Роль ендогенних регуляторних систем в посухостійкості пшениці

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

УДК 581.1:633.111.1:58.032.3

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

РОЛЬ ЕНДОГЕННИХ РЕГУЛЯТОРНИХ СИСТЕМ В ПОСУХОСТІЙКОСТІ ПШЕНИЦІ

03.00.12 - фізіологія рослин

ЖУК ІРИНА ВІКТОРІВНА

Київ-2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі фізіології та екології рослин Навчально-наукового центру «Інститут біології» Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник:доктор біологічних наук, професор, академік НААН України, Мусієнко Микола Миколайович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор ННЦ «Інститут біології».

Офіційні опоненти:доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Кірізій Дмитро Анатолійович, Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, старший науковий співробітник відділу фізіології та екології фотосинтезу;

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник Міщенко Лідія Трохимівна, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, провідний науковий співробітник ННЦ «Інститут біології».

Захист відбудеться «_28__» _листопада_2011 року о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, просп. Академіка Глушкова, 2, корпус 12, ННЦ «Інститут біології», ауд. 434.

Поштова адреса: 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 64, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, ННЦ «Інститут біології», спеціалізована вчена рада Д 26.001.24.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці ім.. М. Максимовича Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, вул. Володимирська, 58

Автореферат розісланий «_24__»__жовтня_______2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої радиТ.Р. Андрійчук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження. Глобальне потепління клімату супроводжується підвищенням температури і зміною кількості та характеру розподілу опадів [Gerten D., Schopoff S., Luch W., 2007]. Території з посушливим кліматом, за різними оцінками, займають від 35 до 45% суходолу, тому посуху відносять до вагомих чинників у функціонуванні агро- та екосистем [Пьянков В.И., Мокроносов А.Т., 1993]. Часті та інтенсивні посухи стали характерними для помірних широт, що підвищує ризики землеробства, зменшує продуктивність головних продовольчих культур. Дослідження фізіологічних процесів у рослин за дефіциту води та високих температур середовища залишається актуальною проблемою у світі та в Україні, що дозволяє розробити методи зменшення негативної дії цих абіотичних чинників [Моргун В.В., Шадчина Т. М., Кірізій Д.А., 2006, Моргун В.В., Швартау В.В., Кірізій Д.А., 2008]. Значне місце у харчовому раціоні людства належить пшениці [Моргун В.В., Швартау В.В., Киризий Д.А., 2010]. Посуха постійно зменшує її продуктивність на площі понад 40 млн га у малорозвинених країнах і близько 25 млн га - у розвинених [Olivares-Villegas J.J., Reynolds M.P., McDonald G.K., 2007]. Стійкість пшениці до дефіциту води та високотемпературного стресу досліджувалась Мусієнком, Таран, Косаківською, Стасиком [Таран Н.Ю., Мусієнко М.М., 2004, Таран Н.Ю., Бацманова Л.М., 2007, Косаківська І.В., 2003, 2007, Стасик О.О., 2007]. Серед зарубіжних дослідників найбільш відомі роботи Ліхтенталера, Чавеса, Даш і Моханті, Додд, Дюпон і Альтенбах, Іноуе з співавторами [Lichtenthaller H.K., 1996, Chaves M.M., 2002, Dash S., Mohanty N., 2001, 2002, Dodd J.C., 2003, 2007, Dupont F.M., Altenbach S.B., 2003, Inoue T. et al., 2004]. Останнім часом особливий інтерес дослідники виявляють до ендогенних регуляторних систем. Зокрема, виявлено сигнальну та регуляторну роль оксиду азоту у рослин, яка розглянута у роботах Блюма, Колупаєва, Тян, Лей, Чжан, Лі та ін. [Красиленко Ю.А., Емец А. И., Блюм Я. Б., 2010, Колупаев Ю.Е., Карпец Ю. В., 2010, Ситар О.В., Таран Н.Ю., 2008, Тян С.Р., Лей Ю.Б., 2007, Чжан Ч., Лі Я.Х., 2008]. Показано, що NO-сигнальна система виконує захисні функції за дії окиснювального стресу, бере участь у регуляції рухів замикальних клітин продихів [Дубовская Л.В. и др. 2003, Кордюм Е.Л. и др. 2003].

Нещодавно продемонстровано значний внесок аквапоринових каналів у водний транспорт рослин у роботах Ханба, Шібасака та інші, Джан, Аскоу та інші, Кальденхоф, Лу, Маурель [Hanba Y.T., Shibasaka M., 2004, Jain N., Ascough G.D., 2008, Kaldenhoff R., 2000, Luu D., Maurel C., 2005]. Однак роль аквапоринів у стійкості пшениці до природної посухи все ще залишається нез'ясованою. Тому вивчення ключових ендогенних регуляторних систем є актуальною біологічною проблемою, яка важлива для формування знань про посухостійкість рослин взагалі та адаптивні можливості сучасних сортів пшениці зокрема.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася у рамках планів наукових досліджень НДЛ «Фізіологічних основ продуктивності рослин» кафедри фізіології та екології рослин Київського національного університету імені Тараса Шевченка, бюджетної програми «Вивчення екологічних особливостей та біоіндикаторних властивостей різних організмів та їх угруповань в умовах трансформованого середовища для розв'язання проблем біобезпеки України» (№ДР 0106U005749), де дисертантка була виконавцем окремих розділів за планом науково-дослідних робіт.

Мета і задачі дослідження. Метою наших досліджень було з'ясування значення ендогенної регуляторної ролі NO-сигнальної системи клітин листків пшениці та аквапоринових водних каналів у формуванні стійкості рослин пшениці за умов дефіциту води в ґрунті та високотемпературного стресу. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

1. Вивчити роль NO-сигнальної системи у регуляції водного статусу рослин пшениці за умов природної посухи.

2. Дослідити значення активності аквапоринів у водному режимі рослин пшениці за умов природної посухи.

3. Вивчити вплив NO та інгібітора аквапоринів HgCl₂ на структуру клітин мезофілу листків пшениці.

4. З'ясувати дію природної посухи та високотемпературного стресу на пігментний комплекс листків пшениці.

5. Дослідити роль NO в регуляції оксидного стресу за активністю антиоксидантної ферментної системи клітин листкового мезофілу пшениці.

6. Визначити вплив NO за умов природної посухи на макроморфогенез та структуру врожаю пшениці.

7. Оцінити вплив інгібування водного транспорту за умов природного гідротермічного режиму на макроморфогенез та структуру врожаю пшениці.

Об'єкт дослідження - ендогенні регуляторні системи рослин пшениці за умов природної посухи і високих температур середовища.

Предмет дослідження - роль ендогенної NO-сигнальної системи та аквапоринових каналів клітин листкового мезофілу пшениці у формуванні стійкості до водного та високотемпературного стресів.

