содержания суммы насыщен ных ЖК было обусловлено преимущественно повышением уровня пальми тиновой (С16:0) кислоты. Снижение доли ненасыщенных ЖК было обуслов лено снижением содержания триеновых ЖК – преимущественно линолено вой (С18: 3) и гексадекатриеновой (С14:3) (рис. 5, 6). Содержание моноеновых и диеновых ЖК в хвое увеличивалось. Стимулирующие рост сеянцев дозы бо ра снижали содержание короткоцепочечных ЖК в хвое, что, возможно, было связано с включением их в синтез других ЖК (рис. 6). Закономерности изме ния уровня ЭМП в липидном обмене растений в связи с интенсивностью роста остаются недостаточно изученными (Жила и др., 2005).

Рис. 4. Содержание насыщенных и индекс ненасыщенности ЖК суммарных ли пидов хвои сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором. Со держание ЖК хвои в % от суммы ЖК. lg С - логарифмическая шкала концентра ций бора (С) в хвое, мг кг-1 сухого вещества Рис. 5. Содержание суммы моноеновых, диеновых, и триеновых ЖК в хвое сеян цев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором.

lg C – логарифмическая шкала концентрации бора (С) в хвое, мг кг-1 сухого вещества 1 Рис. 6. Содержание триеновых и низкомолекулярных ЖК в хвое сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором.

lg C – логарифмическая шкала концентрации бора (С) в хвое, мг кг-1 сухого вещества Состав ЖК липидов хвои сеянцев сосны при неблагоприятном борном обеспечении. У сеянцев, растущих в условиях дефицита и из бытка бора, происходило увеличение ИН ЖК в основном в результа те повышения суммы триеновых ЖК – линоленовой и гексадекатрие новой. При этом отмечалось также повышение содержания низкомо лекулярных ЖК (С 12:1, С 12:2, С 12:3). У деревьев сосны накопление ко роткоцепочечных ЖК в нейтральных липидах хвои происходило в период адаптации сосны к морозу (Родионов, Ильинова, 1983). Ана логичные данные были получены при исследовании ЖК фосфолипи дов меристематических тканей почек лиственницы сибирской (Алау динова и др., 2000). Поскольку длина углеродной цепи ЖК влияет на температуру ее плавления, то низкомолекулярные ЖК, как и высоко ненасыщенные, могли способствовать поддержанию жидкой конси стенции липидов и таким образом влиять на морозоустойчивость растений. По нашим и литературным данным можно предположить, что повышение уровня ненасыщенных и короткоцепочечных ЖК у растений является механизмом адаптации их к широкому спектру не благоприятных условий существования. Согласно общепринятой мембранной теории стресса («теории мембранного гомеостаза») из менения жирнокислотного состава полярных липидов мембран при стрессе приводят к изменению их текучести, к сдвигам в мембран ной структуре клеток и в итоге к торможению накопления биомассы (Mazliak, 1989).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Выявлены особенности использования бора в функциональной активности хвойного древесного растения на примере Pinus sylvestris L. Оптимизация борного питания сеянцев сосны обыкновенной по вышает уровень показателей азотного обмена в хвое – общего, бел кового, небелкового азота, суммы свободных аминокислот, повыша ет содержание насыщенных жирных кислот в хвое преимущественно за счет пальмитиновой кислоты. При этом происходит более интен сивная утилизация липидных соединений в хвое. Отмеченные изме нения физиолого-биохимических показателей хвойных растений приводят к интенсификации их роста. При неблагоприятных услови ях борного питания сеянцев происходит снижение содержания обще го, белкового, небелкового азота, суммы свободных аминокислот в хвое, повышение уровня ненасыщенных и низкомолекулярных жир ных кислот в хвое, что, наряду с повышением содержания в хвое цистеина, приводит к снижению интенсивности роста растений.

ВЫВОДЫ 1. Содержание бора в органах сеянцев сосны обыкновенной может варьировать в широком диапазоне (6 – 664 мг кг-1 сухого вещества). Боль шая часть бора локализуется в хвое, где его содержание изменяется под воздействием обеспеченности бором растений в наибольшей степени по сравнению с другими органами.

2. Бор оказывает стимулирующее влияние на рост сеянцев сосны при узком диапазоне содержания его в органах растений, которое зависит от фона минерального питания и составляет до 50 мг кг-1 и до 80 мг кг-1 су хого вещества на низком и оптимальном фонах минерального питания соответственно.

3. Оптимизация борного питания сеянцев сосны обыкновенной повышает содержание в хвое общего, белкового, небелкового азота и суммы свобод ных аминокислот в результате повышения уровня большинства аминокис лот, при этом содержание пролина, лейцина и орнитина достоверно не изме няется, а лизина, фенилаланина, глицина и гистидина – снижается.

