6-фурфуриламинопурин                                                                                       

Принцип химического синтеза производных пурина с замещением в аминогруппе у шестого атома углерода пуринового кольца был известен ранее, поэтому вслед за химической идентификацией кинетина последовал его синтез. Затем было синтезировано много других активных соединений, которые отличались от кинетина характером заместителя в аминогруппе при шестом атоме углерода. Все эти соединения, включая кинетин, были объединены под общим названием кинины. Это название было распространено в литературе до 1965 г. Однако ввиду того, что в физиологии животных термин “кинины” еще ранее был применен для совершенно иных соединений - биологически активных полипептидов, Скуг, Стронг и Миллер предложили заменить название кинины на цитокинины. В настоящее время термин цитокинины стал общепризнанным. [22].

2.3. Физиологическая роль цитокининов.

Для цитокининов, как и для других фитогормонов характерна многофункциональность. Также необходимо отметить, что в большинстве случаев физиологическое действие цитокининов проявляется в непосредственной связи с действием других фитогормонов.

а) Стимуляция деления клеток.

Стимуляция клеточного деления представляет собой одно из характерных свойств цитокининов, она была показана на различных растительных объектах: изолированных тканях,  кончиках  корня,  растущих листьях, семядолях, точках роста стебля, зародыша прорастающих семян, однако, некоторые растительные объекты могут быть не компетентны для реакции на цитокинин активацией клеточных  делений [22].

Особенно ярко проявляются процессы деления на культуре изолированных тканей. Так, в работах Скуга с сотрудниками было показано, что у изолированной сердцевинной ткани стебля табака в стерильной  культуре одна ИУК несколько усиливала синтез ДНК, вызывала в отдельных клетках митозы, но не индуцировала клеточных делений. Точно так же один кинетин не вызывал деления клеток. В его присутствии не происходили митозы, а синтез ДНК он стимулировал в меньшей степени, чем ИУК. Только совместное действие ауксинов и кинетина значительно активировало синтез ДНК, вызывало митозы и индуцировало деление, клеток в изолированной сердцевине стебля табака.

 В последующем были предприняты попытки разграничить во времени действие ИУК и кинетина в индукции клеточных делений у этой ткани. Полученные данные не имеют пока однозначной интерпретации, но позволяют предполагать, что начальные стадии процесса индуцируются одним ауксином, тогда как в последующем необходимы оба гормона.

В интактном растении наблюдается корреляция между активность цитокининов   и   скоростью   клеточного   деления. Предполагают, что цитокинины стимулируют цитокинез - последнюю стадию деления клетки.

Достаточное эндогенное содержание цитокининов, нехватка ауксинов или других необходимых веществ могут стать причиной отсутствия стимулирующего действия цитокининов на деление клеток. Кроме того, в случае высокого эндогенного содержания цитокининов их предоставление извне  может привести и к угнетению клеточных делений [24].

б) Влияние цитокининов на рост клеток.

      Уже в первых работах по цитокининам  на стеблевых каллюсах табака в лаборатории Скуга было показано, что цитокинины влияют не только на деление клеток, но и на их рост растяжением. Скуг пришел к выводу о том, что для роста клеток так же, как и для их деления, нужны и цитокинины, и ауксины, причем концентрации этих веществ и соотношение между ними, стимулирующее рост клеток, отличается от тех, которые стимулируют клеточное деление.

  Наиболее активно цитокинины стимулируют увеличение размера клеток в зонах растущих листьев двудольных травянистых растений и их изолированных семядолей. Важно отметить, что с помощью цитокининов также можно стимулировать рост в тканях, уже давно закончивших этот процесс. На отрезках листьев однодольных растений стимуляция роста клеток цитокинином не удается. Помимо листьев, стимуляция роста клеток цитокининами показана и у многих других объектов. 

Однако отмечены случаи, когда цитокинины угнетали рост клеток. Угнетение чаще всего обнаруживается на отрезках стебля и корнях, причем цитокинины снимают стимулирующее действие на рост стебля ауксинов. Не исключено, что различие роста клеток листьев и клеток стебля и корня при воздействии цитокининов определяется различием в диапазоне стимулирующих концентраций.

Цитокинины активируют в высечках синтез необходимых для роста РНК. Они составляют небольшую часть от общего содержания РНК в клетке. В их состав должны входить иРНК, кодирующие необходимые для процесса роста белки. Трансляция этих РНК происходит в цитоплазме на 80 S рибосомах, в результате чего увеличивается новообразование структурных и ферментных белков, в том числе белков лимити­рующих ростовые процессы. Вследствие этого фитогормон активи­рует в зависимости от типа ткани деление и рост клеток, или про­цессы, связанные с дифференцированием [21]. Однако после того как синтезируется некоторый запас необходимых для роста белков, стимуляция роста цитокинином становится независимой от дальнейшего образования белка до тех пор, пока лимитирующие рост белки не будут использованы в клетках [49].

в) Действие цитокининов на органогенез.

Еще одним важным свойством цитокининов является участие в процессах органогенеза у растений. Индукция с помощью цитокининов органогенеза у недифференцированной ткани стеблевого каллюса табака была впервые показана Скугом с сотрудниками,  которые с помощью ИУК и кинетина вызывали образование у каллюса корней и побегов и установили, что для закладки каждого из этих органов требовались свои специфические концентрации обоих фитогормонов. Для дифференциации корней требовалось присутствие 2 мг/л ИУК и 0,02 мг/л кинетина. Повышение концентрации кинетина до 0,5 - 1 мг/л приводило к индукции формирования стеблевых почек. Таким образом, сдвиг соотношения концентрации ауксин - цитокинин в сторону цитокинина способствует образованию стеблевых почек, а в сторону ауксина - закладке корней [10].

Меняя содержание фитогормонов в питательной  среде, можно было направлять органогенез в сторону образования корней  или побегов. При этом в ряде случаев цитокинины, стимулируя образование побегов, вместе с тем задерживали закладку корней. Так как концентрации цитокининов, стимулирующие закладку корней, крайне низки, в большинстве объектов хватает, по-видимому, собственных цитокининов для осуществления этого процесса. Возможно, именно этим объясняется тот факт, что данные извне цитокинины ингибируют корнеобразование [22].

Цитокинины положительно влияют также на закладку боковых корней у изолированных участков корня, на черешках изолированных листьев фасоли и др. [32].

Существенно отметить, что с помощью цитокининов удается также влиять на закладку и дифференциацию генеративных органов,  вызывая зацветание растений в условиях неблагоприятного температурного или фотопериодического режима, а также повлиять на пол  цветков.

Цитокинины  участвуют,   также   в   регуляции органогенеза у споровых растений - папоротников и мхов. Под действием цитокининов у протонемы мха, представляющей собою нитевидное образование,  индуцируется закладка стеблевых почек.

Таким образом, цитокинины оказывают большое влияние на процесс дифференциации, характер которого меняется в зависимости от концентрации цитокинина, его соотношения с ауксином и особенностей объекта [37].

 г) Прерывание покоя и стимуляция прорастания семян под действием цитокининов.

Еще одно свойство цитокининов - это способность прерывать покой спящих почек древесных растений, клубней (бегония), семян некоторых видов, в частности семян древесных пород. Отмечено, что в ряде случаев обработка экзогенными цитокининами оказывает на семена, почки и клубнелуковицы действие, подобное   обработке   холодом.   При   пониженных температурах во время стратификации семян в них происходит   значительное   увеличение   содержания цитокининов, что способствует их прорастанию; поэтому обработка семян экзогенными цитокинином имитирует действие  холода.  Кратковременное  замачивание  в растворе 6-бензиламинопурина низкой концентрации повышает всхожесть семян, ослабленную в результате их длительного хранения. 

Также стимулирующее действие цитокининов на прорастание обнаружено на семенах латука, которые нуждаются для индукции этого процесса в действии красного света.  Цитокинины стимулируют их прорастание, как в темноте, так и при кратковременном воздействии красным светом [32].

д) Влияние цитокининов на рост целых растений.

Цитокинины оказывают влияние не только на рост клеток, но и на рост всего растения в целом. В литературе имеются данные, что под влиянием опрыскивания синтетического аналога цитокинина кинетином сухой вес проростков ячменя и пшеницы возрастает на 8-12% [33]. В опытах с проростками кукурузы было показано, что опрыскивание кинетином увеличивает объем корневой системы, сырой и сухой вес надземных органов [34]. В условиях полевого опыта на растениях озимой пшеницы   опрыскивание    синтетического    аналога цитокинина   6-БАП   увеличило   темпы   роста   и продуктивность, повышало число зерен в колосе [35].

Кинетин, добавленный в крайне низких концентрациях к раствору Кнопа, стимулировал рост проростков подсолнечника, фасоли и люпина, растений ряски в темноте, а также проростков редиса на свету. Погружение растений табака на 1 час корнями в раствор цитокинина (5х10^-4 М) вызывало значительное усиление роста листьев на растении и повышало в них содержание калия. Есть указания о возможности повлиять с помощью цитокининов на рост плодов яблони и на формирование урожая у растений кукурузы [19, 29, 44, 45].

е) Защитное действие цитокининов при неблагоприятных факторах среды.

