Кінетика ростових процесів пшениці і кукурудзи в умовах водного та високотемпературного стресів

Шматько И.Г., Жук О.И. Влияние водного дефицита на образовательные ткани растений // Материалы Всес. симп. ”Физиолого-биохимические механизмы регуляции адаптивных реакций растений и агрофитоценозов.” /Кишинев, 11-13 дек.1984 г./- Кишинев: Штиинца, 1984.- С.76-77.

Шматько И.Г., Жук О.И. Значимость отдельных факторов для ростовой реакции корня кукурузы на водный дефицит // Тез. докл. Второго Всесоюз. коорд. совещ. ”Физиолого - биохимические основы продуктивности кукурузы.” /Днепропетровск, 3-5 июля 1984 г. /.- Днепропетровск: Б.и., 1984. - С.5.

Жук О.І. Вплив водного стресу та підвищених температур на меристематичні тканини пшениці та кукурудзи // ІІ з'їзд Укр. т-ва фізіологів рослин / Київ, 4-7 жовтня 1993 р./: Тез. доп.- К.: Б.в., 1993. - Т.1.- С.70.

Шматько І.Г., Жук О.І., Іванова О.П. Вплив підвищеної температури на ростові процеси пшениці при різному забезпеченні азотом // ІІ з'їзд Укр. т-ва фізіологів рослин /Київ, 4-7 жовтня 1993 р./: Тез. доп. - К.: Б.в., 1993. - Т.2. - С.139.

Shmat'ko I.,Grigoryuk I., Shvedova O., Petrenko N, Tkachev V., Zhuk O. Plant genotypic response to water and high-temperature stresses // (Abstracts 10 ^th FESPP Congress ''From Molecular Mechanisms to the Plant: an Integrated Approach''); Plant Physiology and Biochemistry, Florence, Italy, Sept. 9-13, Gauthier-Villars, 1996.- P.255.

Жук О.И., Ткачев В.И., Григорюк И.А. Особенности роста клеток и пролиферация в меристемах растений при водном стрессе // Материалы Междунар.конф. по анатомии и морфологии растений, посвящ. 150-летию со дня рождения И.П.Бородина ( Санкт-Петербург, 2-6 июня 1997 г.)- Санкт-Петербург: Диада, 1997. - С.251.

Григорюк И.А., Шведова О.Е., Петренко Н.И., Ткачев В.И., Жук О.И., Ярошенко Е.А., Михальский Н.Ф., Нижник Т.П., Роик Л.В. Устойчивость растений к водному и высокотемпературному стрессам и способы ее повышения // Регуляция роста, развития и продуктивности растений (Материалы Междунар. научн. конф., Минск, 9-11 ноября, 1999 г.).- Минск: Б.и., 1999. - С.173-174.

Grigoryuk I.P., Zhuk O.I. Division and extension of cells in meristems under water deficit and high temperature // XXXI Annual Meeting (ESNA) 8-12 Sept. 2001. Chania: Book of Abstracts. - Chania, Create, 2001. - P.98.

Григорюк И.А., Жук И.В., Жук О.И. Регуляция ростовых процессов у пшеницы экзогенными цитокининами и ауксинами после теплового шока // Материалы III Междунар. науч. конф. “Регуляция роста, развития и продуктивности растений” (Минск, 8-10 октября 2003 г.). - Минск: ИООО “Право и экономика”, 2003. - С.201.

Анотація

Жук О.І. Кінетика ростових процесів пшениці і кукурудзи в умовах водного та високотемпературного стресів.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук зі спеціальності 03.00.12 - фізіологія рослин. - Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2004

Дисертація присвячена встановленню закономірностей самоорганізації росту клітин поділом і розтягненням у рослин кукурудзи (Zea mays L.) й пшениці (Triticum aestivum L.) за дії посухи та високих температур.

