494.влияние биологически активных веществ на рост и развитие овощного амаранта

На правах рукописи

ПЕШКОВА Алиса Михайловна

ВЛИЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ОВОЩНОГО АМАРАНТА

Специальность: 06.01.05 - селекция и семеноводство 06.01.06 — овощеводство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 2004 Г

\

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Работа выполнена во ВИТИИ селекции и семеноводства овощных культур, полевые опыты проводились на базе Тульского государственного педагогического университета им. Л.Н. Толстого в 2001 - 2004 гг. Научные руководители: Доктор биологических наук, лауреат Государственной Премии РФ в области науки и техники, Гинс М.С. кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Мельник Л.С.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных паук, старший научный сотрудник Мамедов М.И. кандидат биологический наук, доцент Лысенко Г.Г.

Ведущая организация: Российский университет дружбы народов.

Защита состоится _ декабря 2004 г. в ^ часов на заседании диссертационного совета Д 220. 019. 01 во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур (143080, Московская область Одинцовский район, п/о Лес-

. ной городок, пос. ВНИИССОК) Факс (095) 599-22-77, e-mail: [email protected]

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ВНИИССОК

Автореферат разослан _ ноября 2004 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор с.-х. наук, профессор ^^/^ У Добруцкая Е.Г.


mailto:[email protected]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Проблема питания является социальной пробле

мой: обеспеченность населения сбалансированными продуктами питания нередко влияет в определенной мере на политическую активность людей. В настоящее время резко уменьшена физическая нагрузка, в связи с научно-техническим прогрессом, следовательно, пища должна быть более сбалансирована по содержанию белков, углеводов, жиров и биологически активных веществ, в число которых входят не только витамины, но и антиокислители.

В последние годы широко используются биологически активные добавки в пище. В этой связи актуальным является поиск новых растений, являющихся источником биологически активных веществ, из которых можно выделить эти соединения и создать на их основе пищевые добавки. Проблемы рационального растениеводства могут быть решены путем интенсификации использования традиционных видов растений и интродукции новых нетрадиционных видов. К числу наиболее интересных растений универсального использования относится амарант, являющийся международной культурой благодаря высокому содержанию белка, сбалансированного по незаменимым аминокислотам, а также содержанию биологически активных веществ, пектина и масел. Кроме того, амарант является источником антиоксидантов: ама-рантина, каротиноидов, аскорбиновой кислоты. Обладая такими ценными качествами, амараот входит в число растений наиболее перспективных для интродукции на новых территориях, в том числе и в Нечерноземье.

Необходимыми субстратами для синтетических процессов в растении являются аминокислоты. Аминокислоты являются предшественниками в синтезе биологически активных веществ амаранта, например амарантина. В связи с этим, изучение влияния аминокислот как регуляторов роста является достаточно актуальным.

ЦНБ МСХА фонд научной литературы


2 ;

Цель н задачи исследований. Целью данной работы явилось разработ- . ка способов применения в качестве регуляторов роста и развития растений 4-гидроксифенилэтаиола (4-ГФЭ) и аминокислот, таких как фенилаланин, тирозин и пролнн при выращивании овощных сортов амаранта в Нечерноземье.

В связи с поставленной целью были определены основные задачи работы:

1. Определить экспериментальным путем рабочие физиологически активные концентрации; фенилаланина, тирозина, пролина и 4-ГФЭ по посевным качествам семян.

2. Выявить влияние обработки семян амаранта растворами аминокислот и 4-ГФЭ на всхожесть, энергию прорастания и дальнейшие процессы роста и развития растений амаранта.

3. Дать сравнительную характеристику влияния предпосевной обработки семян амаранта фенилаланином, тирозином, иролииом и 4-ГФЭ на активность фотосинтетического аппарата листьев овощного амаранта по следующим показателям: содержанию хлорофилла, интенсивности фотосинтеза, ди- . намика накопления сухого вещества листьями, чистая продуктивности фотосинтеза.

4. Определить сортовые различия реакции растений амаранта на обработку аминокислотами и 4-ГФЭ но образованию биологически активного вещества алкалоидной природы, антиоксиданта^- амарантина.

5. Изучить влияние предпосевной обработки семян амаранта фенилаланином, тирозином, пролнном и 4-ГФЭ на накопление белка в листовой массе овощного амаранта. ••

6. На основании комплексной оценки проанализировать влияние фенилаланина, тирозина, пролина и 4-ГФЭ па особенности обмена веществ овощных сортов амаранта, рассмотреть возможность применения аминокислот и 4-гндроксифенилэтанола при выращивании амаранта в Нечерноземье и опреде-


3

лить наиболее значимые из них для овощных амарантов, что может иметь как теоретическое, так и прикладное значение.

Научна» новизна. В работе впервые изучено влияние 4-ГФЭ и аминокислот - фенилаланина, тирозина и пролина в качестве регуляторов роста и развития, на особенности обмена веществ и продуктивность овощных форм амаранта сортов Дон Педро, Кизлярец и Валентина.

Впервые проведено сравнительное исследование влияния аминокислот на особенности фотосинтеза у амаранта как С4-растения нетрадиционного для Нечерноземья, показано стимулирующее действие аминокислот и 4-ГФЭ на содержание хлорофилла, продуктивность фотосинтеза, содержание амаран-тина, биосинтез белка. Установлено, что при обработке пролином, который является антистрессовой аминокислотой, семена амаранта, имеющие пониженную всхожесть после действия неблагоприятных факторов, повышают энергию прорастания и всхожесть, увеличиваются так же ростовые и физиологические показатели растений, выросших из этих семян. Установлено, что 4-ГФЭ проявляет цитокиииновую активность, активизирует обмен веществ и продуктивные процессы в растениях овощных сортов амаранта.