Методи дослідження - морфофізіологічні - інгібіторний аналіз, визначення водного статусу, морфометричних параметрів і продуктивності рослин пшениці; електронної мікроскопії; біохімічні - визначення вмісту пігментів, активності антиоксидантних ферментів - каталази та пероксидази; методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше експериментально продемонстрована регуляторна роль NO-сигнальної системи у рослин озимої та ярої м'якої пшениці (Triticum aestivum L.) за дії високотемпературного стресу та природної посухи. Показано, що підвищення ендогенного вмісту NO у молодих рослин озимої пшениці шляхом додавання донора NO - нітропрусиду натрію - до поживного розчину до дії високотемпературного стресу підвищувало активність антиоксидантних ферментів у слабостійких сортів і зменшувало у стійких. Вперше встановлено, що екзогенна дія донора NO на рослини пшениці у фазі виходу в трубку в природних умовах регулювала водний режим листкового апарату, зменшувала втрати води рослинами за дії природної посухи у фазах цвітіння - формування зерна. На прикладі ярої пшениці сорту Недра вперше продемонстровано, що дія NO спричиняла структурні зміни у хлоропластах клітин листкового мезофілу, що проявилось у збільшенні кількості крохмальних зерен та тилакоїдів гран. Показано, що наслідком дії NO було зростання вмісту хлорофілу та каротиноїдів у прапорцевих листках ярої пшениці. зокрема сортів Скороспілка 95, Недра, Скороспілка 99. Вперше показано, що за умов дії природної посухи, яка спричиняє оксидний стрес, екзогенна дія донору NO у фазі виходу в трубку на рослини ярої та озимої пшениці регулювала активність пероксидаз, що свідчить про антиоксидантну дію NO, який належить до антагоністів Н₂О₂ у клітинах. Відмінності у регуляторній дії NO-сигнальної системи у активності пероксидаз у окремих сортів пшениці обумовлювались за умов природної посухи комплексною дією чинників навколишнього середовища, генетично обумовленою індивідуальною стійкістю кожного сорту, поліфункціональністю пероксидаз та NO в метаболізмі вищих рослин.

Вперше показано, що наслідком регуляторної та антиоксидантної дії NO на клітини листкового мезофілу рослин ярої та озимої пшениці за дії природної посухи були зміни в процесах макроморфогенезу, які проявились у збільшенні висоти рослин, кількості зерен у колосі, маси 1000 зерен, урожаю.

Вперше за умов природної посухи експериментально продемонстровано значення аквапоринових водних каналів для регуляції водного статусу та формування продуктивності рослин ярої та озимої пшениці. Встановлено, що обробка рослин ярої та озимої пшениці інгібіторами аквапоринів у критичній для закладання репродуктивних органів фазі виходу в трубку зменшувала вміст води у прапорцевих листках, які в цей та наступні періоди онтогенезу виконують функцію головних регуляторів транспорту води та водорозчинних фотоасимілятів до атрагуючих центрів - зернівок. Виявлено, що наслідком інгібування симпластної компоненти водного транспорту у критичний період онтогенезу стало зменшення маси 1000 зерен та кількості зернівок у колосі, що спричинило втрати врожаю. Показано, що інгібуюча дія НgСl₂ та AgNO₃ обумовлювалась специфікою сорту та дії інгібітора. НgСl₂ виявив значно вищу специфіку дії на активність аквапоринів водних каналів порівняно до AgNO₃, який одночасно є інгібітором синтезу попередника фітогормону етилену, що модифікує реакцію рослин пшениці на дію посухи.

Практичне значення одержаних результатів. На основі детального аналізу формування продуктивності у рослин ярої та озимої пшениці за умов посухи та дослідження ендогенних регуляторних систем рекомендовано проводити скринінг сучасних високопродуктивних сортів м'якої пшениці на стійкість до дефіциту води і високих температур навколишнього середовища у критичні для закладання і формування репродуктивних органів періоди онтогенезу. На підставі проведених досліджень здійснена оцінка посухостійкості сортів ярої та озимої пшениці лісостепового та степового екотипів за умов дії природної посухи в Київській області. До стійких сортів ярої пшениці віднесено сорти Скороспілка 99, Недра, Дніпрянка, середньостійких - Етюд, Скороспілка 98, Елегія миронівська, слабостійких - Скороспілка 95, Вітка, Миронівська яра. До стійких сортів озимої пшениці віднесено сорти Перлина Лісостепу, Харус, Донська напівкарликова, середньостійких - Смуглянка, Аналог, Артеміда, слабостійких - Епілог, Бенефіс, Поліська 90.

Показано, що в низьких фізіологічних концентраціях NO виконує захисну та антистресову функцію, зменшує негативну дію природної посухи шляхом стабілізації водного статусу і позитивно впливає на продуктивність рослин ярої та озимої пшениці, тому обробка рослин пшениці речовинами, які є донорами NO, може бути використана для підвищення посухостійкості пшениці. Досліджено вплив важких металів - ртуті та срібла - на функціонування систем водного транспорту рослин пшениці, що дозволить оцінити ризики вирощування цієї важливої продовольчої культури на забруднених ґрунтах.