Цитокинины повышают устойчивость клеток к самым различным неблагоприятным воздействиям, таким как, действие повышенной и пониженной температуры, обезвоживание, грибная и вирусная инфекция, механическое воздействие и влияние различных химических агентов [7].

Причины защитного действия цитокининов в каждом конкретном случае могут быть различными и, очевидно, требуют специального изучения. Однако не исключено, что механизм такого действия может оказаться и одинаковым. Например, он может проявляться через действие цитокининов на структурное и функциональное состояние различных макромолекулярных компонентов клетки и, в частности, на состояние их мембранного аппарата. Электронно-микроскопические исследования показывают, что цитокинины задерживают деградацию различных мембранных структур в клетках листа, включая ламеллы стромы и граны хлоропластов, мембранные структуры митохондрий, эндоплазматический ретикулум. При помощи цитокинина удавалось предотвратить разрушение в срезанных листьях мембранной оболочки сферосом, содержащих гидролитические ферменты, и таким путем защитить от разрушения белки, нуклеиновые кислоты и липоиды плазмы. По-видимому, действие цитокининов на мембранный аппарат клетки может иметь существенное значение в осуществлении их регуляторного действия на обмен веществ растений, и не исключено, что имеет отношение к защитному действию цитокининов при различных неблагоприятных воздействиях. 

Иную интерпретацию может иметь защитное действие цитокининов на листья целых растений в условиях повышенной температуры и засухи.  По-видимому, в таких случаях в листьях может возникать дефицит эндогенных цитокининов за счет снижения их поступления из корней, что и создает условия для защитного действия данных извне цитокининов. Правда, необходимо упомянуть, что такое защитное действие проявляется не всегда.

В работе Кабузенко и Горшенкова показано, что влияние хлоридного засоления на активность корневой системы пшеницы и кукурузы оказывает отрицательное воздействие. А обработка 6-БАП на фоне засоления субстрата положительно влияет на метатическую активность меристемы кончиков корней проростков кукурузы и пшеницы. Было установлено, что под воздействием   6-БАП   нивелировалось   действие   соли,   приближая продолжительность фаз клеточного цикла к уровню контроля. Внесение 6-БАП в среду проращивания способствовало сокращению продолжительности клеточного цикла меристемы корня в целом на 25% по сравнению с растениями, прорастающими при «чистом» засолении. Под влиянием цитокинина произошло существенное уменьшение продолжительности интерфазы (на 28%) и профазы (на 29,1%) митоза. Последующие фазы (метафаза, анафаза и телофаза), связанные с формированием и функцией веретена деления, при действии 6-БАП, проходили медленнее, чем на фоне «чистого засоления». Таким образом, наличие цитокинина в среде может способствовать снятию ингибирующего влияния засоляющих ионов на прохождение интерфазы и первой фазы митоза в меристеме корней злаков [13].

В литературе имеются данные о действии водного стресса, засоления, а также сверхоптимальных температур на прорастание семян. В результате чего в семенах происходит снижение эндогенных цитокининов с одновременным повышением уровня АБК. Обработка экзогенным цитокинином, по-видимому, способствует восстановлению нормального фитогормонального баланса в клетке.

Полученные Калининой и сотрудниками морфометрические данные свидетельствуют о том, что засоление снижает как сырой, так и сухой вес растений кукурузы, а также длину наземной и подземной  части проростка. Длина наземной части растений при засолении была ниже контрольных на 55%, корня – на 45%, сырая масса растений меньше на 50%, сухая – на 60%. Наличие в среде проращивания 6-БАП способствует нормализации ростовых процессов. В варианте NaCl+6-БАП длина стебля увеличилась на 40% по сравнению с «чистым» засолением, корня – на 25%; сырая масса проростков возросла на 20%, а сухая – на 32% [14].

Данные, полученные Калининой и Кабузенко,  свидетельствуют о значительном снижении содержания белка в корнях трёхдневных проростков кукурузы на солевом фоне: содержание белков понизилось на 44%. Добавление в солевую среду регуляторов роста способствовало увеличению содержания белка в корнях проростков. Позитивное действие наиболее чётко было выражено при добавлении в среду проращивания растений кукурузы препарата 6-БАП, который увеличивал содержания белка в корнях на 30% как на бессолевом фоне, так и в условиях засоления.

Пероксидазе отводится важная роль в процессе утилизации накапливающихся при стрессе метаболитов, в частности Н₂О₂ [2]. В результате проведенных опытов было установлено, что наличие хлорида натрия в среде проращивания увеличивало активность пероксидазы в корнях проростков в 2,3 раза по сравнению с контролем. Изменение активности пероксидазы в корнях кукурузы в условиях хлоридного засоления можно считать проявлением нарушений нормальных метаболических процессов в клетках, которое может быть снивелировано действием экзогенных цитокининов. Применение 6-БАП в условиях засоления способствовало снижению активности этого фермента на 69% [15].

Таким образом, можно сказать, что цитокинины оказывают на растения положительное влияние при любых неблагоприятных условиях среды, таких как: хлоридное засоление, действие световых и температурных воздействий, водного стресса, повышенной засухи.

2.4. Механизм действия цитокининов.

Изучение механизма действия фитогормонов находится в центре внимания физиологов растений. Для проявления своего действия, как у животных, так и у растений фитогормоны требуют взаимодействия с рецепторами. Поэтому, центральное место в выявлении механизма действия фитогормонов занимает вопрос об этих рецепторах в растительных клетках.

Рецепторами принято называть химические структуры (белки), обладающие способностью высокоспецифически связывать гормон с образованием гормонрецепторного комплекса, который ионизирует последующие изменения в метаболизме клетки, необходимые для конечного гормонального эффекта [29].

Для цитокининов обнаружены белки с высоким сродством к ним (цитокинин-связывающие белки – ЦСБ). Такие белки найдены в большом числе растительных объектов. Так ЦСБ выделены из зародышей пшеницы, листьев табака, из развивающихся плодов винограда и т.д.

Однако функциональная роль многих ЦСБ пока не установлено. Неизвестно, существует ли в клетках единственный рецептор для цитокининов, через который осуществляются все гормональные эффекты, или рецепторов много, и каждый из них определяет действие гормона на соответствующем уровне.

В настоящее время известно два уровня механизма действия фитогормонов: генный и мембранный.

На генном уровне цитокинины регулируют биосинтез специфических белков-ферментов. Эксперименты показали, что цитокинины активируют синтез белка в чувствительных к ним растительных объектах.

Цитокинины активируют процесс транскрипции. Известно, что с помощью ЦСБ и цитокинина достигается активизация синтеза РНК в ядрах. Это позволяет заключить, что ЦСБ и БАП проникают в ядра клеток и вызывают активацию транскрипцию.

Цитокинины активируют синтез РНК, увеличивая матричную активность хроматина и активность РНК – полимераз-ферментов, которые синтезируют РНК на ДНК – матрице и тем самым считывают закодированную в ней генетическую информацию. В связи с этим увеличивается содержание иРНК, на которой происходит синтез белка [21].

Важно, что цитокинин активирует синтез белка в клетках не только на транскрипционном (синтез РНК), но и на посттранскрипционных этапах этого процесса. Цитокинин активирует синтез рРНК в клетках и тем самым увеличивает в них аппарат белкового синтеза. Так цитокинины усиливают образование полисом и моносом. Следовательно, повышается количество рибосом [21].

Также возрастает содержание тРНК, которые доставляют аминокислоты в рибосому, и отыскивает их место в полипептидной цепи. Цитокинин, поступая в клетки, образует в цитоплазме гормон-рецепторный комплекс, который проникает в ядро и вызывает активацию синтеза РНК [21].

Изменяя состав белка, цитокинин влияет на обмен веществ, и как следствие этого, на интенсивность такого интегрального процесса как рост и развитие.

Другой важный уровень регуляции фитогормонами физиологических процессов в клетках связан с их мембранами.

Функционирование мембран имеет важное значение для полного понимания механизма их действия [22].

Накоплены сведения об изменении под действием цитокинина как химического состава, так и функциональных свойств мембран растительных клеток. Например, цитокинин влияет на фосфорилирование мембранных белков и изменение в составе жирных кислот в липидах мембран. Цитокинины влияют на проницаемость мембран, это проявляется на увеличении проникновения ионов. Известно также о влиянии цитокинина на активность АТФ-аз плазмолеммы и протонную помпу клеток [31].

Таким образом, генетический и мембранный уровень находятся в тесном взаимодействии.

3. ВЛИЯНИЕ ФАКТОРА ЗАСОЛЕНИЯ НА РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНИЗМЫ.

3.1. Типы засоления почв.