Практическая ценность работы. Проведенные исследования могут способствовать дальнейшему развитию представлений о влиянии аминокислот и 4-ГФЭ как регуляторов роста на процессы фотосинтеза, на процессы роста и развития амаранта. Полученные результаты имеют теоретическое и практическое значение для дальнейшего исследования аминокислот с целью их использования в практике овощеводства, а в частности - в его новом направлении - селекции овощных культур на повышенное содержать биологически активных веществ и антиоксидантов. Синтетический регулятор роста 4-ГФЭ с цитокининовой активностью можно применять для предпосевной обработки семян амаранта для повышения урожайности листовой массы с высоким содержанием биологически активных веществ.


4

Результаты работы могут быть также использованы в лекционных курсах растениеводства и'физиологии растений, при проведении полевой практики студентов биологических и афономических специальностей.

Апробации работы. Основные положения диссертационной работы докладывали на отчетных сессиях ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур. Материалы диссертации были представлены на IV и V Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования (Пущино, 2001; Пущино, 2003), на III Всероссийской научно-производственной конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Пенза, 2000), на I Международной научно-практической конференции «Растительные ресурсы для здоровья человека» (Москва, 2002), на Международной научно-практической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002). По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на •2.ЧО страницах, включает S* таблиц, 33 рисунков. Состоит из введения," обзора литературы, экспериментальной части, результатов исследований, заключения, выводов, рекомендаций производству, списка литературы и приложений. Список литературы включает 226 наименования, из которых 49 на иностранных языках. ';

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ',• Исследования проводили в период с 1999 по 2004 гг. на кафедре ботани->

ки и технологии растениеводства Тульского государственного педагогического университета им. Л.Н. Толстого и на Биоэкологнческои станции ТГПУ. Cs 2001 по 2004 гг. - в лаборатории интродукции и семеноведения ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур РАСХН.


5

Объектами исследования явились сорта амаранта Кизлярец, Дон Педро и Валентина. Сорт Кизлярец относится к кормовым и зерновым сортам, но молодые нежные листья Кизлярца могут использоваться в пищу в качестве овоща, поэтому в нашей работе мы рассматриваем этот сорт как овощной.

Семена амаранта для лабораторных и полевых опытов и препараты аминокислот тирозина, фенилаланина и пролина были предоставлены ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур.

В работе использованы общепринятые физиологические и биохимические методики (Третьяков, 2003). Содержание хлорофиллов а и b определяли на спектрофотометре SPEKORD М-40. Анатомическое строение листа изучали на микросрезах с использование микроскопа БИОЛАМ ЛОМО при увеличении 120 крат. Для иллюстрации анатомического строения листьев и стебля амаранта использовали телевизионно-компьютерную установка, состоящую из микроскопа, телекамеры и компьютера (увеличение в 130 крат).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили на ПЭВМ с использованием программы Statistica 5,5 А (серийный номер AXXR 305B980121FA).

Растительный материал выращивали на территории Тульской области. Определение физиологически активной концентрации регуляторов рос

та и развития растений амаранта — аминокислот пролила, тирозина и фенилаланина и 4-ГФЭ

Несмотря на высокую экологическую пластичность и устойчивость амаранта, выращивание его в Нечерноземной зоне России сопряжено с определенными трудностями, обусловленными климатом, видами почв, в том числе температурным режимом. Семена амаранта обычно обладают высокой всхожестью (до 95 %), но в условиях Тульской области часто происходит неравномерное созревание семян в метелках, что понижает общий процент всхожих семян. Кроме того, семена амаранта могут иметь пониженную всхожесть


6

из-за поздних весенних заморозков, которые имеют место в Тульской облас

ти, а также из-за неправильного или слишком длительного хранения. Поэтому

важным этапом в технологии возделывания амаранта в условиях Нечернозе-•<

мья является предпосевная обработка семян стимуляторами, повышающими :•

всхожесть и энергию прорастания семян.

Первым этапом эксперимента стало определение рабочих концентраций

аминокислот и 4-ГФЭ. Определение было проведено путем замачивания семян

вышеперечисленных сортов амара1гга в растворах фенилаланина, тирозина,

пролина и 4-ГФЭ в концентрациях от 10"4 до 10'* %. Концентрации 10'3 и 10"7 %

явились ингибирующнмн для растений амаранта, семена имели низкую всхо

жесть или не прорастали. По всхожести семян судили об оптимальной рабочей

концентрации. Проращивание семян проводили при комнатной температуре

(20° С), при пониженной температуре (4 С - нижняя полка холодильника) и при •

повышенной температуре (33-34СС - термостат).

Рабочими концентрациями аминокислот и 4-ГФЭ стали следующие: для

тирозина - 10 5 %, фенилаланина - 10"6 %, пролина - 10"3 %, 4-

гидроксифеннлэтанола - 10"5 %.

Энергия прорастания семян амаранта сорта Дон Педро, обработанных

тирозином, пролииом, феннлалаиином и 4-ГФЭ в вышеуказанных концентра

циях — на 28%, 29,6 % , 24% и 28 % соответственно больше, чем в контроле;

у сорта Кнзлярец - соответственно, на 30,9%, 90,4 % , 9,5% и 85,7%; у сорта

Валентина на 48,9 %, 63,2 %, 55,1 % и 69,2 % соответственно.

