Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы .11
1.1. Общее представление о ксенобиотиках и их токсическом действии на растения .11
1.2. Гербициды как основной класс ксенобиотиков 15
1.3. Физиологические и биохимические изменения в клетках растений при действии гербицидов .23
1.4. Окислительный стресс как ключевое звено действия гербицидов на растения 26
1.5. Регуляторы роста как эффективное средство воздействия на растения при стрессах 32
1.6. Влияние регуляторов роста на снижение фитотоксичности гербицидов для культурных растений 35
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований
2.1. Объекты исследований
2.2. Условия и постановка эксперимента 44
2.3. Методы исследований
2.3.1. Определение интенсивности ПОЛ 45
2.3.2. Определение проницаемости мембран .45
2.3.3. Определение содержания перекиси водорода 46
2.3.4. Определение общей антиоксидантной активности 47
2.3.5. Определение активности каталазы 48
2.3.6. Определение активности аскорбатпероксидазы 48
2.3.7. Определение активности гваякол-пероксидазы 49
2.3.8. Определение содержания пролина 50
2.3.9. Определение функциональной активности фотосинтетического аппарата (ФСА) 51
2.3.10. Количественное определение фотосинтетических пигментов 51
2.3.11. Определение сырой и сухой массы растений .52
2.3.12. Определение содержания фитогормонов 52
2.3.13. Статистическая обработка результатов 54
ГЛАВА 3. Влияние параквата на физиолого-биохимические параметры растений озимой ржи 55
3.1. Индукция окислительного стресса паракватом в листьях растений озимой ржи .55
3.2. Изменение проницаемости мембран в последействии параквата .62
3.3. Антиоксидантная активность в листьях озимой ржи в последействии параквата 64
3.4. Влияние параквата на фотосинтетический аппарат растений озимой ржи 73
3.5. Влияние параквата на изменение биомассы и содержание фитогормонов 77
ГЛАВА 4. Влияние цитодефа и параквата на физиолого-биохимические параметры озимой ржи
4.1. Подбор оптимальной концентрации цитодефа для растений озимой ржи .81
4.2. Проявления окислительного стресса при действии цитодефа и параквата 83
4.3. Влияние цитодефа и параквата на проницаемость мембран 89
4.4. Влияние цитодефа и параквата на антиоксидантную активность .91
4.5. Влияние цитодефа и параквата на фотосинтетический аппарат растений озимой ржи .101 4.6. Влияние цитодефа и параквата на изменение биомассы и содержание фитогормонов 106 CLASS ГЛАВА 5. Влияние тидиазурона и параквата на физиолого-биохимические параметры озимой ржи 112 CLASS
5.1. Подбор оптимальной концентрации тидиазурона для предпосевной обработки растений озимой ржи 112
5.2. Проявление окислительного стресса при действии тидиазурона и параквата .113
5.3. Влияние тидиазурона и параквата на проницаемость мембран
5.3. Влияние тидиазурона и параквата на антиоксидантную активность 121
5.4. Влияние тидиазурона и параквата на фотосинтетический аппарат растений озимой ржи .131 5.6. Влияние тидиазурона и параквата на изменение биомассы .135
Заключение 138
Выводы .142
Список литературы
- Регуляторы роста как эффективное средство воздействия на растения при стрессах
- Определение содержания перекиси водорода
- Влияние параквата на фотосинтетический аппарат растений озимой ржи
- Влияние цитодефа и параквата на фотосинтетический аппарат растений озимой ржи
Введение к работе
Актуальность исследований. Универсальной реакций растений на стрессы как биотической, так и абиотической природы является усиление генерации активных форм кислорода (АФК) (Gill, Tuteja, 2010), что вызывает каскад последующих окислительных реакций, приводящих к повреждению мембран и нарушению физиологических функций (Apel, Hirt, 2004). Среди ранних эффектов окислительного стресса, вызванного усиленной генерацией АФК, отмечено усиление процессов ПОЛ, повышение проницаемости мембран и изменение баланса между про- и антиоксидантной системами в пользу первой, а также снижение функциональной активности фотосинтетического аппарата (ФСА) (Chagas et al., 2008).