Согласно Б. П. Строгонову [38], по степени засоления различают практически незасоленные, слабозасоленные, среднезасоленные почвы и солончаки. Тип засоления определяется по содержанию анионов в почве: хлоридное, сульфатное, сульфатно-хлоридное, хлоридно-сульфатные и карбонатное. Пре­обладающим катионом в таких почвах является натрий (поваренная соль (NaCl), сода (Na₂CO₃), глауберова соль (Na₂SO₄), но встречаются также карбонатно-магниевое (кальциевое) и хлоридно-магниевое (кальциевое) засоление [31]. Наиболее вредное влияние оказыва­ет содовое засоление, поскольку в почве сода распадается, образуя сильную щелочь (гидроксид натрия).  Все эти соли хорошо растворимы в воде, так что во влажном климате обычно вымываются из почвы атмосферными осадками и сохраняются в ней в ничтожных количествах. В сухом же и жарком климате не только не происходит промывания почвы дождем, но, наоборот, растворы солей поднимаются с восходя­щим током почвенной воды из глубин субстрата. Вода испаря­ется, а соли остаются в верхних слоях почвы. Накапливаясь, они вызывают образование солончаков и солонцов. Неумелое искусственное орошение в пустынной зоне вызывает засоление почвы. Так, в поливной зоне нашей страны насчитывается до 36% засо­ленных земель. По побережьям морей даже при влажном климате почва на­сыщена солями.

Солончаки весной увлажнены грунтовыми водами, их назы­вают мокрыми. Концентрация солей в почвенном растворе до­стигает нескольких десятков процентов, причем наибольшая за­соленность почвы наблюдается в сухие периоды года, когда со­лончаки высыхают. В это время поверхность почвы покрывается налетом соли, сверкающей на солнце. Солончаки есть и в степ­ных зонах России, но главным образом распространены в пу­стынной зоне. Они встречаются как мелкими пятнами, так и большими массивами.

Солонцы отличаются от солончаков: поверхностные слои их почвы не засолены, а соли, вредные для растений, накаплива­ются в более глубоких горизонтах. Поверхностный слой солонца бесструктурный, сильно выщелоченный; ниже его расположен уплотненный, слой почвы, насыщенный натриевыми солями. В сухое время года эти слои растрескиваются на глыбы, столб­цы. Ниже этих слоев располагается почва, засоленная раствори­мыми солями.

Весной плотные слои солонца долго задерживают воду на его поверхности. Летом же, когда уплотненные слои высыхают и растрескиваются, выпадающие атмосферные осадки по тре­щинам устремляются в глубь субстрата, не увлажняя поверх­ности [28].

3.2. Причины  и последствия влияния засоления на растительные организмы.

Засоление приводит к созданию в почве низкого водного потен­циала, поэтому поступление воды в растение сильно затруднено. Важнейшей стороной вредного влияния солей является также на­рушение процессов обмена. Работами физиолога Б. П. Строганова показано, что под влиянием солей в растениях на­рушается азотный обмен, что приводит к интенсивному распаду белков, в результате происходит накопление промежуточных продуктов обмена веществ, токсически действующих на растение, таких как аммиак и другие, резко ядо­витые продукты. В условиях засоления отмечено образование таких токсичных продуктов, как кадаверин и путресцин, являющихся аналогами трупного яда [25]. На фоне сульфатного засоления накапливаются продукты окисления серосодержащих аминокислот (сульфоксиды и сульфоны), которые также являются ядовитыми для растений. По­вышенная концентрация солей, особенно хлористых, может действо­вать как разобщитель процессов окисления и фосфорилирования и тем самым нарушать снабжение растений макроэргическими фосфор­ными соединениями. Под влиянием солей происходят нарушения ультраструктуры клеток, в частности изменения в структуре хлоропластов, происходит набухание гранул и ламелл у хлоропластов [18].

Наиболее устойчивыми к солям являются митохондрии. Однако солевой стресс может способствовать их набуханию, что сопровождается разобщением окислительного фосфорилирования и нарушением проницаемости мембран. Нарушение сопряженности окисления с фосфорилированием, в свою очередь, лишает растительный организм механизма аккумулирования энергии. При этом опасным для растительной клетки является то, что АТФ-азная активность переноса энергии меняет свое направление и из поставщика АТФ превращается в его потребителя. Таким образом, в растительном организме наступает «энергетический голод» [1]. Особенно это проявляется при хлоридном засолении.

Показано неблагоприятное влияние ионов в повышенных концентрациях на число делящихся клеток в меристеме и их размеры, отмечено увеличение времени митотического цикла и метафазы [26].

Вред­ное влияние высокой концентрации солей связано с повреждением поверхностных слоев цитоплазмы, вследствие чего возрастает ее про­ницаемость, теряется способность к избирательному накоплению ве­ществ [1, 40]. Соли поступают в клетки пассивно вместе с транспирационнным током воды. Поскольку в большинстве случаев засоленные поч­вы располагаются в районах, характеризующихся высокой летней температурой, интенсивность транспирации у растений очень высо­кая. В результате солей поступает много, и это усиливает поврежде­ние растений.

Надо учесть также, что на засоленных почвах большая концент­рация натрия препятствует накоплению других катионов, в том чис­ле и таких необходимых для жизни растения, как калий и кальций.

Снижение продуктивности растений в условиях хлоридного засоле­ния определяется угнетением их роста, который является интегральной характеристикой реакции растений на изменение окружающей среды. Степень угнетения растений и снижения биомассы находится в прямой коррелятивной зависимости or концентрации соли в суб­страте и продолжительности засоления [43]. Однако прямая зависимость между накоплением ионов в расте­ниях и уровнем их солеустойчивости до сих пор не выявлена. Неясен вопрос о косвенном влиянии солей на рост растений. Некоторые авторы утверждают, что главной причиной замедления ростa расте­ний в условиях засоления следует считать не прямое влияние избытка солей в их тканях, а ослабление способности корней поставлять в побе­ги необходимые для их роста продукты метаболизма, т. е. замедление поступления питательных элементов из субстрата, угнетение их метаболизацни в корнях и транспорта в побеги. В частности, подчеркивается, что угнетение роста растений в начале онтогенеза является следствием торможения поступления и превращения отдельных элементов минерального питания [16, 38].

Определенный интерес представляет вопрос о различиях в уровне солеустойчивости разных органов растений. Отрицательное действие высокой концентрации солей сказывает­ся раньше всего на корневой системе растений. При этом в корнях страдают наружные клетки, непосредственно соприкасающиеся с раствором соли. Характерной особенностью корневых систем на почвогрунтах с глубинным засолением является их поверхностное распространение. Внезапное увеличение концентраций NaCI в среде приводит к скачкообразному увеличению ионной проницаемости корневой системы [4]. Корни растений при избытке солей теряют тургор, отмирают и, ослизняясь, приобретают темную окраску.

Исследования  [43] пока­зали, что корни более чувствительны к засолению, чем надземные ор­ганы. Однако известны и факты положительного влияния засоления субстрата на накопление массы корней при замедленном росте побегов [12].

Повреждающее действие засоления усиливается при недостаточной обеспеченности растении основными элементами минерального, питания, что, по-видимому, обусловлено угнетением корней. В то же время исследования поглощающей функции корней показали, что при засолении уменьшается их общая и рабочая адсорбирующая поверхность. Однако при этом возрастает отношение рабочей поглощающей поверх­ности к недеятельной [43]. Формирование целостной корневой системы растений при засолении изучено недостаточно и на ограниченном числе культур. К тому же полученные данные носят противоречивый харак­тер. В частности, у ячменя установлено уменьшение количества боковых корней и их длины, общего числа корневых волосков, тогда как у проростков кукурузы и ответ на угнетение главного корня увели­чивались число придаточных корней и их суммарная длина при значительном снижении сухой массы [12, 27].

В стебле наиболее подвержены действию солей клет­ки проводящей системы, по которым раствор солей поднимается к надземным органам [48]. При натриево-хлоридном засолении побеги короткие, быстро заканчивают свой рост.

Листья также в значительной мере чувствительны к засолению. Общей реакцией для многих сельскохозяйственных культур является отмирание нижних листьев (особенно у кукурузы), подсыхание кончиков листьев. Для томата характерно изменение окраски листьев от темно-зеленой к светло-зеленой с желтым оттенком — явный признак солевого повреждения.

Важное значение для жизнедеятельности растений в условиях засоления имеет изменение водно-осмотического режима, особенно степень осморегуляцин растений. У растений, выращиваемых на засоленном субстрате, во всех орга­нах увеличивается осмотический потенциал клеточного сока, а осмотический градиент между листьями и корнями по мере увеличения засоления возрастает. В основном это обусловлено накопле­нием в клетках повышенных количеств осмотически активных гидрофильных ионов солей. Как считают исследователи [11, 18, 47], причиной увеличения осмотического потенциала клеточного сока является также повышение концентрации в клетке низкомолекулярных органических со­единении, обусловленное изменениями реакций метаболизма. Многие авторы придерживаются мнения, что повышение осмотического потен­циала клеточного сока растений является защитно-приспособительной реакцией в условиях засоления.

С увеличением концентрации соли наблюдается тенденция к снижению суккулентности растений, что свидетельствует о подавлении способности к осморегуляции. То есть с увеличением концентрации хлорида натрия растения теряют спо­собность сохранять оводненность органов и это отрицательно сказывается на их солеустойчивости. Но в то же время разные виды растений обладают различной способностью регулировать содер­жание воды в своих тканях. Так С₃ растения регулирует со­держание воды в своих органах хуже, чем С₄ [17]. 