Отмечено также стимулирующее действие и на всхожесть семян данных

сортов: у сорта Дон Педро обработка семян тирозином, пролином, фешшала-

нином и 4-ГФЭ привела к повышению их всхожести по отношению к контро

лю на 28,0 %, 29,6 %, 24,0 5 и 28,0 % соответственно; у сорта Кизлярец - на

27,2 %, 104,5 %, 9,0 % и 27,2 % соответственно; у сорта Валентина - на 45,5

%, 58,1 %, 41,8 % и 47,3 % соответственно (табл. 1).


7

Таблица 1

Всхозкестъ и энергия прорастания семян амаранта, обработанных тирозином и фенилапаиином в оптимальных концентрациях (",'•>)

Варианты опыта Оперши прорастании

"о к контролю Всхожесть % к контролю

А. Дон Псдро Контроль

Тирочин(Ю^) Пролик(10*)

Фенилаланин (10*) 4-ГФЭ (10 3 )

54±0.2 69±0,3 70±0,3 67+.0.3 69+0.3

100 128.0 129,6 124,0 128.0

55+0.1 71 ±0.3 85+0,2 69±0,4 84+0.3

100 129.0 154,5 125,4 152,7

А. Кигырец Контроль

Тирозин (10"') ПролинОО5)

Фенилаланин (10 *) 4-ГФЭ (10 5 )

42+0.1 55+0.1 S0±0,3 46+0.3 7S+A3

100 130.9 190,4 109,5 185,7

44+0.4 • 56±0.1 90*0,3 48+0.2 56+Д1

100 127.2 204,5 109.0 127,2

A. Baiennnma Контроль

Тирозин (10'') ПролинПО^)

Фенилаланин (10*) 4-ГФЭ (10-5)

49±0,1 73±0,4 S0+0.4 76+0,3 83+0.2

100 148,9 163.2 155,1 169,3

55±0,2 80±0,3 87±0,3 78+0,5 81+0.2

100 145,5 158.1 141,8 147,3

Полученные результаты свидетельствуют, что 4-ГФЭ повышает способность клеток зародыша семени притягивать подвижные метаболиты из окружающих запасных тканей, способствует выходу семян из состояния покоя, повышает всхожесть семян и дружность всходов. Аминокислоты тирозин и фенилаланин усиливают интенсивность процессов дыхания и активгоируют работу ферментов зародыша семени. Пролин проявляет свойства антистрессовой аминокислоты и позволяет семенам амаранта преодолеть действие неблагоприятных факторов, таких как стишком высокая или низкая температуры. Благодаря действию гтролина всхожесть и энергия прорастания была достаточно высокой как в термостате при температуре 33-34° С, так и в холодильнике при температуре 4° С.


8

Дальнейшие исследования проводили на проростках и растениях, выра-• щенных из семян обработанных изучаемыми регуляторами роста при темпе

ратуре 20° С. Или и и и с обработки растворами аминокислот и 4-ГФЭ на рост и развитие^

приростков амаранта '. Обработка регуляторами сказывалась и на дальнейшем росте и разви-;

тин растений амаранта. Из-за малой массы семян стартовый рост амаранта: сильно замедлен п через неделю после прорастания амарант имеет период5

«скрытого роста». В этот период проростки наиболее уязвимы к действию: внешних факторов, их рост подавляется сорняками. i'

Анализ полученных результатов показхч, что аминокислоты и 4-ГФЭ положительно влияют на ростовые параметры 15, 30 и 45-ти суточных проростков амаранта сортов Валентина, Дон Педро и Кизлярец. •1

Высота 15, 30 и 45-ти суточных проростков под влиянием растворов; аминокислот оптимальной концентрации по отношению к контролю увеличивается в среднем для трех сортов на 40,8 % при обработке тирозином, на • 53,9 % при обработке фенилаланином, на 78% при обработке пролином и на * 88,2 % при обработке 4-ГФЭ. Наибольшее влияние здесь оказывают пролин и 1 4-ГФЭ. Под влиянием аминокислот происходит увеличение таких ростовых • параметров как: высота растений, длина корня, масса проростков, биомасса листьев у 15-ти суточных проростков амаранта (рис. 1).

Длина корня увеличивается по отношению к контролю: у сорта Дон Педро под влиянием тирозина на 1,4 см, фениалашша на 1,3 см, пролина на " 1,2 см; 4-ГФЭ на 1,7 см; у сорта Кизлярец под влиянием тирозина на 1,6 см, фениаланина на 1,1 см, пролина на 1,5 см; 4-ГФЭ на 1,7 см; у сорта Валентина иод влиянием тирозина на 1,1 см, фениаланина на 1,3 см, пролина на 1,2 см, 4-ГФЭ на 1,5 см.


(Л)

(Б)

Я * '%к

Мри4*<"Ы СПаГО

• контроль • тирад** • 4е*и*лдлд»*ин П гролин И4-ГФО i 1 ( В )

Рисунок I. Влияние обработки семян растворами 4-ГФЭ и аминокислот в оптимальной концентрации на высоту (Л), длину корня (Б) и сухую массу (В) 15-ти дневных проростков амаранта

Длина корней, изменяющаяся пол влиянием регуляторов роста, свидетельствует о стимулировании корнеобразовання овощных сортов амаршгга, особенно в вариантах с тирозином и 4-ГФЭ.