Одним из стрессовых факторов для растений является действие ксенобиотиков, в первую очередь гербицидов (tajner et al., 2003; Hassan, Alla, 2005; Gomes et al., 2014; Boulahia et al., 2016). Показано, что в основе токсического действия гербицидов разных классов лежит возникновение окислительного стресса (Hassan, Alla, 2003; Lukatkin et al., 2013). Токсическое действие гербицидов проявляется не только на целевых растениях, но и на нецелевых для этих препаратов видах, в том числе культурных (Гарькова и др., 2011). Среди гербицидов особое место занимает паракват (метилвиологен), индуцирующий в клетках растений генерацию супероксидного анион-радикала и широко используемый при моделировании окислительного стресса (Zhang et al., 2013; Moustaka et al., 2015; Santos, Silva, 2015).
Для ряда стрессовых факторов показана возможность снижения их негативного влияния на растения посредством использования экзогенных регуляторов роста (РР) (Лукаткин, Колмыкова, 2012; Varshney, 2015). Одной из важнейших в этом отношении групп РР являются препараты с цитокининовой активностью. Они снижают тяжесть повреждений растений, вызванных неблагоприятными температурами (Лукаткин, Каштанова, 2013; Yang et al., 2016), засолением (Авальбаев и др., 2010; Golan et al, 2016), засухой (Yasmeen et al., 2013; Chang et al., 2016), тяжелыми металлами (Башмаков и др., 2012; Asgher et al., 2015) и т.д. В то же время очень мало исследований по изучению влияния РР (в том числе препаратов цитокининового типа действия) на растения в условиях гербицидного стресса. Как правило, в них рассматривается действие высоких (10-3–10-6 М) концентраций препаратов с цитокининовой активностью (Durmus, Kadioglu, 2005; Sergiev et al., 2006; Yonova et al., 2009). Нивелирующее действие регуляторов роста в условиях гербицидного стресса проявлялось в снижении процессов ПОЛ, усилении антиоксидантной защиты, меньшем снижении уровня пигментов и параметров флуоресценции хлорофилла (Sergiev et al., 2006; Pinol, Simon, 2009; Deef, 2013). В последние годы была показана
высокая эффективность синтетических регуляторов роста с цитокининовой активностью в более низких концентрациях (Лукаткин, Каштанова, 2013; Лукаткин, Овчинникова, 2009). Защитное действие тидиазурона и цитодефа на растения в условиях стресса проявлялось в повышении антиоксидантной активности, снижении уровня О2, уменьшении интенсивности ПОЛ и выхода электролитов и защитном влиянии на фотосинтетическй аппарат (Лукаткин и др., 2007; Монахова, Чернядьев, 2007; Сазанова, 2012). Представляется актуальным исследование возможности повышения стрессоустойчивости растений к действию гербицида паракват посредством предобработки семян РР с цитокининовой активностью, а также выявление концентрационных эффектов регуляторов роста для более точной оценки их антистрессовой активности.
Цель и задачи исследований. Цель работы состояла в исследовании потенциальной возможности и анализе механизмов снижения негативного действия ксенобиотика параквата на растения озимой ржи посредством предпосевной обработки семян регуляторами роста цитокининового типа действия тидиазуроном и цитодефом. Для решения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать биохимические и физиологические процессы, лежащие в основе повреждающего действия параквата на растения озимой ржи при различной длительности действия.
-
Изучить влияние обработки семян ржи РР цитокининовой природы (цитодефом и тидиазуроном) на биомассу, гормональный статус, содержание перекиси водорода, интенсивность ПОЛ и проницаемость мембран листьев озимой ржи в последействии параквата.
-
Проанализировать влияние разных концентраций РР на функционирование антиоксидантной системы (общей и ферментативной, содержание пролина) и состояние фотосинтетического аппарата в проростках озимой ржи при кратком действии и последействии параквата.
-
Выявить оптимальные концентрации регуляторов роста, оказывающие протекторный эффект при действии параквата на растения озимой ржи.