Матеріали дисертації використовуються при викладанні нормативних курсів «Анатомія рослин», «Фізіологія рослин» та спецкурсів «Біохімія рослин»,«Адаптаційний синдром у рослин», «Стійкість рослин» в ННЦ «Інститут біології» Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Особистий внесок здобувача. Полягає у підборі та опрацюванні даних літератури за темою дисертації, плануванні та виконанні експериментів, проведенні статистичної обробки результатів, а також у аналізі та інтерпретації одержаних результатів за участю наукового керівника та співавторів, підготовці публікацій до друку.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення та результати досліджень були представлені на Всеукраїнській науково-практичній конференції до 90-річчя від дня народження проф. О.Ф. Михайлова (Дніпропетровськ, 2005); І Міжнародній конференції студентів та аспірантів «Молодь і поступ біології» (Львів, 2005); V Всеукраїнській науковій конференції студентів та аспірантів «Біологічні дослідження молодих вчених України» (Київ, 2005); І міжнародній конференції молодих учених «Сучасні проблеми екології» (Запоріжжя, 2005); семінарі молодих учених, аспірантів і студентів «Стрес і адаптація рослин: фізіологія, біохімія, генетика» (Харків, 2005); міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Шевченківська весна» (Київ, 2006); ІІ Міжнародній науковій конференції студентів та аспірантів «Молодь та поступ біології» (Львів, 2006); міжвузівській студентській науковій конференції «Сучасні проблеми природничих наук» (Ніжин, 2006); XII з'їзді Українського ботанічного товариства (Одеса, 2006); Міжнародній конференції «Актуальні проблеми ботаніки, екології та біотехнології» (Київ, 2006); VI «Всеукраїнській науковій конференції студентів та аспірантів» (Київ, 2006); міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Шевченківська весна» (Київ, 2007); ІІІ Міжнародній науковій конференції студентів та аспірантів «Молодь та поступ біології» (Львів, 2007); ІІ Всеукраїнській студентській науковій конференції «Сучасні проблеми природничих наук» (Ніжин, 2007); ІІІ Міжнародній конференції молодих вчених «Розмаїття живого. Екологія. Адаптація. Еволюція» до 100-річчя від дня народження М. Ф. Макаревич (Одеса, 2007); Міжнародній конференції «Современная физиология растений: от молекул до экосистем» (Сиктивкар, Росія, 2007); VII Всеукраїнській науковій конференції студентів та аспірантів «Біологічні дослідження молодих учених в Україні» (Київ, 2007); ІІІ Міжнародній конференції, присвяченій 100-річчю заснування кафедри фізіології та екології рослин у Львівському національному університеті імені Івана Франка «Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти» (Львів, 2007); VI Міжнародній науково-практичній конференції «Шевченківська весна» (Київ, 2008); ІV Міжнародній науковій конференції студентів та аспірантів «Молодь та поступ біології» (Львів, 2008); Міжнародній науковій конференції «Регуляція росту і розвитку рослин: фізіолого-біохімічні і генетичні аспекти» (Харків, 2008); І міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Фундаментальні та прикладні дослідження в біології» (Донецьк, 2009); V міжнародній науковій конференції студентів та аспірантів «Молодь та поступ біології» (Львів, 2009); ІV Міжнародній конференції молодих вчених «Біорізноманіття. Екологія. Адаптація. Еволюція.», присвяченій 180-річчю з дня народження видатного фізіолога І. М. Сєченова (Одеса, 2009); IV Міжнародній конференції молодих науковців «Біологія: від молекули до біосфери» (Харків, 2009); VІ Міжнародній науковій конференції «Молодь і поступ біології» (Львів, 2010); Міжнародній конференції молодих учених «Актуальні проблеми ботаніки та екології» (Ялта, 2010); V Міжнародній конференції молодих науковців «Біологія: від молекули до біосфери» (Харків, 2010); VІІ Міжнародній науковій конференції студентів і аспірантів «Молодь і поступ біології» (Львів, 2011); Всеукраїнській науковій конференції «Ботаніка та мікологія: проблеми і перспективи на 2010-2020 роки» (Київ, 2011).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 39 наукових праць, з них - 7 статей у фахових виданнях, затверджених переліком ВАК України, та 32 тез доповідей у матеріалах наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 6 розділів (огляд літератури, опис умов та методів проведення досліджень, результати досліджень та їх обговорення), узагальнення та аналізу результатів, висновків. Список використаної літератури містить 281 джерело. Дисертація викладена на 156 сторінках, ілюстрована 42 рисунками, містить 14 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Узагальнено та проаналізовано відомості про сучасний стан досліджень ендогенних регуляторних та сигнальних систем рослин, формування окиснювального стресу, функціонування антиоксидантних систем за дії посухи і високотемпературного стресу. Висвітлено участь оксиду азоту в реакції рослин на посуху. Проаналізовано результати вивчення регуляції водного режиму рослин, а також участі фотосинтетичного апарату у відповіді рослин на посуху. Розглянуто відомості про вплив посухи і високої температури на ріст і розвиток пшениці.

Для дослідження обрано рослини м'якої ярої та озимої пшениці (Triticum aestivum L.). Сорти озимої пшениці лісостепового екотипу: Поліська 90, Смуглянка, Артеміда, Бенефіс, Епілог, Аналог, Перлина Лісостепу, Київська 8, Київська остиста, Подолянка та степового екотипу - Тітона, Шостипалівка, Одеська 267, Тронка, Авангард, Скала, Херсонська безоста, Харус, Донська напівкарликова, Вдала, Лузанівка одеська, Сирена одеська. Сорти ярої пшениці лісостепового екотипу: Дніпрянка, Етюд, Скороспілка 95, Скороспілка 99, Скороспілка 98, Вітка, Недра, Елегія миронівська, Миронівська яра.

За умов модельних лабораторних дослідів було вивчено дію високотемпературного стресу на активність антиоксидантних ферментів м'якої озимої пшениці - каталази та пероксидаз. У лабораторних дослідах рослини озимої пшениці вирощували в умовах водної культури при температурі +25°С та освітленні 6000 лк. У окремій серії модельних дослідів вивчали регуляторну дію NO. Обробку рослин пшениці водним розчином донора NO (нітропрусид натрію - НПН) у концентрації 0,2 мМ проводили у фазі двох листків, після чого частину рослин продовжували вирощувати за оптимальних умов, інші піддавали дії високотемпературного стресу. Після завершення дії стресу у листках рослин контрольних та дослідних варіантів визначали активність пероксидаз.

Рослини ярої пшениці сортів Вітка, Скороспілка 95, Скороспілка 99, Скороспілка 98, Елегія миронівська, Миронівська яра, Етюд, Дніпрянка, Недра та озимої пшениці сортів Артеміда, Смуглянка, Перлина лісостепу, Харус, Бенефіс, Епілог, Аналог, Донська напівкарликова, Поліська 90 вирощували в умовах польового досліду на ділянках дослідного господарства НАН України «Феофанія». Розмір облікової ділянки 1 м², повторність досліду чотириразова. Грунт дерново-підзолистий. Температура повітря та ґрунту коливалась від +15-20°С в період виходу в трубку та підвищувалась до +40°С у фазах колосіння - цвітіння та формування зернівок, а вологість ґрунту - 65-70%, але у фазах цвітіння - формування зерна зменшувалась до 20-30% від повної вологоємності ґрунту.

В умовах польових дослідів вивчали регуляторну роль NO та інгібіторів аквапоринового водного транспорту. Рослини дослідних варіантів обробляли 0,5 мМ водними розчинами донора NO НПН, НgCl₂ (інгібітор 1) та AgNO₃ (інгібітор 2) шляхом обприскування листків у фазі виходу в трубку. Після обробки рослин у всіх варіантах дослідів у листках визначали вміст води, сухої маси, активність пероксидаз. Під час формування зерна визначали наростання його маси та вміст води. Морфометричні виміри включали довжину прапорцевого листка, колоса, висоту рослин. Після дозрівання пшениці проводили аналіз структури урожаю.

Визначення вмісту пігментів проводили за методом Вінтермана і Мотса [Wintermans, de Mots, 1965].

Електронно-мікроскопічні дослідження проводили за методом Рейнольда [Кордюм Е.Л., 2003]. Препарати аналізували в трансмісійному електронному мікроскопі JSM 1200 EX (Японія).

Визначення активності пероксидази та каталази проводили з екстрактів листків пшениці за методом [Kar, Mishra,1976].