Сухая масса 15-ти суточных проростков также возрастет по отношению к контролю: у сорта Дон Пелро под влиянием тирозина на 57 мг, феннадани-


10

на на 75 мг, пролина на 77 мг; 4-ГФЭ на 79 мг; у сорта Кизлярец под влияни

ем тирозина на 70 мг, фениаланнна на 63 мг, пролина на 74 мг; 4-ГФЭ на 77

мг; у сорта Валентина под влиянием тирозина на 39 мг, фениаланина на 30

мг, пролина на 35 мг, 4-ГФЭ на 40 мг.

Анализ данных показал, что обработка семян овощного амаранта амино

кислотами и 4-ГФЭ усиливает ростовые процессы, способствует преодоле

нию критического периода, вследствие этого, в фазу активного роста вступа

ют наиболее приспособленные растения. Так, у 45-ги суточных растений вы

сота надземной части составляла: у сорта Дон Педро в контроле 13,5 см, под

влиянием тирозина.— 20,2 см, фенилаланина - 16,6 см, пролина - 20,2 см и

под влиянием 4-ГФЭ - 20,3 см; у сорта Кизлярец в контроле 16,7 см, иод

влиянием тирозина — 25,4 см, фенилаланина - 24,4 см, пролина - 26,7 см и

под влиянием 4-ГФЭ - 27,0 см; у сорта Валентина в контроле 12,7 см, под

влиянием тирозина — 18,5 см, фенилаланина - 20,2 см, пролина - 23,2 см и

под влиянием 4-ГФЭ - 23,6 см.

В конце фазы вегетативного роста наблюдается активное ветвление и на

ращивание биомассы листьев. Различия высоты надземной части растений

становятся все более заметными, так как возрастает интенсивность роста.

Пролонгированное стимулирующее действие проявляют все изучаемые регу

ляторы роста. Цитокнниновая активность 4-ГФЭ проявляется в усилении ми-

тотических процессов, активном росте клеток растяжением (Кулаева и др.,

1982). Возможное действие тирозина и фениаланина заключается в повыше

нии фонда свободных аминокислот в растении амаранта, в меньшей степени

происходит конкуренция за L-тирозин между процессами лигнификации и

биосинтезом амарантина и фенольных соединений в растениях овощных сор

тов амаранта (Коненков, Гинс В.К., Гинс М.С, 1999). Наращивание биомассы

растений коррелирует с интенсивностью ростовых процессов, и, следователь

но, также зависит от стимулирующего влияния аминокислот и 4-ГФЭ.


11

Урожайность биомассы растений с одного квадратного метра у 115-тн суточных растений колеблется у сорта Дон Педро от 5,8 кг/м2 в контроле до 6,7 кг/м2 при обработке тирозином, до 7,3 кг/м2 под действием фенилалшшна, до 7,5 кг/м2 под действием пролина и до 7,6 кг/м2 под действием 4-ГФЭ; у сорта Валентина - от 4,2 кг/м2 в контроле до 5,1 кг/м2 при обработке тирозином, до 5,2 кг/м2 под действием фенилаланина, до 5,3 кг/м2 под действием пролина и до 5,6 кг/м2 под действием 4-ГФЭ; у сорта Кизлярец - от 7,5 кг/м2 в контроле до 8,1 кг/м2 при обработке тирозином, до 9,1 кг/м2 под действием фенилаланина, до 9,8 кг/м2 под действием пролина и до 10,2 кг/м2 под действием 4-ГФЭ.

Влияние обработки растворами 4-ГФЭ и аминокислот на изменение показателей фотосинтеза овощного амаранта В основе продукционных процессов, ведущих к созданию урожая, ле

жит ассимиляция углекислого газа, образование органических веществ, т.е. фотосинтетическая деятельность растений (Ничинорович, 1982). Из литературных данных известно, что рост и развитие растений находятся в прямой зависимости от интенсивности фотосинтеза. Поэтому в нашей работе мы определяли величину интенсивности и чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) амаранта, изменяющихся под влиянием регуляторов роста — аминокислот тирозина, фениаланина и пролина и 4-ГФЭ.

Величина интенсивности фотосинтеза тесно связана с величиной и продолжительностью работы листового аппарата. Урожайность растений зависит от массы надземной части растения, массы листьев, более высокой величины фотосинтетического потенциала, то есть, можно сказать, что у растений, увеличение биомассы которых было максимальным, процесс фотосинтеза был наиболее эффективным. Подтвердить это можно, определив, какие изменения происходят в процессе фотосинтеза у растений амаранта овощных сортов под влиянием обработки стимуляторами роста (табл. 2).


н

12

Таблица 2 Влияние тирозина, фениаланина, пролина и 4-ГФЭ на интенсив-'1

часть и чистую продуктивность фотосинтеза листьев амаранта. -'

Нарианты опыта Интенсивность

фотосинтеза (мг/см2хч)

% к контролю

Чистая продуктивность фотосинтеза ЧПФ г/м1 в СУТКИ

V. к контролю

А. Дон Педро Контроль

Тирозин (10J) Фениалалин(10(')

Пролин (10J) • 4-ГФЭ (10 s)

0.61*0.3 0,70+0,2 0.66*0,2 0.67£0.2

. 1,40*0.5

100 114,75 10S.2 109.8 229,5

2.3*0.5 2.8*0.2 3.1*0,1 3,4*0.2 3.6*0,6

100 121,7 134.8 • 147,8 156.5 ••

А. Кизлярец Контроль

Тирозин (10 5) Фениаланин(106)

