Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в семеноводстве и семеноведении отсутствуют четкие морфологические критерии, с помощью которых можно было бы идентифицировать каждый этап прорастания семени, а также обозначить моменты экспрессии генов, изменения физиологических и биохимических процессов. Это затрудняет решение проблемы повышения устойчивости семян ячменя к дефициту влаги в период их прорастания и роста проростков методами селекции и семеноводства. Данная проблема имеет также большое практическое значение, так как от этого зависит заданная густота стояния растений в посеве и, в конечном счете, урожайность. Для решения этой проблемы необходимо определить четкие морфологически легко отличимые микрофенологические фазы прорастания семян (МФФ ПС) ячменя, которые могут служить инструментом не только для изучения фундаментальных аспектов прорастания семян, но и для проведения сравнительных исследований в селекции и семеноводстве. На основе таких МФФ ПС можно будет также изучать закономерности включения и протекания в семени физиологических и биохимических процессов при его прорастании в условиях различного увлажнения.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований является разработка шкалы микрофенологических фаз прорастания семян ячменя и изучение на этой основе некоторых физиолого-биохимических и онтогенетических процессов, происходящих в семенах различных генотипов ячменя при их прорастании в условиях оптимального и недостаточного увлажнения. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
выявить объективные морфологически четко различимые МФФ ПС и подфазы МФФ ПС (пМФФ ПС) ярового и озимого ячменя и составить шкалу микрофенологических фаз прорастания семян ячменя;
провести сравнительную оценку сортов ярового ячменя, включенных в Государственный реестр селекционных достижений Российской
4 Федерации, по наступлению, продолжительности и по особенностям прохождения МФФ ПС в условиях оптимального и недостаточного увлажнения;
установить наступление и продолжительность МФФ ПС фракций семян, различающихся по продолжительности прорастания семян;
выявить влияние гидротермических условий года формирования семян ячменя на наступление, продолжительность и прохождение ими МФФ ПС;
изучить активность амилазы по МФФ ПС различных генотипов ярового ячменя;
выявить проявление эпигенетической регуляции процесса прорастания семян ячменя различных генотипов и различных фракций семян на основе регистрации прохождения ими МФФ и пМФФ ПС;
- изучить механизм влияния электромагнитного поля промышленной
частоты (ЭМП ПЧ) на семена ячменя по характеру его влияния на
прохождение МФФ ПС и пМФФ ПС, активность амилазы, а также на
эпигенетические траектории формирования фенотипа проростка.
Научная новизна:
- впервые предложена полная шкала МФФ ПС и пМФФ ПС от сухого
семени до полноценного проростка, в которой объединены принятые в
настоящее время и установленные нами МФФ ПС;
установлены сортовые различия по наступлению и продолжительности отдельных МФФ ПС в условиях оптимального увлажнения и засухи;
показано у всех сортов наличие фракций в каждой партии семян, отличающихся по наступлению и продолжительности отдельных МФФ ПС;
выявлены общие для культуры ячменя и сортовые закономерности изменения активности амилазы по МФФ ПС ячменя; предложена методика сравнительной оценки активности амилазы в прорастающих семенах ячменя;
5 выявлено проявление эпигенетической регуляции процесса прорастания семян ячменя различных генотипов и различных фракций семян на основе регистрации прохождения ими пМФФ ПС, получены количественные характеристики этого процесса;
- показан механизм положительного влияния обработки семян
переменным электромагнитным полем переменной частоты (ПЭМП ПЧ) на
прорастание через перераспределение фракций семян, изменение
продолжительности и наступления МФФ ПС, изменение активности амилазы
и перестройку эпигенетических траекторий прорастающих семян.
Практическая значимость. В производственных условиях шкалу МФФ ПС можно использовать для оценки на устойчивость к дефициту влаги в период прорастания семян сортов в селекции, а также партий семян в семеноводстве; фиксировать включение и определять активность определенных физиолого-биохимических процессов в прорастающем семени, что позволит на более высоком уровне проводить отбор ценных генотипов и формулировать стратегию селекционного процесса.
Основные положения, выносимые на защиту:
полная шкала МФФ ПС и пМФФ ПС от сухого семени до полноценного проростка;
сорта ярового ячменя разнятся по наступлению МФФ ПС, их продолжительности и прохождению, что и отражается в распределении семян по фракциям;
- изменение общей активности амилазы по МФФ ПС в прорастающем
семени ячменя имеет общебиологическую закономерность;
- прорастание семян находится под влиянием эпигенетического
контроля;
- обработка семян ячменя ПЭМП ПЧ ускоряет прорастание семян за
счет увеличения энергии прорастания, возрастания числа
быстропрорастающих семян, более раннего наступления и сокращения
продолжительности всех МФФ ПС, увеличения активности амилазы,
6 перестройки эпигенетического ландшафта и сокращения этапов основного креода.
Апробация работы. Результаты исследований доложены, одобрены и
рекомендованы к опубликованию на научных конференциях
профессорско-преподавательского состава Азово-Черноморской
государственной агроинженерной академии (АЧГАА) 2005-2009г.г., Международной конференции «Новые ресурсосберегающие технологии и техника в полеводстве юга России» (г. Зерноград, ВНИПТИМЭСХ, 2006г.), Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 119-летию Н.И. Вавилова «Вавиловские чтения» (г. Саратов, 2006г.), Международной конференции «Современная Физиология растений: от молекул до экосистем» (VI съезд физиологов растений России, г. Сыктывкар, 2007г.), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии и технические средства для АПК» (г. Воронеж, 2009г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе одна статья в рецензируемом журнале, 3 статьи находятся в печати. Подана заявка на патент «Способ определения микрофенологических фаз прорастания семян ячменя» (получено положительное решение по оформлению и по существу).
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, общих выводов и приложений, содержит 195 страниц текста в компьютерном исполнении, 37 рисунков, 36 таблиц в тексте и 4 таблиц в приложениях, список литературы из 166 наименований.
Вклад автора. Автор принимала непосредственное личное участие во всех экспериментах и обработке результатов исследования, полученных в ходе выполнения работы. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю - доктору биологических наук, профессору А.С. Казаковой.