Научная новизна. Впервые показано, что предобработка семян озимой ржи препаратами с цитокининовой активностью в наномолярных концентрациях способна оказывать протекторный эффект на проростки, подвергнутые действию параквата. Установлено, что положительное действие низких концентраций тидиазурона и цитодефа на растения озимой ржи, обработанных паракватом, осуществляется через усиление антиоксидантной защиты: повышение общей антиоксидантной активности, изменение активности антиоксидантных ферментов и в результате снижение уровня Н2О2, а также через повышение содержания хлорофилла и функциональной активности ФСА.
Выявлено двойственное действие РР цитокининового типа действия на ответные реакции проростков озимой ржи, обработанных паракватом: низкие концентрации (10-11 и 10-10 М для цитодефа и 10-10 и 10-9 М для тидиазурона) способствовали снижению токсического действия параквата, тогда как высокие концентрации РР (10-9 и 10-8 М для цитодефа и 10-8 М для тидиазурона) не ослабляли эффекты параквата, зачастую усиливая его действие.
Научно-практическая значимость работы. Полученные результаты расширяют понимание механизмов повреждающего действия ксенобиотика и протекторного действия препаратов с цитокининовой активностью при стрессовых воздействиях на растения. Сформированы представления о влиянии низких и очень низких концентраций синтетических препаратов цитокининового типа действия на физиологические и биохимические параметры растений и о их воздействии на способность растений противостоять окислительному стрессу абиотической природы. Выявлены оптимальные концентрации регуляторов роста цитокининовой природы для предпосевной обработки озимой ржи, способствующие снижению негативного действия ксенобиотика параквата на растения. Полученные данные могут быть использованы при разработке методик оценки чувствительности сортов озимой ржи к действию гербицидов, повышения устойчивости растений к действию ксенобиотиков, в частности гербицидов, а также в учебном процессе при чтении спецкурсов и общих курсов экологии, физиологии и биохимии растений.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Обработка 7-дневных проростков озимой ржи паракватом, наряду с активацией АФК и окислительным стрессом, вызывает различные биохимические и физиологические изменения, результирующие повреждение мембран, снижение антиоксидантной активности и функционального состояния фотосинтетического аппарата.
-
Предобработка семян озимой ржи регуляторами роста цитокининового типа действия тидиазуроном и цитодефом способствует снижению тяжести окислительного стресса через изменение про-/антиоксидантного статуса клеток и поддержание функционального состояния ФСА.
3. Эффекты применяемых регуляторов роста на фоне обработки
проростков озимой ржи параватом зависят от концентраций РР: низкие
концентрации тидиазурона и цитодефа способствуют снижению тяжести
окислительного стресса, тогда как более высокие либо не оказывают такого
действия, либо усиливают повреждения.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и докладывались на Международной научной конференции «Достижения и перспективы развития биотехнологии» (Саранск, 2012); Всероссийской научной конференции «Инновационные направления современной
физиологии растений» (Москва, 2013); X и XII Всероссийских научно-практических конференциях «Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем» (Киров, 2012; 2014); Годичном собрании Общества физиологов растений России «Физиология растений теоретическая основа инновационных агро- и фитобиотехнологий» (Калининград, 2014); Международной научной конференции «Ломоносов-2014» (Москва, 2014); VIII съезде Общества физиологов растений России «Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических и антропогенных воздействий» (Петрозаводск, 2015); Всероссийской научной конференции с международным участием и школы для молодых ученых, посвященной 125-летию Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН «Фундаментальные и прикладные проблемы современной экспериментальной биологии растений» (Москва, 2015); Всероссийских (с международным участием) научных конференций «Биологические аспекты распространения, адаптации и устойчивости растений» (Саранск, 2014, 2016).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 182 страницах и содержит 33 рисунка и 23 таблицы. Список литературы включает 308 источников, из них 190 – на иностранном языке.