Пролин^Ю1) 4-ГФЭ (10 ^

0,69*0.2 0,73*0.1 0.75*0,1 0.78*0,3 1.50*0.1

100 105.8 108,7 113,0 217.3

2.8*0.2 3.5*0.1 3.8*0.4 4,1*0.2 4.5*0.1

100 125,0 • 135,7 146,4 160.7

А. Валентина Контроль

Тирозин (10ь) Фениаланин(104)

Пролин (10^) 4-ГФЭ (10 s)

0.69*0,1 0,70+0.3

• 0.70*0,3 0.71±0.1 1.44*0.1

100 10S.6 108,6

. 102.9 205.7

2.6*0.1 2.9*0,3 3,4*0,4 3,7±0.1

. • 3.9*0.1

100 111.5 130.8 142.3 150.0

Максимальное значение интенсивности фотосинтеза наблюдается при? обработке растений 4-ГФЭ: у сорта Дон Педро — 229,5 % к контролю, у сорта ч

Кизлярец - 217,3 % и у сорта Валентина - 205,7 %. Сорт Кизлярец характеричуется Солее высокой интенсивностью фото

синтеза, чем красноокрашенныс сорта Валентина и Дон Педро. Это можно : объяснить тем, что процесс фотосинтеза тесно связан с формированием биомассы. Красноокрашенные виды уступают зеленоокрашенному Кизлярцу по . интенсивности ростовых процессов. Продуктивность растений, во многом определяемая интенсивностью фотосинтеза, находится в тесной связи с интенсивностью роста и развития. Величину продуктивности фотосинтеза можно увеличивать внесением экзогенных регуляторов. Применение ростостиму- • .пирующих веществ, таких как 4-ГФЭ и аминокислот тирозина, феннлаланина


J

13

и иролина в сельском хозяйстве может дать хороший экономический эффект. Кроме того, хорошим показателем роста и развития растений амаранта является величина чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), которая также была определена в нашей работе. ЧПФ тесно связана с величиной и продолжительностью работы листового аппарата. Полученные данные свидетельствуют, что растения амаранта изучаемых сортов, обработанные растворами аминокислот и 4-ГФЭ отличаются большей высотой и биомассой, характеризуются большей урожайностью листьев и активностью фотосинтетического аппарата по сравнению с контрольными растениями. Аналогичные закономерности были получены при изучении чистой продуктивности фотосинтеза (табл. 2).

Влияние обработки растворами аминокислот и 4-ГФЭ па содержание фотосинтетнческих пигментов и амарантина в листьях амаранта

От содержания фотосинтетических пигментов - хлорофиллов - зависят эффективность функционирования фотосинтетического аппарата, фого-синтетическая и биологическая продуктивность растений. Фотосинтетическая продуктивность растений, в конечном счете, определяется эффективностью преобразования световой энергии в хлоронластах, скоростью образования фогосинтетических метаболитов и использованием их на ростовые процессы и биосинтез вторичных соединений.

В листьях амаранта в большом количестве накапливается вторичное соединение - амарантин. Его предшественниками являются D-глюкоза и L-тирозии — фотосинтетическне метаболиты, которые используются и на ростовые процессы, и на биосинтез амарантина. Можно предположить, что эти конкурирующие процессы будут снижать ростовые показатели и массу растений амаранта. Активный синтез пигмента в процессе вегетации растения способен снижать биологическую продуктивность амаранта по биомассе.


14

Проведя серию экспериментов на растениях овощного амаранта, удалось установить влияние регуляторов роста - 4-ГФЭ и аминокислот тирозина, фенилаланина и пролина - на концентрацию пигментов амаранта - хлорофнллов «а» и «Ь» и амарантииа - в надземной части растения. Данные представлены в таблице 3 и на рис. 2. Наибольшее количество хлорофнллов «а» и «Ь»' содержит зеленоокрашенный сорт Кизлярец. Сильное стимулирующее действие из аминокислот в этом случае оказывает фенилаланин: содержание хлорофилла «а» увеличивается по отношению к контролю на 64 %; содержание хлорофилла «Ь» увеличивается на 15,7 % по отношению к контролю.

Таблица 3

Влияние аминокислот и 4-ГФЭ на содержание хлорофилла в сухих

листьях амаранта Показатели

Варианты опыта

Хлорофилл, «а» (мг/г)


Хлорофилл «Ь» (мг/г)


А. Дон Педро Контроль Тирозин (10°) Фенилаланин (10*) Пролин(10 5 ) 4-ГФЭ (10 >)

5.08 5,84-6.58 5,97 7,22

100 115.0 129,5 117,5 142,1

3,11 3.60 3.87

' 3 , 5 0 4.91

100 114,6 124,4 114,3 157,9

А. Кихшреи Контроль Тирозин (10 ь) Фенилаланин (10*) Пролин(10°) 4-ГФЭ (10 >)

5.56 9,07 9,12 9.07 11.21

100 162,4 164.0 162,4 201.6

3.12 3.56 3.61 3.42 3,94

100 114.1 115.7 102.8 126.8

А. Валентина Контроль Тирозин(10°) Фенилаланин (10'*) Пролин(10'3) 4-ГФЭ (10-5)

5.68 6.19 7.51 7,06 8.01

100 108.9 132,2 124,3

. 141,0

2.73 3.01 3.08 2,88 3.11

100 110.25 112.8 105.5 113,9


15

У растений сорта Дон Педро аминокислоты оказали неоднозначное

действие на накопление хлорофилла «а» в хлоропластах: фенилаланин также

оказал самое сильное влияние - увеличил содержание пигмента на 29,5% по

отношению к контролю. Содержание хлорофилла «Ь» увеличилось на 24,4 %

к контролю.