У культурных растений при произрастании на засолен­ной почве заметным изменениям подвержено также и микроскопическое строение вегетативных органов. Исследования, проведенные Чухлебовой и Беловоловой, показали, что на засоленной почве диаметр корней кукурузы уменьшился в 1,2 раза. Клетки экзодермы и мезодермы первичной коры обнару­живали мелкоклеточность в сравнении с корнями контрольных рас­тений. При этом количество клеток первичной коры не изменялось, а сокращение диаметра происходило за счет мелкоклеточности. Заметным изменениям подвергается строение центрального цилинд­ра. Они заключаются в изменении диаметра, сокращении количе­ства лучей ксилемы и пропускных клеток в эндодерме.

У опытных растений, испытывающих недостаток влаги в силу высокого осмотического потенциала засоленной почвы, наблюда­ется увеличение количества волосков в зоне всасывания почти в 2 раза.

Фактор засоленности почвы обуславливал уменьшение листовой пластинки в 1,4 раза, увеличение количества проводящих пучков и снижение числа обкладочных клеток. В клетках мезофилла растений засоленного фона при глазо­мерной оценке обнаруживалось увеличение количества хлоропластов, а также отмечалось большее количество моторных клеток, характеризующих изменение структур листа в сторону ксерофитности. Размеры моторных клеток уменьшаются в 2,3 раза. В зоне расположения моторных клеток у растений, ис­пытывающих засоление, уменьшается число обкладочных клеток, являющихся местом локализации фотосинтеза.

Засоление приводит к изменениям устьичного аппарата. При этом уменьшаются размеры устьиц, а их количество на единицу площа­ди увеличивается.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что на фоне засо­ления реакция корневой системы кукурузы направлена на приспо­собление к затрудненному водному режиму, ассимиляционная по­верхность проявляет тенденцию к изменениям в сторону ксерофитности и снижению интенсивности фотосинтеза [46].

В результате обобщения данных о влиянии засоления среды выделены следующие факторы угнетения растении при засолении [12]:

1) Затрудненно водоснабжения целого растения и, следовательно, отрица­тельные изменения в работе механизмов осморегуляции;

2) Дисбаланс минерального состава среды, в результате которого происходят наруше­ния минерального питания растений;

3) Стресс на сильное засоление;

4) Токсикация.

3.3. Механизмы адаптации к засолению.

Приспособление растений к условиям засоления осуществляется многими путями. Наиболее важные среди них - осморегуляция и специализация, или модификация транспортных процессов. Поэтому для получения солеустойчивых форм растений необходимо тщательно изу­чить транспорт ионов в зависимости от ионного состава среды и геноти­па растений. Солеустойчивые виды обладают способностью накап­ливать Na⁺ в вакуолях, абсорбировать его из ксилемы и транспортиро­вать в среду. Особенности К—Na обмена на плазмалемме и на­копление Na⁺ и С1^- в вакуолях клеток и в клеточных стенках отмечены в некоторых исследованиях, где высказано предположение о суще­ствовании высокоэффективного механизма для откачивания ионов Na у солеустойчивых растений. В исследованиях детально изучен баланс ионов и связь его с солеустойчивостыю растений. Показано, что повы­шенная солеустойчивость растений обусловлена, во-первых, выведением Na⁺ и С1^- из молодых листьев, во-вторых, преимущественно базипетальным передвижением Na⁺ из листьев и выведением его в субстрат и, в-третьих, ограничением передвижения Cl^- из корня в стебель [12].

Первостепенную роль в росте устойчивости растений последовательному воздействию факторов стресса ряд ученых отводит повышению пролина. У растений аккумуляция пролина распространяется на относительно небольшую, но метаболически значимую цитоплазматическую фракцию клетки, которая составляет от 5 до 10% от общего клеточного объема. Он оказывает протекторное действие на стерическую структуру клеточных биополимеров и поддерживает их интактную гидрационную сферу. Пролин обладает высокой растворимостью в воде. Гидрофильное поведение пролина необычно, так как молекулы его владеют не только гидрофильной и гидрофобной частью. На основе изучения свойств пролина физико-химическими методами сделан вывод, что высокая растворимость иминокислоты проистекает из способности ее молекулы благодаря наличию гидрофильных и гидрофобных групп образовывать агрегаты. Образовавшиеся полимеры ведут себя как гидрофильные коллоиды. Поэтому пролин не действует на белки. Подобно детергентам и не вмешивается в интермолекулярные гидрофобные взаимодействия белков, что ведет их к денатурации, а связывается только с поверхностными гидрофобными остатками. Высокая растворимость пролина в сочетании с его очень низкой способностью ингибировать ферменты может увеличивать растворяющий объем клетки, тем самым, снижая концентрацию солей с цитозоле. Необычный характер взаимодействия агрегатов молекул параллельно с белками повышает растворимость последних и защищает их от денатурации. Шевяковой высказана гипотеза о действии пролина как осморегулятора [47].

Известно, что высокие концентрации солей прямо и ли косвенно подавляют синтез белка, разрушают структуру и ингибируют активность ферментов первичной ассимиляции азота [18, 40]. Это приводит к накоплению в тканях растений аминокислот, резкое повышение некоторых из них – тирозина, лейцина, фенилаланина неблагоприятно действует на жизнедеятельность растений. Наряду с этим в тканях растений на засолении усиливается гликолиз и пентозофосфатный цикл [42]. Образующиеся при гликолизе и в пентозофосфатном цикле трех- и четырех- углеродные фрагменты (ФЕП, эритрозо-4-фосфат) служат исходными предшественниками в биосинтезе фенольных соединений (ФС). Увеличение размера пула эндогенных предшественников ФС, доступных ферментам их биосинтеза, активируют процесс образования и накопления полифенолов у растений при засолении среды. В ответ на действие солевого стресса в растении образуются и накапливаются низкомолекулярные соединения типа пролина, бетаина, полиаминов, органических кислот, сахаров, пептидов [18, 40, 47]. Достановой  установлено важное значение в механизме солеустойчивости растений также и обмена ФС, показана особая роль лигнина в адаптации, который может быть биохимическим маркером старения клеток и засоленности среды, а также выявлена специфика ответной реакции на воздействие качественного состава солей и их концентраций [11].

В активно метаболизирующей клетке ФС находятся в виде гликозидов или простых и сложных эфиров с низкой метаболической активностью. Поэтому повышенный уровень свободных форм ФС у растений на фоне засоления будет содействовать усилению их функциональной активности. Менее полярные свободные формы ФС в пределах физиологических концентраций, стабилизируют клеточные мембраны за счет водородных и гидрофобных связей, а их высокая антирадикальная и антиокислительная активность повышает устойчивость мембран к повреждению. Кроме того, ФС могут быть использованы в качестве запасных дыхательных субстратов, что особенно важно в стрессовых ситуациях. Опыты, проведенные в модельных схемах и in vitro, подчеркивают важность ФС в регуляции ростовых процессов и активности оксидоредуктаз у растений при засолении среды (пероксидазы, полифенолоксидазы, глютаматдегидрогеназы, ИУК-оксидазы). Функциональный вклад ФС оказывается существенным для солеустойчивости, о чем свидетельствует повышение пропорции ФС во фракции белка, скоординированность дозовых кривых накопления ФС, белка и активности ферментов в корнях растений при действии различных концентраций засоляющих ионов. Есть основание полагать, что ФС в клетках солевых растений оказывают регуляторное действие на некоторые обменные процессы, тесно связанные с адаптацией и способствуют реализации шунтовых путей метаболизма, в частности, в ассимиляции азота:

                                    ГДГ - активность

                                             ПО - активность                        ассимиляция азота

 Na⁺, Cl^-, SO^2-₄             ФС         Нр - активность

                                    Поглощение нитратов

Характер участия ФС в адаптации многопланов, что расширяет круг приспособительных реакций, направленных на выживание растений в экстремальных условиях.

Участие ФС в механизме солеустойчивости растений можно представить в виде схемы (по Достановой Р. Х., 1994), где:

ФС – фенольные соединения, ПО – пероксидаза, ПФО – полифенолоксидаза, ГДГ – глутаматдегидрогеназа, Нр – нитратредуктаза, ЛГ – лигнин.

        - действие солей,              - предполагаемое влияние.

3.4. Растения засолённых почв – галофиты.

Растения, приспособленные к существованию в условиях из­быточного засоления, называют галофитами (от греч. «galos» — соль, «phyton» — растение). Это солеустойчивые растения, произрастающие на различных почвах по берегам соленых озер и морей, и особенно на засолен­ных почвах в степных и пустынных областях. Они отличаются от гликофи­тов — растений незасоленных водоемов и почв — рядом анато­мических особенностей и особенностей обмена веществ. Галофиты защищаются от избыточной концентрации солей тремя основными способами: 1) поглощением большого количества солей и концентрированием их в вакуолярном соке, что приво­дит к созданию высокого осмотического давления; 2) выведе­нием поглощаемых солей из клеток вместе с водой с помощью специализированных солевых желёзок и удалением избытка со­лей с опавшими листьями; 3) ограниченным погло­щением солей клетками корней [31].

По мнению ученых, высокая солеустойчивость галофитов может быть связана с рядом защитно-приспособительных физио­логических особенностей клеток (высокая обводненность цито­плазмы, способность связывать токсические соли органическими веществами клетки и т. д.) [28].

