Влияние комплекса фитогормонов на жизнеспособность и мутационный процесс при естественном старении семян твердой пшеницы

Долговечность семян, период, в течение которого семена остаются жизнеспособными, является важным признаком не только для адаптации растений к изменяющимся условиям окружающей среды, но также для сельского хозяйства и сохранения биоразнообразия. Снижение продолжительности жизни семян часто связано с окислением клеточных макромолекул, таких как нуклеиновые кислоты, белки и липиды [8, с. 660]. Сухие семена снабжены различными механизмами защиты от стресса, однако после длительного периода хранения повреждения постепенно накапливаются в ДНК, РНК и белках, которые необходимы для прорастания семян [8, с. 663]. Качество семян является суммой физиолого-биохимических показателей, которые могут сильно варьировать под воздействием условий окружающей среды при сохранении генотипа сорта [1, с.3].

О регуляторных свойствах фитогормонов известно из многих источников [3, c.59; 7, с. 20; c. 163]. Эти органические, сравнительно низкомолекулярные эндогенные вещества, с помощью которых осуществляется взаимодействие различных клеток, органов и тканей, необходимы для запуска, регуляции и выключения морфогенетических и физиологических программ [7, c.6]. Согласно современным представлениям о месте и роли этих соединений в жизнедеятельности растительных организмов, они в отличие от любого другого метаболита регулируют направленность всего метаболизма клеток, вызывая изменения в их структурной организации функциональной активности [4, c.5].

Целью исследования было, на примере образцов твердой пшеницы, длительно хранившихся в холодильной камере и частично потерявших всхожесть и генетическую целостноcть, показать регуляторные способности смеси фитогормонов кинетина и гиббереллина.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования служили семена образцов 10 разновидностей твердой пшеницы, хранившихся в условиях холодильной камеры Национального Генбанка Азербайджана в течение 15 лет: ВВ05К-107 v.leucurum, ВВ05К-128 v.apulicum, ВВ 05К-114 v.leucomelan, ВВ 05К-103 v.melanopus, ВВ 05К-31 v.affine, ВВ 05К-163 v.hordeiforme, ВВ 05К-72 v.boenfii, ВВ 05К-74 v.murciense, ВВ 05К-79 v.niloticum, ВВ 05К-178 v.erythromelan. Оценка жизнеспособности проводилась по тесту лабораторной всхожести семян, выражаемой в процентах от общего числа (n): , где А – число взошедших семян [2, с.85].

Семена образцов твердой пшеницы обрабатывали раствором кинетина и гиббереллина в концентрации 10^-2 мкг/мл, в течение 24 часов, затем промывали в дистиллированной воде и проращивали до момента фиксации. Контролем служили семена, замачиваемые в дистиллированной воде. В каждом варианте опыта использовали по 100 семян. Семена проращивались в чашках Петри в термостате при температуре 25^оС.

Генетические последствия естественного старения семян и дальнейшей их обработки фитогормонами оценивали по тесту хромосомных аберраций в клетках апикальной меристемы 2-3-х дневных проростков семян [4, c.4]. Для цитологического анализа корешки помещали в раствор Карнуа. Корешки окрашивались ацетокармином. На временных давленых препаратах учитывали частоту аберраций хромосом и митотическую активность в ана-телофазе первого митоза зародышевых корешков [5, с. 40; 6, с.102].

Результаты и их обсуждение

В таблице приведены показатели всхожести, митотической активности и аберраций хромосом семян при поступлении в Генбанк, хранившихся в холодильной камере в течение 15 лет и после их обработки фитогормонами. Для оценки функциональных нарушений жизнеспособности семян всех испытуемых образцов использовался такой интегральный показатель, как их всхожесть. Всхожесть семян образцов при поступлении на хранение составляла 98,0–100%. Одним из тестов для оценки вероятности возникновения генетических нарушений является определение частоты хромосомных аберраций. Спонтанный уровень аберраций хромосом во всех вариантах варьировал в пределах 2,31–3,89%., а митотическая активность от 14,0 до 18,0%.