Отримані результати статистично опрацьовували за допомогою програмного пакету Microsoft Excel. Достовірність різниці між варіантами оцінювали за критерієм Стьюдента, використовуючи 5% рівень значущості (P?0,05).

Вплив природної посухи на водний режим рослин пшениці. На прикладі 9 сортів ярої та 9 сортів озимої пшениці показано, що обробка рослин у фазі виходу в трубку донором NO стабілізувала водний статус прапорцевих листків. За характером реакції сорти ділили на три групи, представники яких наведені на рис.1 та 2.

А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Б



Размещено на http://www.allbest.ru/

В

Рис. 1. Вплив NO на вміст води у прапорцевих листках озимої пшениці сорту Поліська 90 (А), Смуглянка (Б), Донська напівкарликова (В)

У слабостійкого сорту пшениці Поліська 90 після обробки донором NO відзначено зменшення вмісту води у листках у фазах виходу в трубку та формування зерна, порівняно з необробленими рослинами (рис.1А). У середньостійкого сорту Смуглянка та стійкого сорту Донська напівкарликова у ці фази вміст води у листках за дії NO був вищим, порівняно до контролю. У фазах колосіння - цвітіння у стійких сортів за дії NO обводнення прапорцевого листка зменшувалось, що може бути спричинено регуляторним впливом, спрямованим на збільшення транспорту води у напрямку репродуктивних органів. У слабостійкого сорту Поліська 90 чітка направленість перерозподілу води в прапорцевих листках не відзначена. У сорту Вітка вміст води у прапорцевих листках зменшувався у перші 3 доби дії NO, у фазах цвітіння та молочно-воскової стиглості зерна, порівняно до контролю (рис. 2А).

А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Б



Размещено на http://www.allbest.ru/

В

Рис. 2. Вплив природної посухи та донора NO на вміст води у прапорцевому листку ярої пшениці сорту Вітка (А), Етюд (Б), Скороспілка 99 (В)

У ярої пшениці сорту Етюд вплив NO на вміст води у прапорцевому листку був незначним, у сорту Скороспілка 99 NO спричиняв зниження обводнення, порівняно до контролю. Отже, за умов природної посухи у всіх досліджених сортів пшениці відзначена регуляторна дія NO на водний режим рослин, яка обумовлювалась не лише специфікою сорту, а й складною взаємодією ендогенних регуляторних систем, перерозподілом транспортних потоків води між тканинами і органами. Для слабостійких сортів пшениці відзначено коливання обводнення прапорцевих листків, середньостійкі сорти відзначались меншою амплітудою коливань, а у стійких сортів NO посилював відтік води від листків до колоса.

Інгібування транспорту води по аквапоринових каналах хлоридом ртуті найбільшим було у слабостійкого сорту Поліська 90, менш значним у середньостійкого сорту Смуглянка і незначним у сорту Донська напівкарликова (рис.3 А, Б).

А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Б

Размещено на http://www.allbest.ru/

В

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3. Вплив інгібування водного транспорту (інгібітор 1) на вміст води у листках озимої пшениці сорту Поліська 90 (А), Смуглянка (Б), Донська напівкарликова (В)

Після обробки інгібітором 1 ярої пшениці виявлені такі ж закономірності, як і у озимої пшениці (рис.4).У слабостійкого сорту Вітка вміст води у прапорцевих листках в досліді був нижчим, порівняно до контрольного варіанту.

А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Б

Размещено на http://www.allbest.ru/

В

Размещено на http://www.allbest.ru/

Г

Размещено на http://www.allbest.ru/

Д

Размещено на http://www.allbest.ru/

Е

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.4. Вплив інгібування водного транспорту на вміст води в листках ярої пшениці сорту Вітка (інгібітор 1 (А), інгібітор 2 (Б), Етюд (інгібітор 1 (В), інгібітор 2 (Г), Скороспілка 99 (інгібітор 1 (Д), інгібітора 2 (Е)

У сорту Етюд зменшення вмісту води в листках відбувалось через 2 доби після дії інгібітора 1, у сорту Скороспілка 99 зміни вмісту води в листках були незначними. Після дії на рослини ярої пшениці менш специфічного інгібітора активності аквапоринів - нітрату срібла - відзначено зменшення вмісту води в листках сорту Вітка (рис.4 А). У сорту Етюд відзначено збільшення вмісту води в листках після обробки інгібітором 2, а у сорту Скороспілка 99 кількість води у прапорцевих листках змінювалась незначно, порівняно з контролем. Таким чином, характер інгібування активності аквапоринових водних каналів у листках рослин ярої та озимої пшениці обумовлювався специфікою сорту та меншою мірою - специфічністю інгібітора.

Вплив природної посухи та високотемпературного стресу на структуру клітин листкового мезофілу рослин пшениці. У рослин ярої пшениці, яку вирощували в умовах польового досліду було проведено дослідження ультраструктури клітин листкового мезофілу на прикладі сорту Недра. Показано, що за оптимальних умов хлоропласти клітин мезофілу листків містили велике крохмальне зерно, яке локалізувалось в центрі органели. У оброблених донором NO рослин кількість крохмальних зерен у хлоропластах збільшувалась. Крохмальні зерна містили переважно електронно-прозорий матеріал і лише в центрі він був електронно-щільним. Хлоропласти контактували між собою. У хлоропластах видно чіткі стопки тилакоїдів гран і ламели, що свідчить про високу функціональну активність органел. Після обробки рослин інгібітором аквапоринів - хлоридом ртуті - хлоропласти втрачали правильну овальну форму. Кількість крохмальних зерен у хлоропластах зростала, але вони значно відрізнялись за розмірами та формою, містили нерівномірно розташований електронно-щільний матеріал. Хлоропласти не мали видимих контактів один з одним, а грани і ламели були в незначній кількості. Структурні дослідження клітин мезофілу листків пшениці свідчать про позитивну роль оксиду азоту у формуванні клітинних компартментів і деструктивну дію інгібітору аквапоринових каналів хлориду ртуті.

Показано, що обробка рослин пшениці донором NO в умовах польового досліду стабілізувала пігментний комплекс листків рослин ярої пшениці, вміст хлорофілів і каротиноїдів за дії природної посухи збільшувався.

Вплив високої температури та природної посухи на активність антиоксидантної ферментної системи. В модельних лабораторних дослідах було вивчено дію NO та високотемпературного стресу на активність антиоксидантної ферментної системи на прикладі озимої пшениці сортів Поліська 90, Донська напівкарликова, Смуглянка, Сирена одеська, Вдала, Лузанівка одеська. Встановлено, що у всіх вивчених сортів пшениці активність пероксидаз у листках після дії високої температури зменшувалась. Ендогенна регуляторна дія NO реалізується через його взаємодію з активними формами кисню, переважно Н₂О₂, що впливає на функціонування антиоксидантної ферментної системи.