Все галофиты можно разделить на три группы [:

1) Настоящие   галофиты   (эвгалофиты) — наиболее   солеустойчивые растения, накапливающие в вакуолях значительные концентрации солей.

2) Солевыделяющие галофиты  (криногалофиты), поглощая соли, они не накапливают их внутри тканей, а выводят из клеток с помощью секреторных желёзок (гидатод), расположенных на листьях.

3) Соленепроницаемые галофиты (гликогалофиты) приспосабливаются к произрастанию на за­соленных почвах благодаря накоплению в тканях органических веществ. Высокое осмотическое давление в их клетках поддерживается за счет продуктов фотосинтеза, а не минеральными соля­ми. Клет­ки этих растений малопроницаемы для солей.

3.5. Метод борьбы с засолением почвы и повышения солеустойчивости растений.

В сельскохозяйственном производстве основным методом борьбы с засолением является мелиорация засоленных почв, создание надежного дренажа и промывка почв после сбора урожая. На солонцах (почвы, содержащие много натрия) ме­лиорацию осуществляют с помощью гипсования, которое при­водит к вытеснению натрия из почвенного поглощающего ком­плекса и замещению его кальцием.

Внесение в почву микроэлементов улучшает ионный обмен растений в условиях засоления. Солеустойчивость растений увеличивается после применения предпосевного закаливания семян. Для семян хлопчатника, пшеницы, сахарной свеклы до­статочна обработка в течение часа 3%-ным раствором NaCl с последующим промыванием водой (1,5 ч).  При такой «закалке» снижается проницаемость протоплазмы для солей, повышается порог её коагуляции солями, меняется характер обмена веществ - растения, выросшие из таких семян, характеризуются более низкой интенсивностью обмена, но являются более устойчивы­ми к хлоридному засолению [39]. Для за­калки к сульфатному засолению семена в течение суток выма­чивают в 0,2%-ном растворе сульфата магния.

Все приспособительные особенности галофитов, хотя и заложены в их наследственной основе, проявляются в процессе их роста на за­соленных почвах. В настоящее время наряду с выведением солеустойчивых сортов культурных растений интенсивно развиваются методы генной инженерии, которые позволяют повысить устойчивость растений к неблагоприятным факторам. Задача заключается в том, чтобы найти комплекс генов, ответственный, в частно­сти, за солеустойчивость, и научиться вводить их в клетки не­устойчивых растений.

III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

1. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1.         Характеристика объекта исследования.

а) Особенности морфологии.

Кукуруза - однолетнее растение семейства Мятликовые. Однодомное, раздельнополое, перекрестноопыляющееся. В диком состоянии не найдено.

Корневая система мощная, мочковатая, многоярусная, сильноразветвленная, способная на почвах с рыхлым сложением подпахотных горизонтов проникать на глубину до 3 м. Распространяется в радиусе более 1 м. Анатомическая особенность строения корневой системы кукурузы - наличие воздушных полостей, свидетельствующие о повышенной чувствительности корней к наличию кислорода. В фазе выметывания  из ближайших к поверхности почвы стеблевых уз­лов возникают воздушные (опорные) корни. Они препятствуют полеганию растений, а при влажной погоде и окучивании укореняются. Максимального разви­тия корневая система до­стигает в фазу восковой спелости.

Стебель кукурузы толщиной от 2 до 7 см, хорошо облиственен, прямостоячий, округлый, гладкий. Высота растений колеблется от 60 см до 6 м. Между высотой стебля и скороспелостью выявлена отрицательная корреляция. Стебель состоит из заполненных сердцевиной междоузлий, разделенных утолщенными стеблевыми узлами; 3-5 сближенных междоузлий находятся в почве. Каждый узел охватывает влагалище листа. Число узлов и, следовательно, листьев - устойчивый сортовой признак. Стебель способен к ветвлению, развивая боковые побеги-пасынки.

Листья кукурузы крупные, линейные, цельнокрайные, сверху опушенные, в чередующемся порядке расположены по двум противоположным сторонам стебля. Влагалища листьев плотно облегают стебель. Число их от 8 до 45. Скороспелые сор­та имеют меньше листьев, чем позднеспелые. Растения с узкими листьями, отходящими под острым углом к стеблю, более урожайны, так как мало затеняют друг друга. Максимальной величины площадь листьев достигает в конце цветения. Обилие устьиц на листьях (на одном расте­нии 100-200 млн.) обеспечивает благоприятные условия для газооб­мена растений.

На каждом растении кукурузы имеется два типа соцветий: мужское - метелка и женское - початки. Метелка состоит из центральной оси (продолжение верхнего междоузлия) и боковых осей. Колоски метелки двухцветковые, с тре­мя пыльниками в каждом цветке [36].

Початки (видоизмененные боковые побеги) располагаются в пазу­хах листьев на верхушке боковых побегов с укороченными междоузлиями и видоизмененными листьями, образующими обертку. Число полноценных початков на растении может быть различно. Початок состоит из оси соцветия (стержень), на котором попарно размещаются рядами колоски с женскими цветками. В каждом колоске закладываются по два цветка, из которых развивается только верх­ний, нижний атрофируется. Пестик с крупной завязью и очень длинным столбиком. Во вре­мя цветения пестики выходят за пределы обертки.

Опыляется кукуруза ветром. Период цветения метелки и почат­ков на одном растении не совпадает (метелка зацветает на 3-8 дней раньше, что обеспечивает перекрестное опыление). Благоприятна для опыления теплая, влажная, с легким ветром погода. При дождливой погоде пыльца смывается, а чрезмерная сухость убивает ее.

Плод - зерновка, обычно голая, крупная. В за­висимости от группы и сорта (гибрида) зерновки кукурузы имеют раз­личную окраску - белую, кремовую, желтую, оранжевую, красную и др. В початке в зависимости от сорта и условий выращивания образуется от 200 до 1000 зерен [6].

б) Особенности роста и развития.

Выделяют следующие фазы роста и развития кукурузы: начало и полное появление всходов, начало и полное появление метелок, начало и полное цветение початков (появ­ление нитей), молочное, молочно-восковое состояние зерна, восковая спелость, полная спелость. Длительность межфазных периодов опре­деляется сортовыми особенностями, погодными условиями и агротех­никой.

Продолжительность периода вегетации у кукурузы колеблется от 75 до 180 дней и более. Отмечена тесная зависимость между длиной периода вегетации и числом листьев на растении (коэффициент кор­реляции 0,82-0,99), а также между длиной периода вегетации и уро­жаем зерна (0,70) [5].

в) Особенности биологии. 

Требования к температуре. Кукуруза -  теплолюбивое растение. Семена прорастают при темпе­ратуре 8-10°С, всходы появляются при 10-12°С. Наиболее благоприятная температура для рос­та растений 25-30 °С, что выше, чем у зерновых колосовых культур. Заморозки в 2-3°С повреждают всходы, а осенью - листья. Ку­куруза лучше переносит весенние заморозки, чем осенние. Для кукурузы биологически ак­тивной температурой считается температура выше 10°С, ниже которой процессы роста и развития растений практически приостанавливаются.

Требования к влаге. По требовательности к влаге кукуруза относится к мезофитам. Кукуруза хорошо использует осадки второй половины лета и частично осени. Растения накапливают большую ор­ганическую массу даже в довольно засушливых районах, чему способ­ствует также хорошее развитие корневой системы. Кукуруза относительно хорошо переносит засуху до фазы выхода в трубку. Недостаток же влаги за 10 дней до выметывания и спустя 20 дней после выметывания (критический период) резко снижает уро­жай. В критический период формируется пыльца и начинается фор­мирование семян. Обильное водоснабжение растений в начале вегета­ции, нерегулярные или недостаточные поливы в последующий период, когда потребность растений в воде возрастает, значительно снижают урожай зерна кукурузы.

Растения кукурузы переносят временный недостаток воды в почве и пониженную относительную влажность воздуха. Однако длительное привядание листьев угнетает ростовые процессы и нарушает обра­зование репродуктивных органов. Оптимальные условия увлажнения складываются, когда влажность в корнеобитаемом слое почвы поддер­живается поливами на уровне не ниже 75-80% наименьшей влагоемкости. Кукуруза плохо переносит переувлажнение почвы, резко снижая урожай зерна. Из-за недостатка кислорода в переув­лажненной почве замедляется поступление в корни фосфора, в ре­зультате снижается содержание общего, органического и нуклеинового фосфора, нарушаются процессы фосфорилирования, энергетические процессы в корнях и белковый обмен.

Требования к свету. Кукуруза - светолюбивое растение ко­роткого дня. Быстрее всего зацветает при 8-9-часовом дне. При про­должительности дня свыше 12-14 ч период вегетации удлиняется. Кукуруза требует интенсивного солнечного освещения, особенно в мо­лодом возрасте. Чрезмерное загущение посевов, засоренность их при­водит к снижению урожая початков.

Требования к почве. Высокие урожаи кукуруза дает на чистых, рыхлых, воздухопроницаемых почвах с глубоким гумусовым слоем, обеспеченных питательными веществами и влагой, с рН 5,5-7.