При обработке семян сорта Валентина фенилаланино.м, в листьях так

же наблюдали повышение содержание хлорофилла «а» на 32,2 % и повыше

ние содержания хлорофилла «Ь» на 12,8 % по отношению к контролю.

Пролин также оказал стимулирующее действие на содержание хлоро-

филлов: под влиянием обработки раствором этой аминокислоты происходит

увеличение содержания хлорофилла «а» в листьях овощных сортов амаранта

в среднем на 34,8 % по отношению к контролю; хлорофилла «Ь» в среднем на

7,5 %.

Анализ полученных данных показал, что при обработке семян раство

ром 4- ГФЭ происходит значительное увеличение содержания хлорофиллов

«а» и «Ь» по отношению к контролю в листьях растений амаранта овощных

сортов: у сорта Дон Педро на 42,1 % и 57,9 % соответственно; у сорта Кизля-

реп на 101,6 % и 26,8 %; у сорта Валентина на 41 % и 13,9 %.

Многие исследователи относят 4-ГФЭ к нитокининовым регуляторам

роста по направленности физиологического действия (Иванова, Кириллова,

Смолыгина, Сердюк, Назарова, 2003). Показано, что цитокншшы увеличива

ют количество хлоропластов и улучшают их структурность, а также увеличи

вают содержание хлорофилла за счет усиления биосинтеза и увеличения ак

тивности, ферментов ответственных за синтез пигментов.

Накопление амарантина зависит от интенсивности фотосинтетических

процессов. Об этом свидетельствуют результаты, полученные при обработке

семян растворами аминокислот и 4-ГФЭ. При этом обнаруживается повыше

ние содержания амарантина в листьях сортов Валентина и Дон Педро (рис. 2).


J6

'•• '•' На накопление амарантнна в листьях растений амаранта аминокислоты оказывают следующее воздействие: • •

У сорта Валентна тирозин увеличивает содержание амарантнна на 45 %", фенилаланин - на 48 % по отношению к контролю; у сорта Дон Недро: тирозин - на 2 %, фенилаланин - на 11 %.

Тогда как, раствор пролина в меньшей мере влияет на накопление амарантииа в листьях амаранта: •

- у сорта Дон Педро содержание амарангина по отношению к контролю увеличивается на 1,2 %; . .

у сорта Валентина — на 8,6 % ,

А. Дон Педро А. Кизлярец А. Валентина варианты опыта

|Пконтх>ль Итирозцн П фенилаланин Рпролин И4-ГОЭ

Рисунок 2. Влияние обработки аминокислотами и 4-ГФЭ на содержание амарантииа в биомассе различных образцов овощного амаранта.

В клетках амаранта сорта Кизлярец, содержащих небольшое количество амарантнна, под действием аминокислот начинался усиленный синтез амарангина, процентное содержание когорого превышало уровень пигментов


17

у краспоокрашенных сортов. Синтез амарантина начинался даже в тех тканях листа и стебля, где в контроле амарантина нет.

У сорта Кизлярец irpn обработке тирозином содержание амарантина возрастало на 48 % по отношению к контролю, фенилаланином — на 36 %. Пролин оказал меньшее стимулирующее влияние - содержание амарантина возросло на 5,4 % по отношению к контролю.

Увеличение содержания амарантина под действием обработки растворами аминокислот тирозина и фенилаланина можно объяснить, так как предшественниками бетацианиновых пигментов являются L-тирозин и дигидрок-сифеналаланин (Кононков, Гинс В.К., Гинс М.С, 2003). Увеличивая фонд предшественников амарантина, можно индуцировать синтез бетацианинов под влиянием биологически активных веществ.

Содержание красного пигмента амарантина алкалоидной природы также повышается под влиянием обработки раствором 4-ГФЭ: у сорта Дои Педро уровень амарантина возрастал на 33,3 % по отношению к контролю; у сорта Кизлярец - на 71,2 %; у сорта Валентина - на 22,9 %.

У красноокрашенных сортов Валентина и Дон Педро синтез амарантина начинается сразу после прорастания семян и под влиянием 4-ГФЭ усиливается после образования настоящих ассимилирующих листьев, особенно у растений сорта Дон Педро. Под влиянием 4-ГФЭ накопление амарантина начинается в мезофилле молодых листьев даже зеленоокрашенного сорта Кизлярец. Это может иметь значение в дальнейшей селекции овощных сортов амаранта, огбираемых по уровню накопления амарантина. Кроме того, увеличение концентрации амарантина очень важно для сортов, которые могут быть использованы в качестве сырья для производства пищевых красителей и биологически активных добавок.


18

Влияние обработки растворами аминокислот н 4-ГФЭ на содержание белка в красно-фиолетовых и зеленых листьях амаранта

Ценность овощных сортов амаранта определятся, прежде всего, содержанием белка с высоким содержанием незаменимых аминокислот, поэтому изучение влияния 4-ГФЭ и экзогенных аминокислот на содержание белка в листовой массе амаранта имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение. Обработка семян исследуемыми аминокислотами (тирозином, фенилалаником и проливом) и 4-ГФЭ существенно повысила содержание белка в листьях овощных сортов амаранта, т.к. увеличила содержание свободных аминокислот, необходимых для биосинтеза белка (табл. 4).