Встановлено, що в умовах польового досліду у сортів Вітка та Скороспілка 99 після дії NO активність пероксидаз зменшувалась, у сорту Етюд - зростала, порівняно до відповідних значень контролю (рис.5).

А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Б

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В

Рис. 5. Динаміка активності пероксидази після обробки донором NO у листках ярої пшениці сорту Вітка (А), Етюд (Б), Скороспілка 99 (В)

Встановлено, що у сорту Поліська 90 активність пероксидаз в листках контрольного і дослідного варіантів у фазу виходу в трубку залишалась однаковою, однак у період колосіння у дослідних рослин зменшувалась, а у контролі зростала (рис.6А). В період формування зернівки активність пероксидаз в листках сорту Поліська 90 зменшувалась вдвічі.

ендогенний рослина посуха сигнальний

А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Б

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В

Рис. 6. Динаміка активності пероксидази у листках озимої пшениці сорту Поліська 90 (А), Смуглянка (Б), Донська напівкарликова (В)

У сортів Смуглянка та Донська напівкарликова за дії NO активність пероксидаз зростала у період виходу в трубку, а потім у фазі молочної стиглості зерна (рис.6 Б, В). Характерним для всіх вивчених нами сортів озимої пшениці було зменшення активності пероксидаз за дії NO у фазах колосіння - цвітіння та початку формування зернівки. Зменшення активності пероксидаз за дії NO може бути обумовлене антагоністичною взаємодією NO та Н₂О₂. Отже, дія NO проявляється на рівні регуляції продукування активних форм кисню і активності антиоксидантних ферментів, яка також суттєво залежить від специфіки сорту та його чутливості до посухи і високотемпературного стресу.

Вплив природної посухи на формування продуктивності рослин пшениці. У фазі молочної стиглості зерна було проведено вивчення впливу NO на макроморфогенез рослин ярої та озимої пшениці. Встановлено, що регуляторна дія NO у фазі виходу в трубку проявилась у збільшенні висоти рослин, довжини прапорцевого листка у більшості вивчених нами сортів, що свідчить про підтримання ростових процесів у період формування останнього листка та міжвузля пшениці. Збільшення розмірів колоса та кількості зерен в колосі було недостовірним.

Після дозрівання рослин було проведено аналіз структури врожаю всіх вивчених сортів ярої та озимої пшениці. Найбільш характерні зміни для кожної групи були відзначені у сортів ярої пшениці Вітка, Етюд і Скороспілка 99 та озимої Поліська 90, Смуглянка та Донська напівкарликова. У досліджених сортів спостерігали достовірне зростання маси 1000 зерен, що обумовило підвищення продуктивності ярої та озимої пшениці (табл. 1). Продуктивність рослин ярої пшениці в умовах польового досліду була значно нижчою, ніж озимої, особливо у сорту Вітка. Найвища продуктивність серед ярих пшениць відзначена у сорту Скороспілка 99. Продуктивність всіх сортів озимої пшениці перевищувала 50 ц/га, а збільшення її за дії NO становила 2-5 ц/га.

Таблиця 1 Вплив обробки донором NO на продуктивність рослин пшениці

Сорт, варіант	Кількість зерен в колосі, шт.	Маса 1000 зерен, г	Продуктивність, ц/га
Вітка, контроль	20±2	35,4±0,6	21,8±0,3
Вітка, NO	19±1	38,3±0,6	23,7±0,4
Етюд, контроль	26±2	27,4±0,3	24,8±0,4
Етюд, NO	23±2	29,8±0,4	25,6±0,5
Скороспілка 99, контроль	21±1	34,4±0,3	33,3±0,5
Скороспілка 99, NO	23±2	35,0±0,4	35,6±0,6
Поліська 90, контроль	32±1	46,7±0,3	53,2±0,3
Поліська 90, NO	35±2	47,6±0,4	59,3±0,4
Смуглянка, контроль	48±2	44,0±0,5	54,2±0,5
Смуглянка, NO	49±2	48,9±0,6	59,9±0,6
Донська напівкарликова, контроль	35±3	46,7±0,3	50,3±0,3
Донська напівкарликова, NO	40±2	48,6±0,4	52,2±0,5

Отже, регуляторна дія NO на рослини ярої та озимої пшениці спричиняла зростання продуктивності в природних умовах вирощування.

Після дії інгібітора активності аквапоринових каналів відзначали зменшення розмірів прапорцевого листка, висоти рослин, кількості зерен в колосі.

Обробка інгібітором 1 аквапоринів зменшила масу 1000 зерен та продуктивність рослин ярої та озимої пшениці (табл. 2).

Таблиця 2 Вплив інгібіторів аквапоринів на продуктивність рослин ярої та озимої пшениці

Сорт , варіант	Кількість зерен в колосі, шт	Маса 1000 зерен, г	Продуктивність, ц/га
Вітка, контроль	22±2	37,1±0,4	26,5±0,4
Вітка, інгібітор 1	20±3	34,2±0,6	19,7±0,5
Вітка, контроль	22±2	39,1±0,4	29,1±0,4
Вітка, інгібітор 2	18±2	37,0±0,5	27,4±0,3
Етюд, контроль	26±3	25,9±0,6	24,8±0,6
Етюд, інгібітор 1	24±3	27,3±0,4	20,5±0,4
Етюд, контроль	34±2	28,9±0,3	24,8±0,3
Етюд, інгібітор 2	30±3	32,3±0,4	28,3±0,5
Скороспілка 99, контроль	38±2	34,4±0,2	30,0±0,4
Скороспілка 99, інгібітор 1	33±2	30,5±0,6	22,3±0,6
Скороспілка 99, контроль	38±2	34,4±0,2	30,0±0,4
Скороспілка 99, інгібітор 2	35±2	34,7±0,2	31,5±0,5
Поліська 90, контроль	32±2	46,7±0,5	53,1±0,4
Поліська 90, інгібітор 1	30±2	47,5±0,6	52,7±0,3
Смуглянка, контроль	49±3	44,0±0,5	54,2±0,5
Смуглянка, інгібітор 1	43±2	44,1±0,6	50,8±0,6
Донська напівкарликова, контроль	35±2	46,7±0,6	53,2±0,6
Донська напівкарликова, інгібітор 1	32±2	44,1±0,5	44,4±0,5

Таким чином, інгібування водного транспорту по аквапоринових каналах спричиняло пригнічення ростових процесів, зменшення продуктивності сортів ярої та озимої пшениці.