Анализ всхожести семян после хранения их в холодильной камере в течение 15 лет при температуре 5–7ᵒС показал, что естественное старение подавляло прорастание семян. Причем, у различных образцов это ингибирование проявлялось в разной степени. Так, у образцов ВВ 05К - 114 v.leucomelan и ВВ05К-72 v.boenfii отмечено максимальное понижение всхожести семян (на 35,0%), наименьшая потеря всхожести наблюдалась у образца ВВ 05К-178 v.erythromelan (на 23,0%). Как известно, во время хранения в семенах происходят и накапливаются повреждения хромосом. На клеточном уровне организации живой системы носителем информации является генетический аппарат. Очевидно, что ему присущи такие фундаментальные характеристики живого, как устойчивость и изменчивость. Показателем дисбаланса этих процессов на хромосомном уровне является их мутационная активность [4, с.40]. Исследования показали, что после длительного хранения в условиях Генбанка, частота хромосомных аберраций у большинства образцов выросла более чем в 2 раза и составила: v.leucurum - 6,2%, v.apulicum – 4,78%, v.leucomelan - 6,15, v.melanopus – 4,9%, v.affine – 5,15% v.hordeiforme – 7,41%, v.boenfii – 7,31%, v.mujiense – 5,26%, v.niloticum – 8,86%, v.erytromelan – 4,8%. Наибольшее увеличение частоты хромосомных аберраций наблюдалось у образца ВB05К-79 v.niloticum (5,86%), а наименьшее – у ВВ05К-128 v.apulicum (1,27%). Митотическая активность клеток корневой меристемы образцов также была снижена на 4,0% (BB05К-163 v.hordeiforme) – 10,0% (BB05К-79 v.niloticum).

Таблица

Влияние кинетина и гиббереллина (10^-2 мкг/мл) на всхожесть, митотическую активность и частоту аберраций хромосом образцов твердой пшеницы длительное время хранившихся в холодильной камере

Анализ результатов обработки семян раствором смеси кинетина и гиббереллина в концентрации 10^-2 мкг/мл, показал, что всхожесть семян всех образцов поднялась на 13,0-20,0%, причем наибольшее увеличение всхожести было характерно образцам ВВ 05К-114 v.leucomelan и ВВ 05К-72 v.boenfii. Частота аберраций хромосом во всех вариантах достоверно на 0,55–3,71%. Наименьшее снижение частоты хромосомных аберраций наблюдалось у образца ВВ05К-31 v.affine (0,55%), а наибольшее – у ВВ05К-79 v.niloticum (3,71%). Пролиферативная активность клеток также значимо возросла на 3,0-5,0%, что говорит о стимулировании митотической активности апикальной меристемы проростков.

Таким образом, комплексное применение регуляторов роста кинетина и гиббереллина в концентрации 10^-2 мкг/мл способно достоверно понизить уровень аберраций хромосом, стимулировать митотическую активность апикальной меристемы проростков и повысить всхожесть семян, длительное время хранившихся в холодильной камере.

1. Алексейчук Г.Н. Сила роста семян зерновых культур и ее оценка методом ускоренного старения. // Мн.: Право и экономика, 2009. 44 с.
2. Мамедова С.А., Ибрагимова З.Ш., Алиев Р.Т. Оценка устойчивости различных образцов пшеницы к старению, засухе и засолению // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. М.: РАЕ, 2018, № 12. С. 84-87.
3. Музурова О.Г. Экологические перспективы использования природных рострегуляторов для предотвращения загрязнения агрофитоценозов озимой пшеницы. Авт.дисс. … канд.с/х. наук. Курган, 2009. 21 с.
4. Нагиева Дж.Н. Цитогенетические эффекты некоторых регуляторов роста растений. Авт. дис. … канд. биол. наук. Баку, 1993. 24 с.
5. Нагиева Дж.Н., Мамедова С.А. Влияние хлорхолинхлорида на жизнеспособность и мутационный процесс при естественном старении семян твердой пшеницы. Естествознание и технические науки: глобальные вызовы, тренды, возможности/ Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Белгород: ООО АПНИ, 2019. С. 39-41.
6. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. М: Агропромиздат, 1988. 271с.
7. Чумикина Л.В., Арабова Л.И., Колпакова В.В., Топунов А.Ф. Фитогормоны и абиотические стрессы// Химия растительного сырья, 2021. №4. С.5-30.
8. Naoto Sano, Loïc Rajjou, Helen M. North et al. Staying Alive: Molecular Aspects of Seed Longevity // Plant and Cell Physiology, Volume 57, Issue 4, April 2016, Pages 660–674 https://doi.org/10.1093/pcp/pcv186
9. Wani S.H., Kumar V., Shriram V., Sah S.K. Phytohormones and their metabolic engineering for abiotic stress tolerance in crop plants // The Crop Journal. 2016. Vol. 4(3). Pp. 162–176. DOI: 10.1016/j.cj.2016.01.010.