Это черноземные, темно-каштановые, темно-серые суглинистые и супес­чаные, а также пойменные почвы. Высокие урожаи кукурузы на си­лос при хорошей агротехнике можно получать и на дерново-подзоли­стых, осушенных торфяно-болотных почвах нечерноземной зоны. Поч­вы, склонные к заболачиванию, сильно засоленные, а также с повы­шенной кислотностью (рН ниже 5) непригодны для возделывания этой культуры.

г) Народнохозяйственное значение.

Кукуруза — одна из основных культур современного мирового земледелия. Это культура разносто­роннего использования и высокой урожайности. На продовольствие в странах мира используется около 20% зерна кукурузы, на технические цели – 15-20% и примерно две трети - на корм.

В зерне содержатся углеводы (65—70%), белок (9—12%), жир (4—8%), минеральные соли и витамины. Из зерна получают муку, кру­пу, хлопья, консервы (сахарная кукуруза), крахмал, этиловый спирт, декстрин, пиво, глюкозу, сахар, патоку, сиропы, мед, масло, витамин Е, аскорбиновую и глутаминовую кислоты. Пестичные столбики применяют в медицине. Из стеблей, листьев и початков вырабатывают бума­гу, линолеум, вискозу, активированный уголь, искусственную пробку, пластмассу, анестезирующие средства и др.

Зерно кукурузы — прекрасный корм. В 1 кг зерна содержится 1,34 кормовой единицы и 78 г переваримого протеина. Это ценный ком­понент комбикормов. Кукурузу используют на зеленый корм, который богат каротином. В корм идут и остающиеся после уборки на зерно сухие листья, стеб­ли и стержни початков кукурузы. В 100 кг кукурузной соломы содер­жится 37 кормовых единиц, а в 100 кг размолотых стержней — 35.

Как пропашная культура кукуруза — хороший предшественник с севообороте, способствует освобождению полей от сорняков, почти не имеет общих с зерновыми культурами вредителей и болезней [5].

1.2. Методы исследований.

Исследования проводились на базе лаборатории физиологии растений Московского Государственного Областного Университета в период с июня по сентябрь 2003 года. Объектом изучения являлись растения кукурузы сорта Россо. Изучение влияния 6-БАП на рост и биометрические показатели растений кукурузы  при разном уровне засоления проводилось в условиях вегетационного опыта (почвенные культуры).

Семена кукурузы проращивались при температуре 20^оС в термостате в течение 3 дней, а затем высаживались в сосуды Митчерлиха с почвой на 5 кг. Почва дерново-подзолистая средне-суглинистая. В каждом сосуде в среднем выращивалось по 7 растений.

Эксперимент включал 6 вариантов, разный уровень засоления создавался путём внесения раствора NaCl.

1.     Контроль;

2.     Обработка 6-БАП;

3.     0,1% NaCl;

4.     0,1% NaCl+6-БАП;

5.     0,2% NaCl;

6.     0,2% NaCl+6-БАП.

Опрыскивание синтетическим аналогом цитокинина 6-БАП концентрацией 4х10^-5М (20мг/л) проводили в фазу кущения растений 10 июля 2003 г. В вариантах без обработки растения опрыскивались водой.

Учет роста проводился каждые 7 дней. Содержание воды, интенсивность транспирации и водоудерживающая способности  фиксировались 4 раза.

Уход за растениями осуществлялся в соответствии с общепринятой агротехникой.

 В ходе исследований были определены следующие показатели:

1.     Высота растений;

2.     Содержание воды;

3.     Водоудерживающая способность;

4.     Интенсивность транспирации;

5.     Анатомо-морфологическая структура листа и стебля кукурузы.

Высота растений фиксировалась при помощи измерительной ленты. Содержание воды определялось по разнице между сырой и сухой массой растения, измеренной весовым методом. Анатомо-морфологическую структуру листа и стебля кукурузы анализировали под микроскопом МБР-1 с помощью окуляра-микрометра.

Водоудерживающая способность рассчитывалась по формуле:

                                                                   (P₁ – P₃) x 100

Водоудерживающая способность = 100 -                           [ % ], где

                                                                            Р₃

Р₁ – сырая масса листа;

Р₃ – масса листа через 20 минут после удаления.

Интенсивность транспирации определялась методом, основанным на учёте потери воды листом за короткий промежуток времени.

Определение интенсивности транспирации.

Интенсивность транспирации - это количество воды в г или мг, испаренной с единицы листовой поверхности (1дм²) или единицы  веса (1г).

Метод основан на учете потери воды листом за короткий промежуток времени (3 мин.). Лист срывают с растения и быстро взвешивают на торсионных весах (Р₁). Через 3 мин. взвешивают повторно (Р₂). Разница в весе (DР) равна количеству испаренной воды.

Интенсивность транспирации рассчитывают по формуле:

I = DР х 60 х 1000            [ мг/г сырого веса в час], где

                     Р₁ х 3

60 – коэффициент перевода в часы;

1000 – коэффициент перевода в граммы.

Полученные данные были статистически обработаны. В таблицах представлены средние значения и их ошибки.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

2.1. Влияние засоления на растения кукурузы.

а) Влияние уровня засоления на высоту растений.

В ходе исследований нас, прежде всего, интересовало влияние уровня засоления на темпы роста кукурузы, в качестве критерия была выбрана высота растений. Данные представлены в таблице 1.

Таблица 1. Влияние уровня засоления на высоту растений кукурузы.

Из данных таблицы следует, что снижение высоты растений находится в прямой зависимости от концентрации соли в субстрате.  Схожие данные были получены в работах Йоневой, Калининой, Федяевой, Атанасовой [12, 14, 43, 51]. Причем, при увеличении концентрации соли на 0,1%, высота растений уменьшается в среднем на 8-9%. Угнетение роста  наблюдается на протяжении всего опыта, что подтверждается данными графика 1, где по оси абсцисс отложены даты измерений, а по оси ординат – высота растений в сантиметрах. Контрольные растения обозначены голубым цветом, выращенные при 0,1% засолении – оранжевым; при 0,2% – зеленым.

Рисунок 1. Влияние уровня засоления на рост растений кукурузы.

б) Влияние засоления на содержание воды и водоудерживающую способность.

Как известно, увеличение концентрации соли в субстрате сказывается не только на ростовых процессах растения, но и на водном обмене. Для изучения этого вопроса определялось процентное содержание воды в листьях и водоудерживающая способность. Проведенные измерения показали, что по мере повышения уровня засоления, содержание воды в листьях растения снижается. Так, если рассмотреть эти данные в процентном соотношении на 31.07, то видно, что оводненность растений, выращенных при 0,1% засолении, на 3,9% ниже контрольных, а при 0,2%  - на 6,4%.

Таблица 2. Влияние уровня засоления на оводненность листьев кукурузы.

Снижение содержания воды в листьях растений кукурузы при 0,1% засолении составило от 1,1 до 3,4%, что подтверждается данными рисунка 2, где по оси абсцисс отложены даты измерений, а по оси ординат – содержание воды в листьях в %.

Рисунок 2. Влияние уровня засоления на содержание воды в листьях растений кукурузы.

Для растений, выращенных на почве с 0,2% засолением NaCl, эти цифры составили от 2,2 до 5,6%. В среднем оводненность растений, выращенных при 0,1 % засолении, на 2,3% ниже контрольных, а при 0,2 М  - на 4,8%.

Сходная тенденция наблюдается и в опытах по определению водоудерживающей способности (табл.3), но засоление оказывает меньшее влияние на этот показатель.

Таблица 3. Влияние уровня засоления на водоудерживающую способность листьев кукурузы.

Так при концентрации соли 0,1%, водоудерживающая способность уменьшилась от 0,1 до 1,1% по сравнению с контролем, а при 0,2% - от 0,5 до 2,7%, что можно видеть на рисунке 3. В среднем водоудерживающая способность понизилась на 0,6% при 0,1%  концентрации NaCl; и на 1,6% при 0,2% засолении.

Полученные данные находят отражение в литературе [17]. В целом, можно сказать, что засоление приводит к подавлению способности к осморегуляции, то есть с увеличением концентрации соли растения теряют способность сохранять оводненность органов и это отрицательно сказывается на их солеустойчивости.

Рисунок 3. Влияние уровня засоления на водоудерживающую способность листьев кукурузы.

в) Влияние засоления на интенсивность транспирации.

Содержание воды и водоудерживающая способность – это не единственные показатели водного обмена растений. Более важным критерием является интенсивность транспирации. В таблице 4 и на рисунке 4 приведены данные по влиянию уровня засоления на этот показатель.

Проведенные измерения показали, что интенсивность транспирации растений, выращенных на фоне засоления, снижается с повышением концентрации соли в субстрате. Так, если рассмотреть результаты полученные на 17.07, видно, что интенсивность транспирации у растений, выращенных при концентрации соли 0,2 %,  в 2 раза ниже, чем у контрольных; при 0,1 % – на 43,5%. Полученные данные можно объяснить тем, что в условиях засоления растения испытывают недостаток воды, что вызывает накопление АБК в листьях, приводящее к закрытию устьиц и, как следствию, снижению уровня транспирации. Схожие данные были получены Ахияровой Г.Р. и Веселовым Д.С. [3].