Нашими дослідженнями встановлено, що ендогенні регуляторні системи, одним з компонентів яких є NO-сигнальна, здійснюють комплексну скоординовану регуляцію метаболізму в напрямку зменшення оксидного стресу шляхом впливу на антиоксидантну ферментну систему, стабілізацію водного статусу листків, стимуляцію ростових процесів у останньому листку та міжвузлі, що проявляється у збільшенні маси 1000 зерен і продуктивності рослин ярої та озимої м'якої пшениці за умов дії природної посухи. Показано, що транспорт води по аквапоринових водних каналах, який є компонентом симпластного шляху води по рослинах, відіграє визначну роль у забезпеченні водою рослин ярої та озимої пшениці за дії природної посухи, особливо у критичні для формування врожаю фази онтогенезу, а інгібування активності аквапоринових білків спричиняє погіршення водопостачання прапорцевого листка та репродуктивних органів пшениці, що призводить до втрат врожаю за рахунок зменшення маси 1000 зерен та кількості зерен у колосі.

ВИСНОВКИ

1. Показано, що оксид азоту за умов природної посухи у рослин ярої та озимої пшениці регулював водний статус шляхом перерозподілу потоків води від листків до атрагуючих центрів, що було найбільш вираженим у посухостійких сортів.

2. Вперше встановлено, що інгібування водного транспорту по аквапоринових каналах до початку дії природної посухи найзначніше зменшувало вміст води у прапорцевих листках слабостійких сортів пшениці і найменше у стійких, що свідчить про неоднаковий тип локалізації аквапоринів на мембранах у різних за посухостійкістю сортів.

3. Показано, що за дії NO збільшувались кількість і розмір крохмальних зерен у хлоропластах, стабілізувалась структура хлоропласту, а дія важкого металу - ртуті - спричиняла подрібнення розмірів крохмальних зерен, деструкцію тилакоїдів та ламел, дезінтеграцію стромальних компонентів хлоропластів, втрату контактів між органелами та овальної правильної форми зовнішньої оболонки.

4. Встановлено, що регуляторна дія NO за умов високотемпературного стресу та дії ґрунтової посухи стабілізувала пігментний комплекс листків рослин ярої та озимої пшениці, затримувала процеси старіння листкового апарату.

5. Показано, що регуляторна дія NO за умов дефіциту вологи і високої температури у рослин пшениці спричиняла зменшення оксидного стресу шляхом оптимізації функціонування антиоксидантних ферментів, які утилізують пероксиди.

6. Встановлено, що регуляторна дія NO на рослини пшениці стабілізувала їх продуктивність за умов природної посухи і забезпечувала збільшення врожаю на 5-10%.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Жук І. В. Антиоксидантна активність тканин проростаючого насіння пшениці за умов високої температури середовища. / А. В. Капустян, І. В. Жук // Вісник КНУ. Сер. "Інтродукція та збереження рослинного різноманіття". - 2005. - В. 9 - С. 27-28. (Особистий внесок дисертанта - проведення лабораторних експериментів по визначенню антиоксидантної активності пшениці, підготовка матеріалів до друку).

2. Жук І. В. Ензимна утилізація пероксиду водню у Triticum aestivum L. за дії високотемпературного стресу / І. В. Жук, А. В. Капустян // Вісник КНУ. Сер. "Інтродукція та збереження рослинного різноманіття". - 2007. - В. 16 - С. 89-90. (Особистий внесок дисертанта - проведення серії експериментів по вивченню впливу високотемпературного стресу на проростки пшениці, написання статті).

3. Жук І. Сортова специфіка реакції антиоксидантної системи озимої пшениці на високотемпературний стрес / М. Мусієнко, А. Капустян, І. Жук // Вісник КНУ. Сер. "Інтродукція та збереження рослинного різноманіття". - 2009. - В. 18 - С. 50-52. (Особистий внесок дисертанта - проведення лабораторних досліджень по визначенню сортової специфіки реакції озимої пшениці на високотемпературний стрес, статистична обробка результатів, написання статті).

4. Жук І. Захисна роль оксиду азоту за дії високотемпературного стресу на рослини пшениці / І. Жук, А. Капустян, М. Мусієнко // Вісник КНУ. Сер. "Інтродукція та збереження рослинного різноманіття". - 2009. - В. 26 - С. 69 - 71. (Особистий внесок дисертанта - проведення експериментів по визначенню динаміки активності пероксидази, аналіз отриманих результатів, написання статті).

5. Жук І. В. Молекулярні механізми індукції захисних реакцій рослин в умовах посухи / М. М. Мусієнко, І. В. Жук // Український ботанічний журнал. - 2009. - Т.66, №4 - С.580 - 595.

6. Жук І. В. Вплив оксиду азоту на рослини пшениці в умовах посухи / І. В. Жук, М. М. Мусієнко // Вісник аграрної науки. - 2010. - №5 (685) - С. 32 - 34.

7. Жук І. В. Вплив інгібування транспорту води на розвиток пшениці в умовах природної посухи / І. В. Жук // Вісник аграрної науки. - 2010. - №6 (686) - С.77 - 78.

8. Жук І. В. Активність пероксидази та супероксиддисмутази пшениці після дії теплового стресу / І. В. Жук, А. В. Капустян // Сучасні проблеми фізіології та інтродукції рослин: Всеукр. наук.-практ. конф. до 90-річчя від дня народження проф. О. Ф. Михайлова, 5-6 квітня 2005 р. : зб. матеріалів - Дніпропетровськ, 2005.- С. 22.

9. Жук І. В. Вплив високотемпературного стресу на активність пероксидази та супероксиддисмутази пшениці / І. В. Жук // Молодь і поступ біології: І міжнар. конф. студентів та аспірантів, 11 -14 квітня 2005 р. : тези доповідей - Львів, 2005. - С. 246 - 247.

10. Жук І. В. Вплив високотемпературного стресу на спектри поглинання хлорофілу листків озимої пшениці / І. В. Жук, В. В. Жук, А .В .Капустян // Біологічні дослідження молодих вчених України: V Всеукр. наук. конф. студентів та аспірантів, 15-16 вересня 2005 р. : зб. матеріалів - Київ, 2005. - С.32 - 33.

11. Жук І. В. Дія високотемпературного стресу на пігментний комплекс проростків озимої пшениці / І.В.Жук, В.В.Жук, А.В.Капустян // Сучасні проблеми екології: І міжнар. конф. молодих учених, 28 ? 30 вересня 2005 р. : зб. матеріалів - Запоріжжя, 2005.- С.99-100.

12. Жук І. В. Динаміка пігментного комплексу мезофілу озимої пшениці після високотемпературного стресу / І. В. Жук, В. В. Жук, А .В .Капустян // Стрес і адаптація рослин: фізіологія, біохімія, генетика: семінару молодих учених, аспірантів і студентів, 5-6 жовтня 2005 р. : зб. матеріалів - Харків, 2005. - С.22 - 23.

13. Жук І. В. Пероксидазна активність клітин мезофілу листків пшениці після високотемпературного стресу / І. В. Жук, А .В .Капустян // Шевченківська весна: міжнар. наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених, 2-3 березня 2006 р. : зб. матеріалів - В. ІV - Ч. 1. - Київ, 2006. - С. 22 - 23.