Таблица 4 Изучение влияния аминокислот и 4-ГФЭ на содержание белка в

листьях овощных сортов амаранта Показатели


Контроль Тирозин (10'%) Фенилаланин( 10 с%) Пролин(10°%) 4-ГФЭ (Ю-%)

Контроль Тирозин (10 5<Ь) Фенилаланин (10*%) Пролин(10"Чг>) 4-ГФЭ (10^%)

Контроль Тирозин (10'%) Фенилаланин (10*%) Пролин(10>%) 4-ГФЭ (10 Ч )

Сырой . протеин,

% на АСВ

20,4 21,9 21,3 20.S 26,5

28.0 28,9 30,3 29.8 31,4

18.4 . 18,9

19.5 19,1 20,3

Фракционный состав белка, п % от сырого протеина

Альбумины

Л. Дон Педр 27,3 28.2 27,9 27,5 28,8

А. Кигпярег 33,7 34.2 34.9 33,9 35.8

Л. Назентш 26.5 27.2 2S.1

•27,7 29,9


о 100

103.3 102,2 100.7 105,5

1 100

101,5 103,6 100.6 106.2

а 100

102.6 106.0 104,5 112.8

Глобулины

27,3 2S.8 27,9 27,7 29,2

20,8 21.8 21,4 21,1 22,7

25,4 25.9 26.4 26.1 27,2


100 105.8 102,2 101,5 107,1

100 104.8 102,9 101,4 109,1

100 101,9 104.0 102.S 107,1

Проанализировав полученные данные, можно видеть, что все аминокислоты и 4-ГФЭ оказали стимулирующее влияние на содержание белков в красно-фиолетовых и зеленых листьях амаранта овощных сортов.


19

У сорта Дон Педро под влиянием тирозина содержание альбуминов и

глобулинов возросло на 3,3 % и 5,8 % соответственно, по отношению к кон

тролю; у сорта Кизлярец - на 1,5 % и 4,8 % к контролю; у сорта Валентина —

на 2,6 % и 1,9 % к контролю.

Фенилалашш оказал следующее действие: в листьях амаранта сорта

Дон Педро увеличивалось содержания альбуминов и глобулинов на 2,2 % но

отношению к контролю; у сорта Кизлярец - на 3,6 % и 2,9 % к контролю; у

сорта Валентина - на 6,0 и 4,0 %.

4-ГФЭ оказал наиболее сильное влияние на содержание белков в ли

стьях овощных сортов амаранта: в листьях сорта Дон Педро содержание аль

буминов и глобулинов возросло на 5,5 % и 7,1 % соответственно, по отноше

нию к контролю; у сорта Кизлярец - на 6,2 % и 9,1 %; у сорта Валентина - на

12,8 % и 7,1 % по отношению к контролю.

Пролин в данном случае оказал наименьшее влияние, содержание аль

буминов и глобулинов в листьях всех изученных сортов амаранта возрастало

в среднем на 2,5-3 %

Таким образом, обработка семян амаранта вышеуказанными регулято

рами роста повышает в листьях растений, как суммарное содержание белка,

так и отдельных его фракций, что имеет большое значение для производства

белковых концентратов из амаранта.

Влияние обработки растворами аминокислот и 4-ГФЭ на изменение

массы 1000 семян

Одним из важнейших показателей семенной продуктивности амаранта

является масса 1000 семян. В условиях Нечерноземья не все сорта амаранта

успевают пройти весь вегетационный период от прорастания до созревания

семян. На созревание семян оказывают воздействия неблагоприятные факто

ры, такие как низкие температуры, недостаточная или излишняя влажность.


20

Таблица 5 Влияние обработки 4-ГФЭ и аминокислотами на изменение массы

1000 семян Показатель


Контроль Тирозин (10^%) Фенилаланин (10*%) Пролин(10>%) 4-ГФЭ (10'%)

Контроль Тирозин (10°%) Фенилаланин (10*%) Пролин(10 :'%) 4-ГФЭ (10 3%)

Контроль Тирозин (10^%) Фенилаланин (10*%) Пролив (10 *%) 4-ГФЭ (10°%)

Масса 1000 семян, г

А. Дон Педро 0.98±0,2 • 0,99±0,1 1,2б±0,1 1,31±0,1 1,33±0,2

А. Кизлярец 1,20±0,1 1.22+.0.1 1,31±0.3 1,38*0.2 1,42±0,1

А. Валентина 0,99+0.1 1,21±0.3 1,25+0,1 1,29±0,2 1.32i0.2


100 101,0 128.6 133.7 135,7

100 101,7 109,1 115.0 118.3

100 122 2 126,3 130,3 133.3

Обработка семян амаранта растворами регуляторов роста (4-ГФЭ) аминокислот (тирозина, фенилаланина и пролина) позволяет растениям амаранта не только преодолеть критические периоды развития и накопить большую биомассу, но и увеличить массу семян (табл. 5).

Обработка тирозином увеличивает массу 1000 семян в среднем на 8 % по отношению к контролю; обработка феннлаланином - на 20 %, пролином -на 26 % и 4-ГФЭ - на 30 %. ' •. : - .

ВЫВОДЫ 1. Для обработки семян овощных сортов амаранта Дон Педро, Кизля

рец и Валентина физиологически активными концентрациями стимуляторов, роста являются: для тирозина, пролина и 4-гидроксифениэтанола концентрация 10'5%, для фенилаланина - 10"6%.'