Таблица 4. Влияние уровня засоления на интенсивность транспирации листьев кукурузы.

На рис.4 данные по интенсивности транспирации приведены в процентном отношении. По оси абсцисс отложены даты измерений, а по оси ординат интенсивность транспирации в процентах, за 100% принята интенсивность транспирации листьев контрольных растений. Из данных рисунка видно, что по мере увеличения продолжительности произрастания кукурузы на засоленном субстрате, интенсивность транспирации возрастает и приближается к показателям контрольных растений, хотя в условиях засоления растения испытывают недостаток снабжения водой. Данную тенденцию можно объяснить включением адаптивных механизмов растений и приспособлением к произрастанию на засолённом субстрате.

Рисунок 4. Влияние уровня засоления на интенсивность транспирации листьев кукурузы.

г) Влияние засоления на анатомо-морфологическую структуру.

У культурных растений при произрастании на засоленной почве заметным изменениям подвержено также и микроскопическое строение вегетативных органов. С этой целью при уборке опытных экземпляров нами были изучены флаговые листья и расположенные под ними междоузлия растений кукурузы. В ходе проведённых исследований были зафиксированы различные показатели анатомо-морфологической структуры под микроскопом МБП-1 с помощью окуляра-микрометра. Данные приведены в таблице 5 в делениях окуляра-микрометра.

Из полученных данных прежде всего видно, что фактор засоления обуславливает уменьшение листовой пластинки. Количество жилок же, наоборот, возрастает: для контрольных растений этот показатель равен 12; при концентрации NaCl 0,1% – 14; 0,2% – 18. Ширина моторных клеток и пучков, толщина эпидермы и мезофилла уменьшается с повышением уровня засоления. 

При глазомерной оценке у растений засоленного фона обнаруживается большее количество моторных клеток,  хотя размеры их уменьшаются, что характеризует изменение структур листа в сторону ксерофитности. Засоление приводит к изменениям устьичного аппарата. При этом уменьшаются размеры устьиц, а их количество на единицу площади увеличивается, о чем можно судить по размерам замыкающих и длине покровных клеток. Полученные данные находят отражение в литературе [46].

Изменения претерпевает и стебель. Засоление приводит к уменьшению длины междоузлия при сохранение его диаметра. Уменьшаются размеры проводящих пучков, ксилемы и флоэмы. Длина ксилемы при 0,1% засолении уменьшилась на 25%, при 0,2% – на 40%; флоэмы при 0,1%  – на 25%, при 0,2% – на 28%. Также уменьшились размеры клеток обкладки и сосудов метаксилемы.

В целом, можно сказать, что при увеличении концентрации NaCl в субстрате наблюдаются закономерные изменения в сторону усиления ксероморфизма.

2.1. Влияние 6-БАП на растения кукурузы в зависимости от уровня засоления.

а) Влияние 6-БАП на высоту растений в зависимости от уровня засоления.

Данные представлены в таблице 6 и на рис.5.

Из представленных данных видно, что обработка 6-БАП вызывает увеличение высоты растений, однако степень этого влияния зависит от уровня засоления почвы. Больший эффект от обработки 6-БАП получен на растениях, выращенных при 0,2% концентрации NaCl в субстрате, высота которых увеличилась на 14-30%. Прибавка в росте растений, произраставших на почве с 0,1% засолением, составила 14-24%; контрольных растений, обработанных 6-БАП – 12-20%.

Таблица 6. Влияние 6-БАП на высоту растений кукурузы в зависимости от уровня засоления.

Значительная прибавка в росте наблюдается в первые 3 недели после обработки синтетическим аналогом цитокинина, и достигает своего максимума на второй неделе после опрыскивания. Затем разница в высоте растений, опрыснутых 6-БАП и не прошедших обработку, начинает становиться менее заметной.

На рис.5 представлен график ростовых процессов опытных растений. Как видно, максимальной величиной характеризуются растения, выращенные на незасоленной почве и обработанные 6-БАП. Опрыскивание синтетическим аналогом цитокинина в некоторой степени снимает угнетающие действие солей на рост растений, о чем может свидетельствовать тот факт, что растения, выращенные при 0,1% концентрации NaCl и обработанные 6-БАП, оказались в среднем на 12% выше контрольных. Вышесказанное свидетельствует о том, что 6-БАП способствует нормализации ростовых процессов, что говорит о повышении адаптивных возможностей растительного организма. Полученные данные находят отражение в литературе [14, 51].

Рисунок 5. Влияние обработки 6-БАП на рост растений кукурузы в зависимости от уровня засоления.

б) Влияние 6-БАП на содержание воды и водоудерживающую способность в зависимости от уровня засоления.    

  Тенденция по увеличению действия 6-БАП с возрастанием засолённости почвы прослеживалась и в опытах по определению оводнённости листьев кукурузы. Данные представлены в таблице 7.

Таблица 7. Влияние 6-БАП на содержание воды в листьях кукурузы в зависимости от уровня засоления.

Обработка синтетическим аналогом цитокинина вызвала повышение содержания воды по сравнению с контролем. Причём у контрольных растений она составила в среднем  1,1%, выращенных на субстрате с 0,1% засолением – 2,1%; при 0,2% засолении – 3,1%.

Что касается показателей водоудерживаюшей способности, то их увеличение под действием 6-БАП оказалось незначительным и составило менее 1% (табл.8).

Таблица 8. Влияние 6-БАП на водоудерживающую способность листьев кукурузы в зависимости от уровня засоления.

в) Влияние 6-БАП на интенсивность транспиации в зависимости от уровня засоления.    

Данные представлены в таблице 9 и на рисунке 6.

Повышение содержания воды в листьях кукурузы после обработки 6-БАП коррелирует с уменьшением интенсивности транспирации. Так для контрольных растений, обработанных 6-БАП, снижение транспирации составило от 22 до 55,8%, по сравнению с необработанными. Для растений, произраставших при 0,1% засолении, эти цифры составляют 17,2-57,6%; при 0,2% - от 33,8 до 62%.

Таблица 9. Влияние 6-БАП на интенсивность транспирации листьев кукурузы в зависимости от уровня засоления.

Максимальное снижение интенсивности транспирации при обработке синтетическим аналогом цитокинина наблюдается у растений, выращенных при 0,2% концентрации NaCl в субстрате, что подтверждает тенденцию по увеличению влияния 6-БАП с возрастанием степени засоления.

Рисунок 6. Влияние обработки 6-БАП на интенсивность транспирации листьев кукурузы в зависимости от уровня засоления.

г) Влияние 6-БАП на анатомо-морфологическую структуру в зависимости от уровня засоления.

Обработка 6-БАП повлияла не только на ростовые и водные показатели растений кукурузы, но затронула и анатомо-морфологическую структуру.  Данные приведены в таблице 10. Так, если говорить о листе, то, прежде всего, под влиянием цитокинина произошло увеличение размеров листовой пластинки, ширины моторных клеток и проводящих пучков; также увеличилась длина замыкающих клеток устьиц и покровных клеток эпидермы. В то же время, под влиянием 6-БАП произошло уменьшение толщины мезофилла, при сохранении числа рядов клеток, а также снизилась толщина эпидермы. Что же касается числа жилок, то их количество увеличилось только у растений, выращенных при 0,2% засолении; обработка 6-БАП не сказалась и наширине замыкающих клеток устьиц.

Некоторые изменения наблюдались и в анатомо-морфологической структуре стебля кукурузы. Под влиянием цитокинина произошло незначительное увеличение длины и диаметра междоузлия. Более значительным изменениям подверглись проводящие пучки, длина которых увеличилась, при одновременном уменьшении ширины. Также увеличивается ширина флоэмы и ксилемы, и диаметр сосуда метаксилемы, в то время как размеры клеток обкладки уменьшаются.

Однако, исходя из полученных результатов, не была выявлена какая-либо закономерность действия 6-БАП с увеличением концентрации соли. Поэтому данный вопрос требует дальнейшего изучения.

ВЫВОДЫ

1. Фактор засоления отрицательно сказывается на жизнедеятельности растений кукурузы. Засоление приводит к подавлению ростовых процессов, снижению оводнённости, водоудерживающей способности  и интенсивности транспирации листьев кукурузы. В анатомо-морфологической структуре ассимиляционной поверхности наблюдаются закономерные изменения в сторону усиления ксероморфизма.

2. Величина отрицательного влияния засоления находится в прямой зависимости от концентрации соли в субстрате.

3. Обработка 6-БАП снимает угнетающее действие солей и способствует нормализации ростовых процессов, увеличению содержания воды и водоудерживающей способности, а также снижению интенсивности транспирации, что говорит о повышении адаптивных возможностей растительного организма.