14. Жук І. В. Активність каталази листків озимої пшениці після дії високої температури / І. В. Жук // Молодь та поступ біології: ІІ Міжнар. наук. конф. студентів та аспірантів, 21-24 березня 2006 р. : зб. тез - Львів, 2006. - С. 375 - 376.

15. Жук І. В. Хлорофільні комплекси листків пшениці в умовах високотемпературного стресу / І. В. Жук // Сучасні проблеми природничих наук: міжвуз. студентська наук. конф., 26-27 квітня 2006 р. : зб. матеріалів - Ніжин, 2006. - С. 34.

16. Жук І.В. Реакція антиоксидантного комплексу пшениці на високу температуру середовища / А. В. Капустян, І. В. Жук, В. В. Жук // XII з'їзд Українського ботанічного товариства, 15 - 18 травня 2006 р. : зб. матеріалів - Одеса, 2006. - С. 446.

17. Жук І.В. Дія високотемпературного стресу на активність каталази у Triticum aestivum L. / І. В. Жук, А. В. Капустян // Актуальні проблеми ботаніки, екології та біотехнології: міжнар. конф., 27 - 30 вересня 2006 р.: зб. матеріалів - Київ, 2006. - С. 139 - 140.

18. Жук І.В. Спектри хлорофілів мезофілу листків озимої пшениці після дії високої температури / І.В.Жук, А.В. Капустян // VI Всеукр. наук. конф. студентів та аспірантів, 21 - 22 вересня 2006. : зб. матеріалів - Київ, 2006. - С. 29.

19. Жук І.В. Динаміка активності каталази мезофілу листків пшениці після дії високотемпературного стресу / І.В.Жук, А.В.Капустян // Шевченківська весна: міжнар. наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених, 2-3 березня 2007 р. : зб. матеріалів - В. V- Ч. 1. - Київ, 2007. - С. 26 - 27.

20. Жук І. В. Захисна функція антиоксидантних ферментів пшениці в умовах високих температур середовища / І. В. Жук, А. В. Капустян // Сучасні проблеми біології, екології та хімії: міжнар. наук. конф., 29 березня - 1 квітня 2007 р. : зб. матеріалів - Запоріжжя, 2007. - С. 546 - 548.

21. Жук І. В. Активність каталази проростків пшениці після дії високотемпературного стресу / І. В. Жук // Перший крок у науку: всеукр. наук.-практ. конф., 29 березня - 1 квітня 2007 р. : зб. матеріалів - Т.3. - Луганськ, 2007. - С. 59 - 63.

22. Жук І.В. Реакція рослин пшениці на високотемпературний стрес за активністю каталази / І. В. Жук // Молодь та поступ біології: ІІІ Міжнар. наук. конф. студентів та аспірантів, 23 - 27 квітня 2007 р. : зб. тез - Львів, 2007. - С. 416 - 417.

23. Жук І. В. Активність антиоксидантної системи Triticum aestivum L. за умов гіпертермії / І. В. Жук // Сучасні проблеми природничих наук: ІІ всеукр. студентська наук. конф., 25-26 квітня 2007 р. : зб. матеріалів - Ніжин, 2007. - С. 26 - 28.

24. Zhuk I. The reaction of wheat antioxidant systems on high temperature stress (реакція антиоксидантних систем пшениці на високотемпературний стрес) / I .Zhuk // Розмаїття живого. Екологія. Адаптація. Еволюція : ІІІ Міжнар. конф. молодих вчених до 100-річчя від дня народження М. Ф. Макаревич, 15-18 травня 2007 р.: зб. матеріалів - Одеса, 2007. - С. 80 - 81.

25. Жук И. В. Реакция антиоксидантных систем пшеницы на высокотемпературный стресс / А. В. Капустян, И. В. Жук // Современная физиология растений: от молекул до экосистем: междунар. конф., 18-24 июня 2007 г. : сб. докл. - Ч. 2. - Сыктывкар, 2007.- С.171 - 172.

26. Жук І. В. Дія високої температури на активність каталази листків озимої пшениці / І. В. Жук, А. В. Капустян // Біологічні дослідження молодих учених в Україні: VII Всеукр. наук. конф. студентів та аспірантів, 20-21 вересня 2007 р. : зб. матеріалів - Київ, 2007. - С. 30 - 32.

27. Жук І.В. Активність антиоксидантних ферментів листків Triticum aestivum L. за умов гіпертермії./ І. В. Жук, А. В. Капустян // Онтогенез рослин у природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та екологічні аспекти: ІІІ міжнар. конф., присв. 100-річчю заснування кафедри фізіології та екології рослин у Львівському національному університеті імені Івана Франка, 4-6 жовтня 2007 р. : зб. тез - Львів, 2007. - С.139.

28. Жук І.В. Динаміка активності пероксидаз Triticum aestivum після гіпертермії / І. В. Жук, А. В. Капустян // Шевченківська весна: VI Міжнар. наук.-практ. конф., 20-23 березня 2008 р.: зб. матеріалів - Київ, 2008. - С. 43 - 45.

29. Жук І. В. Сортова специфіка реакції пшениці на високотемпературний стрес / І.В.Жук // Молодь та поступ біології: ІV Міжнар. наук. конф. студентів та аспірантів, 7 - 10 квітня 2008 р. : зб. матеріалів - Львів, 2008. - С. 385 - 386.

30. Жук І. В. Реакція ензимів клітин листкового мезофілу пшениці на високотемпературний стрес / І. В. Жук, М. М. Мусієнко // Регуляція росту і розвитку рослин: фізіолого-біохімічні і генетичні аспекти : міжнар. наук. конф., 13 - 15 жовтня 2008 р. : зб. матеріалів - Харків, 2008. - С.76 - 77.

31. Жук І.В. Участь ферментів у відповіді рослин пшениці на високу температуру. / І. В. Жук, М. М. Мусієнко // Фундаментальні та прикладні дослідження в біології : І міжнар. наук. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених, 23-26 лютого 2009 р. : зб. матеріалів - Т. 1. - Донецьк, 2009. - С.323 - 324.

32. Жук І.В. Вплив NO на активність пероксидаз листків пшениці за дії високотемпературного стресу. / І.В. Жук, А.В. Капустян, М.М. Мусієнко // Молодь та поступ біології: V міжнар. наук. конф. студентів та аспірантів, 12-15 травня 2009 р. : зб. тез - Т. 1. - Львів, 2009.- С. 200 - 201.

33. Zhuk I.V. NO effect on peroxidase activity of wheat leaves under high temperature stress / I.V. Zhuk, M. M. Musienko // Біорізноманіття. Екологія. Адаптація. Еволюція. : ІV міжнар. конф. молодих вчених, присв. 180-річчю з дня народження І. М. Сєченова, 16-19 вересня 2009 р. : зб. матеріалів - Одеса, 2009. - С.85-86.