Регуляторы роста как эффективное средство воздействия на растения при стрессах
Среди большого числа ксенобиотиков, попадающих в окружающую среду, огромное место занимают пестициды, вносимые человеком целенаправленно. К их числу относят все химические вещества, используемые для борьбы с различными видами вредных организмов [Мельников, 1987; Зинченко, 2012]. Основной объем применения пестицидов приходится на гербициды – химические препараты, используемые для борьбы с нежелательной растительностью [Нарежная, 1999]. Их производство занимает около 50% (по стоимости) от всех производимых средств защиты растений [Кошкин, 2015]. Применение гербицидов является обязательным элементом системы интенсивного землепользования [Kim et al., 2002; Gianessi, 2013], ему соответствует максимальная нагрузка – 272 г/га [Михайликова, 2013]. Показано, что снижение засоренности посевов под воздействием гербицидов способствует сохранению урожая (на 20–30% выше, чем без применения гербицидов) [Gianessi, 2013].
Однако помимо очевидной пользы, препараты данной группы способны оказывать негативное (токсическое) действие на нецелевые организмы [Strandberg et al., 2012; Boutina et al., 2014]. Это зависит от их концентрации в среде, свойств растений и почвы, присутствия различных органических соединений [Федоров, Яблоков, 1999]. Ввиду тесного метаболического сходства сорняков и культурных растений селективность гербицидов довольно относительна, и они могут оказывать влияние как на сорные, так и на культурные растения, в посевах которых они применяются [Соколик, 2007]. Пестицидный стресс проявляется в замедлении роста растений и различных метаболических процессов в них, в снижении устойчивости к болезням, всхожести семян, а в ряде случаев выражается в виде явных морфологических признаков (белесые и некротические пятна, ожоги, скручивание листьев) [Злотников, 2009].
Негативное действие пестицидов проявляется и в последействии в форме аккумуляции токсичных веществ в корневой системе и конечной продукции [Минеев, 1991], при поступлении в пищевые цепи через растения они представляют опасность для животных и человека. Отрицательное действие остатков некоторых производных сульфонилмочевины в почве проявляется снижением урожая, обусловленным ингибированием метаболических процессов на ферментативном уровне [Спиридонов, 2009]. Показано, что при длительном использовании гербицидов прибавка урожая, обусловленная их применением, сильно снижается [Зинченко, 2002]. Также возрастает число сорных видов, резистентных к применяемым гербицидам [Vencill et al., 2012; Busi et al., 2013]. Отсутствие реальной альтернативы применению гербицидов в агроэкосистемах приводит к разработке и введению новых химикатов – более избирательных, менее токсичных и более эффективных (т.е. применяемых в меньших количествах). Так, за 2006–2010 гг. были зарегистрированы 196 новых препаратов, в т.ч. 35 – в 2010 г. Характерными особенностями обновленного ассортимента гербицидов являются наличие большого числа комбинированных препаратов и значительно возросшее количество гербицидных композиций на основе сульфонилмочевин [Kraehmer et al., 2014].
Огромное количество применяемых гербицидов требует понимания механизмов их действия и классификации как по формальным (химический состав, характер действия, способ проникновения в растение), так и по физиологическим характеристикам. Известно, что механизм действия гербицидов тесно связан со свойствами препарата и поведением токсиканта в растении, с особенностями его поглощения и перемещения его по растению и с непосредственным влиянием на жизненно важные процессы [Куликова, 2010].
По химическому составу гербициды разделяют на неорганические и органические [Мельников, 1987]. Подавляющее большинство гербицидов, которые применяют в настоящее время, относится к органическим соединениям – производные феноксиуксусной, пропионовой и масляной кислот, триазина, карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот, производные сульфонилмочевины [Зинченко, 2012].
По характеру действия гербициды делят на две группы: сплошного действия, поражающие все виды растений, и избирательные (селективные) [Куликова, 2010; Кошкин, 2015]. Данное деление весьма условно, так как так как большинство современных гербицидов в зависимости от применяемых концентраций и норм расхода могут проявить себя и как сплошные, и как избирательные [Мельников, 1987]. Избирательность действия селективных гербицидов основана на различиях в анатомо-морфологическом строении растений, биохимических механизмах, обеспечивающих детоксикацию ксенобиотика в защищаемой культуре и его активацию в сорных растениях [Сафаров, 2001; Cataneo et al., 2002].