4. При дополнительном обеспечении бором сеянцев сосны обыкновен ной, дефицитных по данному микроэлементу, содержание липидов в хвое понижается, что свидетельствует об интенсификации их утилизации, при этом уровень насыщенных ЖК СЛ повышается преимущественно за счет пальмитиновой при соответствующем снижении уровня ненасыщенных ЖК и ИН ЖК за счет триеновых – линоленовой и гексадекатриеновой. Со держание моноеновых и диеновых ЖК в хвое увеличивается.

5. При неблагоприятных условиях борного питания сеянцев сосны обыкновенной происходит снижение содержания общего, белкового, не белкового азота, большинства свободных аминокислот в хвое, повыше ние уровня цистеина, ненасыщенных и низкомолекулярных жирных ки слот липидов, изменение цветности хвои, в результате чего происходит ингибирование роста растений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Дорофеева О.С., Чернобровкина Н.П., Ильинова М.К., Канючкова Г.К., Ро бонен Е.В. Влияние обеспечения бором на состав жирных кислот суммарных ли пидов хвои сеянцев Pinus sylvestris L в зависимости от условий минерального пи тания // Тезисы докл. междунар. молодежной конф. Архангельск, 17-19 июня 2003 г. С. 101.

2. Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Ильинова М.К., Иготти С.А., Дорофее ва О.С., Шенгелиа И.Д. Влияние обеспечения бором на рост, развитие, содержа ние бора и эфирных масел у сеянцев Pinus sylvestris L. в различных условиях ми нерального питания // Тезисы докл. ХI делегатского съезда русского ботан. об-ва.

г. Барнаул, 17-27 августа 2003 г. С. 249.

3. Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Ильинова М.К., Канючкова Г.К., Чине нова Л.А., Шенгелиа И.Д., Дорофеева О. Влияние обеспечения бором на содержа ние углеводов, жирных кислот суммарных липидов и эфирных масел в хвое сеян цев Pinus sylvestris L. // Тезисы докл. V съезда об-ва физиологов растений России, г. Пенза, 15-21 сентября 2003 г. С. 167.

4. Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Иготти С.А., Дорофеева О.С., Шенге лиа И.Д. Особенности использования азота и бора сосной обыкновенной // Тезисы докл. междунар. конф.: “Физиологические и молекулярно-генетические аспекты сохранения биоразнообразия”. Годичное собрание об-ва физиологов Росси. Воло гда, 19-23 сентября 2005 г. С.183.

5. Икконен Е.Н., Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Иготти С.А., Доро феева О.С., Шенгелиа И.Д. Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на их биомассу // Материалы конф.: “Структурно-функцио нальные особенности биосистем Севера (особи, популяции, сообщества)”, 26 30 сентября 2005 года. Петрозаводск. С. 199–202.

6. Икконен Е.Н., Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Иготти С.А., Дорофеева О.С., Шенгелиа И.Д. Влияние обеспеченности бором сеянцев сосны обыкновенной на соотно шение массы их органов // Материалы конф.: “Структурно-функциональные особенно сти биосистем Севера (особи, популяции, сообщества)”. 26-30 сентября 2005 года. Пет розаводск. С. 145–147.

7. Холопцева Е.С., Чернобровкина Н.П., Дорофеева О.С. Влияние обеспечен ности азотом и бором сеянцев сосны обыкновенной на поглощение растениями элементов минерального питания // Материалы конф.: “Структурно-функцио нальные особенности биосистем Севера (особи, популяции, сообщества)”, 26- сентября 2005 года. Петрозаводск. С. 191–194.

8. Чернобровкина Н.П., Робонен Е.В., Иготти С.А., Дорофеева О.С., Шенге лиа И Д. Влияние обеспеченности бором на рост сеянцев сосны обыкновенной // Лесоведение. 2007. № 4. С. 69–76.

9. Чернобровкина Н.П.,Дорофеева О.С., Ильинова М.К., Робонен Е.В., Ялын ская Е.Е. Жирнокислотный состав суммарных липидов хвои сеянцев сосны обык новенной в связи с обеспеченностью бором // Материалы докл. междунар. конф.:

“Современная физиология растений: от молекул до экосистем”. Сыктывкар, 18- июня 2007 г. С. 439–441.

10. Чернобровкина Н.П., Дорофеева О.С., Ильинова М.К., Робонен Е.В., Вере щагин А.Г. Жирнокислотный состав суммарных липидов хвои сеянцев сосны обыкновенной в связи с обеспеченностью бором // Физиология растений. 2008.

Т. 55. № 3. С. 404–411.

Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Times».

Уч.-изд. л. 1,0. Усл. печ. л. 1,2. Подписано в печать 07.04.09.

Тираж 100 экз. Изд. № 18. Заказ № 783.

Карельский научный центр РАН Редакционно-издательский отдел 185003, Петрозаводск, пр. А. Невского,

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.