34. Жук І. В. Вплив монооксиду азоту (NO) на жаростійкість рослин пшениці в природних умовах / І. В. Жук, М. М. Мусієнко // Біологія: від молекули до біосфери: IV міжнар. конф. молодих науковців, 17-21 листопада 2009 р. : зб. матеріалів - Харків, 2009. - С. 210 - 211.

35. Жук І.В. Вплив оксиду азоту на посухостійкість Triticum aestivum L. / І.В.Жук // Молодь і поступ біології: VІ міжнар. наук. конф., 21-24 вересня 2010 р.: зб. матеріалів - Львів, 2010. - С. 202 -203.

36. Жук І. В. Регуляторна роль оксиду азоту в реакції Triticum aestivum L. на дію природної посухи / І.В. Жук // Актуальні проблеми ботаніки та екології: міжнар. конф. молодих учених, 21- 25 вересня 2010 р. : зб. матеріалів - Сімферополь, 2010.- С. 353 - 354.

37. Жук І.В. Роль інгібування аквапоринового транспорту води у формуванні продуктивності пшениці / І.В. Жук // Біологія: від молекули до біосфери: V міжнар. конф. молодих науковців, 22-25 листопада 2010 р. : зб. матеріалів - Харків, 2010. - С.265 - 266.

38. Жук І.В. Регуляція процесів макроморфогенезу у пшениці за дії посухи та оксиду азоту. / І.В. Жук, М.М. Мусієнко // Ботаніка та мікологія: проблеми і перспективи на 2010-2020 роки: Всеукр. наук. конф., 6-8 квітня 2011 р.: зб. матеріалів - Київ, 2011. - С. 263-264.

39. Жук І. В. Вплив інгібування водного транспорту на формування зернівок пшениці. / І. В. Жук // Молодь і поступ біології: VІІ Міжнар. наук. конф. студентів і аспірантів, 5-8 квітня 2011 р. : зб. тез - Львів, 2011. - С. 348 - 349.

АНОТАЦІЇ

Жук І.В. Роль ендогенних регуляторних систем в посухостійкості пшениці. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.12 - фізіологія рослин. Київський національний університет імені Тараса Шевченка. - Київ, 2011.

Дисертація присвячена дослідженню ролі NO-сигнальної системи та значення транспорту води по аквапоринових водних каналах у реалізації продуктивності пшениці за дії природної посухи.

На прикладі 9 сортів ярої та 9 сортів озимої пшениці вперше показано, що NO регулює водний статус рослин. За характером реакції на дію NO сорти ділили на три групи. NO спричиняв коливання обводнення прапорцевих листків слабо- та середньостійких сортів, у стійких сортів NO посилював відтік води від листків до колоса. Вперше досліджена роль транспорту води по аквапоринових каналах у регуляції водного режиму пшениці за умов посухи. Характер інгібування активності аквапоринових водних каналів у листках рослин пшениці обумовлювався специфікою сорту та меншою мірою - типом інгібітора. Найзначнішим інгібування активності водного транспорту було у слабостійких сортів і найнижче - у стійких.

Вперше продемонстровано, що ендогенна регуляторна дія NO зменшувала деструктивну дію природної посухи на хлоропласти клітин листкового мезофілу. Вперше показано, що інгібітор хлорид ртуті спричиняв деструкцію хлоропластів листків пшениці, змінював форму зовнішньої оболонки, локалізацію і розміри крохмальних зерен. Показано, що високотемпературний стрес підвищував активність антиоксидантних ферментів пероксидази та каталази. Достресова обробка рослин пшениці донором NO знижувала рівень оксидного стресу, що зменшувало активність сумарних пероксидаз. Вперше показана морфогенетична дія NO на рослини пшениці, яка проявилась у збільшенні розмірів прапорцевого листка, кількості зерен у колосі, маси 1000 зерен, підвищенні врожаю рослин ярої та озимої пшениці в польових умовах. Вперше встановлено, що інгібування транспорту води по аквапоринових каналах у фазі виходу в трубку пшениці є критичним для росту і розвитку рослин та формування їх продуктивності. Таким чином, нами вперше встановлено, що ендогенні регуляторні системи NO-сигнальна та транспортна по аквапоринових водних каналах відіграють визначну роль у формуванні посухостійкості пшениці.

Ключові слова: пшениця, посуха, оксид азоту, аквапорини, антиоксидантні ферменти, водний статус.

Жук И.В. Роль эндогенных регуляторных систем в засухоустойчивости пшеницы. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.12 - физиология растений. Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко. - Киев, 2011.

Диссертация посвящена исследованию роли NO-сигнальной системы и значения транспорта воды по аквапориновых водных каналах в реализации продуктивности пшеницы при действии природной засухи.

На примере 9 сортов яровой и 9 сортов озимой пшеницы впервые показано, что NO регулирует водный статус растений. По характеру реакции на действие NO сорта делили на три группы, которые отличались по специфике изменения обводненности флаговых листьев. В диссертации впервые продемонстрировано функционирование регуляторной NO-сигнальной системы в условиях природного нестабильного и недостаточного снабжения растений пшеницы водой.

В работе впервые исследована роль транспорта воды по аквапориновых каналах в регуляции водного режима пшеницы в условиях природной засухи. С помощью специфических ингибиторов показано, что характер ингибирования активности аквапоринов в листьях яровой и озимой пшеницы в большей степени зависит от специфики сорта и в меньшей - ингибитора. Показано, что наибольшее ингибирование аквапоринов было у слабоустойчивых сортов и наименьшее - у устойчивых, что указывает на различия в доступности аквапориновых белков для ингибиторов.

В модельных лабораторных и полевых опытах впервые показано, что регуляторная роль NO проявилась в снижении деструктивного влияния засухи на хлоропласты клеток листового мезофилла. Впервые показано, что хлорид ртути вызывал деструкцию гранального и межгранального комплексов хлоропластов пшеницы, искривлял внешнюю оболочку, изменял локализацию и размеры крахмальных зерен. Показано, что высокотемпературный стресс повышал активность антиоксидантных ферментов пероксидазы и каталазы, что свидетельствовало о нарастании уровня оксидного стресса. Обработка растений пшеницы донором NO снижала уровень оксидного стресса, что приводило к уменьшению активности пероксидаз. Морфогенетическое действие NO проявилось в увеличении размеров флагового листа, количества зерен в колосе, массы 1000 зерен, урожайности яровой и озимой пшеницы. Впервые установлено, что ингибирование транспорта воды по аквапориновых каналах у пшеницы в фазе выхода в трубку существенно подавляет рост и развитие растений, формирование продуктивности. Таким образом, нами впервые показано, что эндогенные регуляторные NO-сигнальная и транспортная по аквапориновым водным каналам системы участвуют в формировании засухоустойчивости растений пшеницы, регулируя водный статус, уровень оксидного стресса, рост и макроморфогенез в условиях засухи.

...