21

2. Обработка семян аминокислотами и 4-ГФЭ в физиологически активных концентрациях ведет к повышению основных показателей качества семян — энергии прорастания под влиянием аминокислот в среднем на 42%, иод влиянием 4-ГФЭ - на 61%; и всхожести под влиянием аминокислот в среднем на 49%, под влиянием 4-ГФЭ - на 42%; к увеличению ростовых показателей растений, выросших из этих семян.

3. Действие аминокислот и 4-ГФЭ на семена повышает активность фотосинтетического аппарата листьев овощного амаранта, увеличивает содержание хлорофилла в листьях растений, выращенных из этих семян, и интенсивность фотосинтеза, значительно повышает чистую продуктивность фотосинтеза амаранта.

4. Предпосевная обработка семян амаранта фенилаланшюм, тирозином, пролином и 4-ГФЭ положительно влияет на образование биологически активного вещества алкалоидной природы амарантина, индуцирует синтез амарантина у зеленоокрашенного сорта Кизлярец.

5. В результате обработки семян амаранта растворами аминокислот и 4-ГФЭ возрастает уровень накопления белка в листовой массе овощных сортов амаранта и увеличивается продуктивность листовой массы амаранта.

6. Предпосевная обработка семян амаранта аминокислотами и 4-ГФЭ повышает размеры семян (массу 1000 семян).

7. Пролнн оказывает протекторное действие на посевные качества семян (энергию прорастания и всхожесть) в условиях экстремальных температур.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 1. Для расширения ассортимента овошнон продукции с повышенным

содержанием белка и биологически активных веществ в условиях Тульской области рекомендуется выращивание овощных сортов амаранта Дон ГГедро и


22

Валентина, которые проходят все фазы роста и развития и формируют полноценные семена.

2. Для производства растительного сырья амаранта с повышенным содержанием амарантина следует применять обработку семян растворами аминокислот тирозина и фенилаланина.. -

3. Экономически выгодный синтетический регулятор роста 4-гидроксифенилэтанол использовать.для повышения урожайности растений овощных сортов амаранта.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M. Влияние регуляторов роста на рост и

развитие овощного амаранта, выращенного из семян с пониженными посевными качествами // Тезисы VII Молодежной конференции ботаников в С. -Петербурге. 15-19 мая. С.-Петербург, 2000 г. - С. 227.

2. Кириллова Л.Л., Пешкова А.М. Сортоизучение овощных форм амаранта для интродукции в Тульской области// Тезисы VII Молодежной конференции ботаников в С. - Петербурге. 15-19 мая. С.-Петербург, 2000 г. - С 237.

3. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M. Сортоизучение овощных форм амаранта для интродукции в Тульской областиУ/Материалы III Всероссийской научно-производственной конференции > «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» 14-19 июня. Пенза, 2000 г. - С. 181-187.

4. Гинс В.К., Кириллова Л.Л., Туркина Е.В., Пешкова A.M. Элементы технологии возделывания овощных форм амаранта в условиях Тульской областиУ/Материалы 4-го Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (20-24 июня 2001 год), Москва - Пущино, т. 1. - С. 230 - 233.


23

5. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Туркина Е.В. Применение цитокини-новых регуляторов роста при выращивании овощных форм амаранта // Материалы 4-го Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (20-24 июня 2001 год), Москва - Пущино, т. 1. - С. 60-63.

6. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Туркина Е.В. Применение цитокнии-новых регуляторов роста при выращивании овощных форм амаран-та//Материалы 4-го Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (20-24 июня 2001, год), Москва - Пушино, т. 1. - С. 81-84.

7. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Гинс В.К. Использование аминокислот как регуляторов роста при выращивании овощного амаранта//Материалы I Международной научно-практической конференции «Растительные ресурсы для здоровья человека» (23-27 сентября 2002 г.), Москва - Сергиев-Посад. - С. 233-237.

8. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Гинс В.К., Слетова Е.В. Влияние аминокислот на интенсивность фотосинтеза и содержание амарантина //Международная научно-практическая конференция «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (24-8 июня 2002 год), Ульяновск, т. 1.-С. 169-172.

9. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Гинс В.К., Слетова Е.В. Влияние аминокислот на рост и развитие проростков амаранта// Международная научно-практическая конференция «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (24-8 июня 2002 год), Ульяновск, т. 1. — С. 175-178.

10. Кириллова Л.Л., Пешкова A.M., Слетова Е.В., Мельник Л.С., Гинс В.К., Гинс М.С. Влияние цролииа на шгтенсивность фотосинтеза и содержание пигментов в листьях овощного амаранта.// Материалы 5 Международного


24

симпозиума « Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», - 2003. - т. 3, - С. 131-134.

11. Кириллова Л.Л., Мельник Л.С., Пешкова A.M., Сафронова А.Е. Влияние некоторых аминокислот на физиолошческие процессы в амаранте. // Сборник научных трудов преподавателей, аспирантов и студентов, ТГПУ им. Л.Н.Толстого, 2003 г., часть 2. - С. 80-82.

12. Кириллова Л.Л., Мельник Л.С, Пешкова A.M.Методическое пособие по полевой практике и физиологии растешш. - Тула: «Гриф и 1С», 2003.'— 43 с.


Типография ООО «Телер» 127299 Москва, ул. Космонавта Волкова, 12 тел. 937-8664

Лицензия на полиграфическую деятельность ПД № 00595 Подписано в печать 5.11.2004 г. Формат 60 х 90 1/16. Тираж 100 экз.

Бумага «Снегурочка» 1,5 печ. л. Заказ № 739


№ 2 5 8 8 8


Documents

494.влияние биологически активных веществ на рост и развитие овощного амаранта