Вперше з'ясовано, що у рослин з односпрямованим типом росту функціонують ефективні механізми саморегуляції проліферації і збільшення розмірів клітин, які за критичних рівнів дефіциту води й високих температур гальмують поділ та розтягнення клітин для підвищення їх стійкості. Встановлено критичні рівні обводнення меристем пшениці і кукурудзи для переходу клітин до розтягнення. Вперше доведено, що лімітуючим чинником для проліферації клітин листкових меристем пшениці і кукурудзи до прориву першим листком колеоптиля є вміст води в меристемі, а для рослин з фотосинтезуючими листками - водний дефіцит листкових пластинок. Водозатримна здатність клітин меристем пагона пшениці до прориву колеоптиля листком корелює з фізіологічною посухостійкістю сорту та життєздатністю рослин після дії посухи. Визначено, що відносний лінійний приріст листків і коренів пшениці й кукурудзи є чутливим інтегральним критерієм для характеристики росту за дії водного стресу та високих температур. Вперше виявлено три типи ростової реакції на водний стрес: спустошення меристеми і припинення росту за сублетальних та летальних значень водного дефіциту, 2 - монотонне відновлення росту за середніх значень водного стресу, 3 - виведення системи з рівноваги без сутєвого пошкодження за слабкого водного стресу.

Встановлено, що високі температури гальмують проліферативні процеси і менше впливають на розтягнення клітин. Кінетика ростових процесів у рослин пшениці і кукурудзи після дії високотемпературного стресу обумовлена тимчасовою або постійною інактивацією проліферативної складової росту клітин. Під час прогріву рослин пшениці за субкритичних високих температур відзначено адаптацію проліферативних процесів і підтримання їх на стабільному рівні протягом певного періоду. Дія критичних температур призводить до зупинки руху клітин по мітотичному циклу і відновлення його в післястресовий період. Виявлено синергічність дії високої температури і синтетичного ауксину 2,4-Д на інтегральний лінійний ріст листків та коренів пшениці. Допосівне замочування насіння у водних розчинах синтетичних ауксинів, цитокінінів, комплексних регуляторів росту зменшує негативну дію дефіциту води і високих температур й сприяє відновленню ростових процесів у пшениці та кукурудзи у післястресовий період.

Ключові слова: ріст клітин, проліферація, розтягнення, посуха, висока температура, синтетичні ауксини, цитокініни, регулятори росту, Zea mays L., Triticum aestivum L.

Аннотация

Жук О.И. Кинетика ростовых процессов пшеницы и кукурузы в условиях водного и высокотемпературного стрессов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.12 - физиология растений. Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев, 2004.

Диссертация посвящена установлению закономерностей самоорганизации роста клеток делением и растяжением у растений кукурузы (Zea mays L.) и пшеницы ( Triticum aestivum L.) при действии засухи и высоких температур.

Впервые установлено, что у растений с однонаправленным типом роста функционируют эффективные механизмы самоорганизации пролиферации и увеличения размеров клеток, которые при критических уровнях дефицита воды и высоких температур ингибируют деление и растяжение, что повышает их устойчивость, обеспечивает выживание в неблагоприятных условиях среды. Установлены критические уровни оводненности меристем для перехода клеток к растяжению. Впервые показано, что лимитирующим фактором для пролиферации клеток листовых меристем пшеницы и кукурузы до прорыва первым листом колеоптиля является содержание воды в меристеме, а для растений с фотосинтезирующими листьями - водный дефицит листовых пластинок. Доказано, что водоудерживающая способность меристем ростка до появления первого листа из колеоптиля коррелирует с физиологической засухоустойчивостью сорта и жизнеспособностью растений после засухи. Экспериментально определено, что относительный линейный прирост листьев и корней пшеницы и кукурузы является чувствительным интегральным критерием для характеристики роста при действии водного стресса и высоких температур. Впервые выявлены три типа ростовой реакции на водный стресс: 1 - опустошение меристемы и прекращение роста при сублетальных и летальных значениях водного дефицита, 2 - монотонное восстановление роста при средних значениях водного стресса, 3 - выведение системы из равновесия без существенного повреждения при слабом водном стрессе.