4. Степень положительного влияния 6-БАП зависит от уровня засоления почвы. Максимальный эффект от обработки наблюдается у растений, выращенных при 0,2% концентрации NaCl в субстрате.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    

2.     Артемьева С.С, Солодилова О.С. Активность и изоферментный состав пероксидазы у С₃- и С₄- растений при солевом стрессе.//Тезисы участников 6-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология – наука XXI века», 2002

3.     Ахиярова Г.Р., Веселов Д.С. Гормональная регуляция роста и водного обмена при засолении. .//Тезисы участников 6-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология – наука XXI века», 2002

4.     Балконин Ю. В., Строганов Б. П. Значение солевого обмена в солеустойчивости растений.//Проблемы солеустойчивости растений, - под ред. акад. ВАСХНИЛ Имамалиева А. И., - Ташкент, - изд-во «ФАН» Узбекской ССР, - 1989., - с. 45-64

5.     Вавилов П. П. Растениеводство, - 5-е изд. - М.: Агропромиздат, - 1986

6.     Васильев А. Е., Воронин Н. С., Еленевский А. Г. Ботаника: Морфология и анатомия растений. – (Учеб. Пособие для студентов пед. ин-тов по биол. и хим. спец.), - 2-е изд. Перераб. – М.: Просвещение, - 1988., - 480 с., ил.

7.     Верзилов В.Ф. Регуляторы роста и их применение в растениеводстве. - М.: Наука, - 1971

8.     Войников В. К., Рудиковский А. В., Побежимова Т. П., Варакина Н. Н. Физиологический стресс и стрессовые белки растений.//Второй съезд Всесоюзного общества физиологов растений: Тезисы докладов II ч., - М., - 1992., - 316 с.

9.     Гамбург К.З.  Регуляторы роста и рост растений. -  М.: Наука, - 1964

10.Дерфлинг К. Гормоны растений. – М.: Мир, - 1985

11.Достанова Р. Х. Фенольный комплекс растений при засолении среды.//диссерт. на соискание ученой степени д. б. н. в форме научного доклада, - Новосибирск, - 1994.

12.Йонева Ж., Петров-Спиридонов А. Е. Биометрические показатели и осмотический потенциал органов растений в условиях хлоридного засоления.//Известия ТСХА, выпуск 3, - 1985, - с. 120-125

13.Кабузенко С. Н., Горшенков А. В., Володькина Л. С. Влияние хлоридного засоления и цитокинина на митотическую активность корней пшеницы и кукурузы // Физиол. и биохимия культурных растений. - 1995. - Т. 27, N1-2. - С.31-35.

14.Калинина Н. А., Драговоз И. В., Яворская В. К. Фитогормональный баланс корней кукурузы на фоне действия хлоридного засоления и 6-БАП.//Ученые записки ТНУ, Том 14 (53) № 1, 2002

15.Калинина Н.А., Кабузенко С.Н. Действие хлоридного засоления и регуляторов роста на содержание белка и активность пероксидазы в корнях кукурузы. //Ученые записки ТНУ, Том 13 (52) № 2, 2002

16.Касумов Н. А. Физиолого-биологические аспекты механизма действия солей на растительный организм. – Баку, - 1983., - 142 с.

17.Кидрей Т. А. Устойчивость С₄ растений к засолению среды корнеобитания.//Вопросы экологии Волжско-Окского междуречья: Межвузовский сборник научных трудов. – Ковров: КГТА, - 1999, - с. 80-83

18.Клышев Л. К. Биохимические и молекулярные аспекты исследования солеустойчивости растений.//Проблемы солеустойчивости растений, - 1989., - 195 с.

19.Кудоярова Г. Р., Теплова И. Р., Докичева Р. А., Усманова И. Ю., Веселов С. Ю. Влияние 6-БАП на рост и содержание ауксинов в проростках пшеницы и кукурузы.//Иммуноанализ регуляторов роста в решении проблем физиологии растений, растеневодства и биотехнологии, - Материалы III конференции. – Уфа, 2000

20.Кулаева О. Н. Белки теплового шока и устойчивость растений к стрессу.//Статьи Соровского образовательного журнала. Биология, 1997

21.Кулаева О.Н. Гормональная регуляция физиологических процессов у растений на уровне синтеза РНК и белка.  - М., - 1982

22.Кулаева О.Н. Цитокинины, их структура и функции. - М.: Наука, - 1973

23.Летние практические занятия по физиологии растений. – М.: Просвещение, - 1973., - 274 с.

24.Лебедев С. И. Физиология растений. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1988, - с. 519

25.Лосева А. С., Петров-Спиридонов А. Е. Устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды. – М.: - изд-во МСХА, - 1983., - 47 с.

26.Луценко Э. К., Федюкина Е. М. Функционирование меристем и накопление ионов у растений при разных уровнях засоления.//Известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы. Естественные науки, - 1987., - №3, - с. 17-18

27.Минаев С. В., Солдатов С. Е., Таланова В. В., Титов А. Ф. Исследование реакции проростков огурца и пшеницы на хлоридное засоление.//Биологические исследования растительных и животных систем. - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, - 1992, - с. 17-23

28.Михайловская И. С. Строение растений в связи с условиями жизни: учеб. Пособие для студентов-заочников биологических факультетов пединститутов. - изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Просвещение,  1977, - с. 81-86.

29.Муромцев Г. С. и др. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений. -  М.: Агропромиздат, 1987

30.Овсянникова Е.Н. Особенности гормональной регуляции ростовых процессов у растений огурца.//Физиологические основы ростовых процессов, - М.: МОПИ, - 1986.

31.Полевой В. В. Физиология растений: Учеб. для биол. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1989, – с. 428-430.

32.Полевой В.В. Фитогормоны. -  Л.: ЛГУ, - 1982

33. Похлебаев С.М. Изменение функциональной активности хлоропластов ячменя и пшеницы под действием цитокинина.//Доклады ВАСХНИЛ, 1981.

34.Пушкина Г.П. Влияние гибберелина и кинетина на процесс синтеза и разрушения хлорофилла в проростках кукурузы. - М.: МОПИ, - 1973

35.Ростунов А.А. Влияние азотного питания и фитогормонов на физиологические процессы и рост двух сортов озимой пшеницы разной продуктивности. - М.: 1990

36.Серебряков И. Г. Морфология вегетативных органов высших растений. – М.: «Советская наука», - 1952., 391 с.

37.Ситникова О.А., Гриненко О.А., Силкова Л.Г. Регуляторы роста и их действие на растения. - М.: МОПИ, - 1967

38.Строганов Б. П. Метаболизм растений в условиях засоления // 33-е Тимирязевское чтение. – М.: 1973, - 51 с.      

39.Строганов Б. П. Растения и засоление почвы. – изд-во АНСССР. – М.: - 1958., - 68 с.

40.Строганов Б. П., Кабанов В. В., Шевяков Н. И., Лапина Л. П., Комирезко Е. И., Попов Б. А., Достанова Р. Х., Приходько Л. С. Структура и функции клеток при засолении. – М.: Наука, - 1970., 318 с.

41.Таланова В.В., Титов А.Ф., Минаева С.В., Солдатов С.Е. Раздельное и комбинированное действие засоления и закаливающих температур на растения. // Физиология растений. 1993. Т.40. Вып.4. С.584–588.

42.Удовенко Г. В. Солеустойчивость культурных растений. – Л., - 1977., - 216 с.

43.Федяева Т. Ю., Петров-Спиридонов А. Е. Биометрические показатели у кукурузы при постоянном и прогрессирующем хлоридном засолении.//Известия ТСХА, выпуск 3,- 1988., - с. 99-103

44.Чуйкова Л.В. Влияние регуляторов роста на физиолого-биохимические процессы и продуктивность кукурузы.//Регуляторы роста растений, - Воронеж, - 1964

45.Чуйкова Л.В. Особенности физиологического действия регуляторов роста при опрыскивании полевых культур в целях повышения их продуктивности.// автореф. дис. На соискание уч. степ. к.б.н., - Воронеж, - 1964

46.Чухлебова Н. С., Беловолова А. А. Особенности микроскопического строения вегетативных органов кукурузы при засолении почвы.//Применение удобрений, микроэлементов и регуляторов роста в сельском хозяйстве. – Сборник научных трудов.- Ставрополь, - 1993., с. 45-47

47.Шевякова Н. И. Метаболизм и физиологическая роль пролина в растениях при водном и солевом стрессе.//Физиология растений, - 1983., Т. 30. Вып. 4, - с. 768-781

48.Якушкина Н. И. Физиология растений: Учеб. Пособие для студентов биол. Спец. пед. ин-тов. – М.: Просвещение, - 1980., - 303 с., ил.

49.Якушкина Н.И. Фитогормоны и их действие на растение. - М., - 1982

50.Якушкина Н.И., Пушкина Г.П. Изменение интенсивности фосфорилирования в проростках кукурузы под действием гибберелина и кинетина.// Физиология растений, - 1975., Т. 22. Вып. 6

51.Atanassova L., Pissarska M., Stoyanov I. Cytokinins and growth responses of maize and pea plants to salt stress.//Bulg. J. Plant Physiol. – Sofia, 1996, Vol. 22 №1/2, - р. 22-31

ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис. 1. Строение растения куку­рузы.

1 - метелка, 2 - лист; 3 - рыльца, 4 - початок, 5 - листовая обертка по­чатка,

6  - влагалище листа, 7 – стебель, 8 – воздушные корни, 9 – корневая система.

Рис.2. Соцветия кукурузы:

1 - мужское (метелка и колосок);

 2 – женское.