По способу проникновения гербициды условно делят на системные и контактного действия [Зинченко, 2012]. Системные гербициды, попадая в растения через наземные органы или корни, передвигаются по растению и оказывают токсическое действие в разных органах растений [Куликова, 2010]. Они свободно перемещаются через плазмодесмы, проникая через мембраны и аккумулируясь в местах действия в токсичных количествах [Захаренко, 1990]. Среди гербицидов этой группы различают вещества с типичным рострегулирующим действием (2,4 Д, дикамба и др.) и без типичного рострегулирующего действия (алахлор, атразин, бентазон и др.) [Захаренко, 1990]. Системные гербициды проявляют хроническое токсическое действие: действуя на один или несколько физиологических процессов, они вызывают гибель растения через несколько дней после поглощения гербицида [Захаренко,1990].
Определение содержания перекиси водорода
Паракват как индуктор АФК применяется в модельных опытах для моделирования окислительного стресса разной интенсивности [Zhang et al., 2013; Santos and Silva, 2015]. Изменения в про /антиоксидантном статусе растений после обработки паракватом можно выявить как в кратком минуты и часы [Miyagawa et al., 2000; Курганова и др., 2010; Moustaka, Moustakas, 2014], так и в длительном последействии несколько суток [Chagas et al., 2008; Yonova et al., 2009].
Поскольку исследований по влиянию параквата на растения озимой ржи ранее не проводилось, необходимо было выработать схему проведения экспериментов и выбрать концентрации гербицида, наиболее адекватно отражающие реакцию растений. Мы изучали эффекты обработки паракватом в диапазоне 4 ч и 8 ч после обработки, а также спустя 1, 2 и 3 суток последействия гербицида. На основе предварительных определений были выбраны концентрации параквата 10, 100 и 250 мкМ как оказывающие повреждающий эффект разной степени интенсивности.
Как гербицид неспецифического действия, паракват способен вызывать повреждения растений, проявляющиеся в выцветании хлорофилла, заломах и частичном высыхании листьев [Ananieva et al., 2004; Darko et al., 2009]. Вызываемые обработкой паракватом повреждения усиливались с увеличением концентрации гербицида и времени после обработки [Ekmekci, Terzioglu, 2005; Chagas et al., 2008]. На первом этапе визуально оценивали действие разных концентраций гербицида на растения сорта Эстафета Татарстана. При обработке растений озимой ржи паракватом выявлено завядание и частичное обесцвечивание листьев, подсыхание и пожелтение их кончиков и переломы листьев, аналогично показанному у растений ячменя при действии параквата [Mascher et al., 2005]. Наибольшее повреждающее действие оказала обработка паракватом в максимальной концентрации (250 мкМ), визуальные повреждения растений ржи наблюдали уже через сутки после обработки гербицидом. На вторые сутки были выявлены повреждения при дозе параквата 100 мкМ. С удлинением сроков после обработки симптомы повреждения усиливались. В варианте с обработкой растений паракватом в концентрации 10 мкМ слабые повреждения были выявлены у единичных растений спустя 3 суток после обработки.
Наличие визуально наблюдаемых повреждений при обработке гербицидом сопровождается повышением содержания МДА и перекиси водорода, выхода электролитов, изменением активности антиоксидантных ферментов и повреждением ФСА (в том числе снижением содержания хлорофилла) [Miyagawa et al., 2000; Ekmekci, Terzioglu, 2005; Mascher et al., 2005].
Известно, что разные сорта культурных растений могут иметь разную реакцию на действие стрессора одной силы. Изучаемые сорта могут различаться как по морфологическим признакам [Altinkut et al., 2001], так и по продуктивности [Николаева и др., 2010]. В работе использовали два сорта озимой ржи Рушник и Эстафета Татарстана.