Найдено, что высокие температуры ингибируют пролиферативные процессы и меньше влияют на растяжение клеток. Кинетика ростовых процессов пшеницы и кукурузы после высокотемпературного стресса обусловлена временной или постоянной инактивацией пролиферативной составляющей роста клеток. Во время прогрева растений пшеницы при субкритических высоких температурах отмечена адаптация пролиферативных процессов и поддержание их на стабильном уровне на протяжении некоторого времени. Действие критических высоких температур приводит к остановке движения клеток по митотическому циклу и восстановлению его в послестрессовый период. Выявлена синергичность действия высокой температуры и синтетического ауксина 2,4-Д на интегральный линейный рост листьев и корней пшеницы и угнетение ростовых процессов в концентрациях, которые оказывают стимулирующее действие при оптимальной температуре. Полимерная форма ауксина ПС-А-6 вызывает стимулирующее антистрессовое действие на растения пшеницы и кукурузы, подвергавшиеся действию высокотемпературного стресса. Показано, что допосевное замачивание семян в водных растворах синтетических ауксинов, цитокининов и комплексных регуляторах роста уменьшает отрицательное влияние засухи и высоких температур, способствует восстановлению ростовых процессов у пшеницы и кукурузы в послестрессовый период. На основании полученных експериментальных результатов разработаны новые и усовершенствованы существующие способы оценки жаро- засухоустойчивости пшеницы на ювенильных стадиях роста и развития.

Ключевые слова: рост клеток, пролиферация, растяжение, засуха, высокие температуры, синтетические ауксины, цитокинины, регуляторы роста, Zea mays L., Triticum aestivum L.

Summary

Zhuck O.I. The kinetics of growth processes of wheat and maize under water and high temperature stresses. - Manuscript.

Thesis for a Doctor's degree of biological sciences by the speciality 03.00.12 - Plant Physiology, Institute of Plant Physiology and Genetics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2004.

The thesis is devouted to ascertain of growth autoregulation through cell division and cell enlargement in plants of maize and wheat under drought and high temperature.

The effective mechanismes of proliferation and cell growth regulation were established in one directed growth plants under water deficit and high temperature. The extreme water meristem levels for cell enlargement were determine. The limited factor for cell leaf meristem proliferation of wheat and maize before the gap of coleoptile by first leaf was the water meristem level. In plants with photosynthesis leaves the limited factor was the water deficit of leaf lamina.

It was derived that the waterkeep ability of wheat shoot meristem before the gap of coleoptile by first leaf correlated with the physiological drought toleration of variety and the plant servive after drought. It was obtained experimentally that the relative linear increment leaves and roots of wheat and maize was a sensitive integrate criterion for growth character under water stress and high temperature. It was derived three types of growth reactions on water stress: 1) the devastation of meristem and growth stop under lethal and sublethal levels of water stress; 2) monotonous growth restore under average levels of water stress; 3) the disturbance of system equilibrium without injury under wheak water stress.

It was established that the high temperature inhibited the proliferative processes and affected on cell enlargement less. The growth kinetic of wheat and maize after high temperature stress caused by provisional and permanent inactivation of proliferation. The wheat plants adapted to heating and maintain the proliferation. The extreme high temperature stoped the cell movement on mitotic cycle and restored it after stress. It was derived the synergetic effect of high temperature and synthetic auxin 2,4-D on the leaf and root growth of wheat. It was established that the soaking of wheat and maize seeds in synthetic auxin and cytokinin, mineral nutrition, complex growth regulators decreased the injurious effect of drought and high temperature and stimulated growth after stress.

Key words: cell growth, cell proliferation, cell enlargement, drought, high temperature, synthetic auxines, cytokinines, growth regulators, Zea mays L., Triticum aestivum L.

Размещено на Allbest.ru