Одним из критериев окислительного стресса является усиленная генерации АФК [Apel, Hirt, 2004; Demidchik, 2015], в том числе перекиси водорода. Накопление Н2О2 является ранним неспецифическим ответом на действие стрессоров различной природы [Foyer, Noctor, 2000; Noctor et al., 2016]. Через 4 ч после обработки ржи паракватом (100 мкМ) было выявлено снижение содержания Н2О2 в растениях сорта Рушник на 24% и тенденция к повышению у сорта Эстафета Татарстана (рисунок 3.1). Спустя 8 ч после обработки уровень Н2О2 повышался в обоих сортах и превышал контрольные значения на 38,9% (Рушник) и 32,7% (Эстафета Татарстана).
Однако сохранение высокого уровня Н2О2 в длительном последействии гербицида (1, 2 и 3 суток) и его увеличение с удлинением периода после обработки указывает на развитие окислительного стресса из-за нарушения баланса между про-/антиоксидантной системами, а также между ферментами, участвующими в продукции Н2О2 и его ликвидации [Apel, Hirt, 2004; Полесская, 2007; Sharma et al., 2012]. Обработка паракватом повышала содержание перекиси водорода в обоих сортах ржи с максимальным значением для сорта Рушник через 3 суток после обработки гербицидом.
Образование значительных количеств АФК способно вызвать каскад реакций перекисного окисления липидов, конечные продукты которого могут использоваться в качестве маркеров окислительного стресса [Курганова и др., 2010; Sharma et al., 2012; Bhattacharjee, 2014]. Как видно из таблицы 3.2, обработка озимой ржи сорта Эстафета Татарстана различными концентрациями параквата приводила к увеличению содержания МДА, прямо пропорциональному длительности периода после обработки и концентрации гербицида.
Наибольшее содержание МДА выявлено при обработке паракватом в концентрации 250 мкМ, с максимальным значением через 3 дня последействия (выше ВК в 2,2 раза). Обработка паракватом в концентрации 100 мкМ также приводила к значительному росту содержания МДА, прямо пропорционально времени после обработки, но менее выраженному количественно (в 1,9 раз выше ВК). Обработка наименьшей из исследуемых концентраций ксенобиотика (10 мкМ параквата) повышала содержание МДА (в среднем на 40% относительно ВК), практически не изменяясь со временем после обработки.
Влияние параквата на фотосинтетический аппарат растений озимой ржи
Одним из наиболее перспективных методов защиты растений от действия стрессовых факторов является использование регуляторов роста, как для стимуляции роста, так и для активации защитных механизмов. Одна из важнейших в этом отношении групп регуляторов роста – препараты с цитокининовой активностью: показана эффективность их применения при действии тяжелых металлов [Лукаткин и др., 2007; Башмаков и др., 2012; Asgher et al., 2015], засоления [Авальбаев и др., 2010; Golan et al, 2016], засухи [Akter et al., 2014; Chang et al., 2016] и неблагоприятных температур [Лукаткин, Каштанова, 2013; Yang et al., 2016]. Их преимуществом является низкая концентрация, в которой они оказывают специфическое действие, и высокая эффективность при повышении устойчивости растений к стрессам [Yonova, 2010]. Одним из них является цитодеф, разработанный во ВНИИ химических средств защиты растений и обладающий выраженной цитокининовой активностью [Шаповалов, Зубкова, 2003]. Показана его эффективность при снижении стрессового действия на растения засоления, пониженных температур, засухи, тяжелых металлов [Шаповалов, Зубкова, 2003; Лукаткин, Овчинникова, 2009; Башмаков и др., 2012].
К настоящему времени практически не исследовано влияние регуляторов роста цитокининового типа на растения с целью повышения устойчивости к действию гербицидов, известны лишь единичные работы [Durmus, Kadioglu, 2005; Yonova et al, 2009]. Как правило, в них рассматривается действие относительно высоких (10-4-10-6 М) концентраций препаратов. Однако ранее была показана эффективность синтетических регуляторов роста с цитокининовой активностью в более низких концентрациях [Yonova, 2010]. Диапазон эффективных концентраций цитодефа, в которых он оказывал защитное действие на растения в условиях стресса, колеблется от 10-7 М [Башмаков и др., 2012] до 10-10 М [Лукаткин, Овчинникова, 2009]. В связи с этим выявление концентрационных эффектов цитодефа необходимо для более точной оценки его антистрессового потенциала. В предварительных опытах с обработкой семян ржи цитодефом была выявлена тенденция к усилению роста осевых органов в диапазоне концентраций от 10-8 до 10-11 М (рисунок 4.1). Наибольшее увеличение по сравнению с ВК отмечали для концентраций 10-11 М (длина корня выше на 13,4%) и 10-10 М (длина побега выше на 14,6%).
Влияние предобработки цитодефом на длину осевых органов 7-дневных растений озимой ржи сорта Эстафета Татарстана: (1) - длина корня, (2) - длина побега. Различия с ВК достоверны при Р = 0,05. При более высоких концентрациях цитодефа (10-7 и 10-6 М) наблюдали снижение линейных размеров растений, более выраженное для корней, что согласуется с данными литературы о подавлении роста корней и стимуляции роста побегов цитокининами в физиологических концентрациях [Романов, 2009]. Наблюдаемая тенденция к снижению линейных параметров при действии более высоких концентраций цитодефа может указывать на накопление избыточных количеств препарата в тканях. Показано, что избыток синтетических цитокининов дает более токсический эффект, чем в случае природных фитогормонов и, следовательно, может наблюдаться при более низких концентрациях [Баскаков и др., 1982].
Принимая во внимание тот факт, что синтетические цитокинины имеют максимум стимулирующей (и ингибирующей) активности при концентрациях на два-три порядка более низких, чем природные [Баскаков и др., 1982], можно предположить наличие активности цитодефа в выявленном диапазоне стимулирующих рост концентраций (10-11–10-8 М).
Для выявления наличия или отсутствия протекторного эффекта от обработки семян цитодефом при действии стресса, вызванного обработкой проростков паракватом (глава 3), использовали диапазон концентраций РР от 10-8 до 10-11 М/л, которые были выбраны на основании предыдущего опыта (раздел 4.1). Как видно из рисунка 4.2, содержание НО в листьях озимой ржи после обработки паракватом (100 мкМ) изменялось в сторону увеличения для контрольного варианта через 4 и 8 ч после обработки и варианта РР10-8 М через 4 ч. 3,5
В растениях с предобработкой цитодефом была выявлена тенденция к меньшему накоплению перекиси водорода спустя 4 ч (РР 10-10 и 10-9 М) и 8 ч (РР 10-11 и 10-10 М) после обработки гербицидом. Также, через 8 ч после нанесения параквата в вариантах РР 10-11 и 10-8 М была выявлена тенденция к снижению содержания НО относительно предыдущего измерения (4 ч).
Как видно из рисунка 4.3, предобработка цитодефом не оказала значительного влияния на содержание перекиси водорода в листьях озимой ржи, однако для вариантов РР 10-11 и 10-10 М выявлена тенденция к снижению уровня НО относительно варианта без предобработки РР. В длительном последействии параквата содержание НО повышалось относительно ВК для всех вариантов. Так, спустя 1 сутки после обработки гербицидом для варианта РР 10-9 М была выявлена тенденция к снижению уровня НО относительно варианта без предобработки.
Влияние цитодефа и параквата на фотосинтетический аппарат растений озимой ржи
Как видно из рисунка 4.11, для вариантов с предобработкой цитодефом в концентрациях 10-11–10-9 М выявлена тенденция к повышению сырой массы побегов в последействии параквата (100 мкМ) относительно варианта без РР, с максимальным значением для варианта РР10-11 М. В накоплении сухой массы побегов в последействии гербицида была выявлена тенденция к большему накоплению сухой массы побегов в вариантах РР 10-11 и 10-10 М относительно варианта без РР.
Полученные данные согласуются с результатами [Yonova, et al., 2009] о нивелирующем действии синтетических мочевин на рост проростков (масса корней и побегов) при действии гербицида. В наших экспериментах была выявлена тенденция к снижению сырой и сухой массы корней в последействии параквата, однако в вариантах с предобработкой цитодефом 10-11–10-10 М сырая масса корней была выше варианта без РР на 22 и 18% (рисунок 4.11), на фоне изначально более высоких значений (до обработки паракватом).
Известно, что рост и развитие растений находятся под контролем гормональной системы. Фитогормоны играют важную роль в формировании ответных реакций растений на действие стрессоров [Verma et al., 2016]. Так, было показано, что предобработка проростков пшеницы 6-БАП повышает устойчивость растений к действию засоления, в том числе, через стабилизацию гормонального статуса [Авальбаев и др., 2010].
Нами было обнаружено, что в растениях с предобработкой цитодефом в концентрации 10-11 М (опытный вариант) содержание ИУК в ВК было на 19 и 48% выше контрольного варианта (без РР) (рисунок 4.12). Также стоит отметить снижение уровня ИУК в обоих вариантах опыта на третий день измерений (для ВК). Изменение содержания фитогормонов в растениях озимой ржи сорта Эстафета Татарстана через 1 и 3 суток после обработки паракватом (100 мкМ); 1 вода (ВК), 2 ВК+Pq, 3 цитодеф 10-11 М, 4 цитодеф 10-11 М+Pq; Различия между контрольным (без РР) и опытным вариантом (с РР) достоверны при P = 0,05.
Обработка паракватом вызывала снижение уровня ИУК, максимальное для опытного варианта (на 43%), однако из-за более высокого изначального содержания, уровень ИУК через 1 и 3 суток после обработки паракватом для РР 10-11 был на 13 и 44% выше, чем в варианте без РР.
Cодержание цитокининов в опытном варианте было на 37,5% выше варианта без РР в первый день измерений (рисунок 4.12). Было выявлено, что через 1 сутки после обработки паракватом уровень цитокининов снижался в контрольном варианте (на 42%) и имел предобработкой цитодефом было в 2,5 раза выше, чем в контрольном. Однако через 3 суток последействия гербицида наблюдали снижение уровня ЦК в опытном варианте и повышение в контрольном, в результате чего разница в содержании ЦК между вариантами составила 20%.
Предобработка РР не оказала значительного влияния на содержание АБК в нормальных условиях и через 1 сутки после обработки паракватом (рисунок 4.12). Однако спустя 3 суток последействия уровень АБК в варианте с предобработкой цитодефом был на 47,6 % выше, чем в варианте без предобработки РР.
Таким образом, предобработка цитодефом в концентрации 10-11 М способствовала в первую очередь поддержанию уровня цитокининов в условиях стресса, а также более высокому уровню АБК по отношению к контрольному варианту и ВК (спустя 3 суток последействия параквата). И цитокинины и АБК играют важную роль в ответе растений на стресс при защите ФСА [Cortleven et al., 2014]. Возможно этим обусловлено более высокое содержание хлорофилла в предобработанных цитодефом растениях (таблица 4.5), а также более высокие показатели Fv/Fm, qP, YII и NPQ как в контроле, так и при действии параквата (рисунок 4.10).
Проведенные исследования по изучению предпосевной обработки цитодефом на состояние молодых растений озимой ржи в последействии параквата выявили неоднозначный характер действия препарата в зависимости от использованных концентраций. Защитный эффект выявлен для концентраций цитодефа 10-11 и 10-10 М, тогда как предобработка более высокими концентрациями либо не отличалась от контрольного варианта или усиливала действие гербицида (для концентрации 10-8 М). Протекторный эффект предобработки цитодефом проявлялся через активацию системы антиоксидантной защиты, стабилизацию гормонального баланса и защиту ФСА в условиях стресса. Этим обусловлено снижение повреждений мембран и уровня Н2О2, а также более высокое содержания пигментов и поддержание активности ФСА в условиях стресса. Предобработка цитодефом также оказала стабилизирующее влияние на гормональный статус растений в условиях стресса, что оказало влияние на накопление биомассы растениями.
Выявление протекторных эффектов от предобработки семян озимой ржи цитодефом в концентрациях 10-11 и 10-10 М при действии параквата поставило перед нами вопрос о наличии подобных эффектов при использовании в этих же концентрациях другого РР цитокининового типа действия – тидиазурона. Изучению протекторных свойств низких концентраций тидиазурона в предпосевной обработке озимой ржи, посвящена следующая глава.