ш* TARTU RI I KLI KU OLIKOOLI TOIMETISED УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ТАРТУСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ALUSTATUD 1893. a. VIHIK 185 ВЫПУСК ОСНОВАНЫ в 1893 г. ТРУДЫ ПО ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ РАСТЕНИЙ т ы ДОКЛАДЫ II РЕСПУБЛИКАНСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ФИЗИОЛОГИИ И ГЕНЕТИКЕ РАСТЕНИЙ T A R T U R I I K L I K U Ü L I K O O L I T O I M E T I S E D УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ТАРТУСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА A LU STA TU D 1893 a. VIHIK 185 ВЫПУСК ОСНО ВАН Ы в 1893 г. ТРУДЫ ПО ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ РАСТЕНИЙ II ДОКЛАДЫ II РЕСПУБЛИКАНСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ФИЗИОЛОГИИ И ГЕНЕТИКЕ РАСТЕНИЙ ТАРТУ 1966 П О С В Я Щ А Е Т С Я 100-ЛЕТИЮ СО Д Н Я О С Н О В А Н И Я К А Ф Е Д Р Ы Ф И ЗИ О Л О Г И И Р А С ТЕ Н И И В ТАРТУ С КО М У Н И В Е Р С И Т Е Т Е I. ПЕРИОД п о к о я И УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ З Н А Ч Е Н И Е состояния покоя ДЛЯ РОСТА И МОРОЗОУСТОЙЧИВО СТИ РАСТЕНИЙ П. А. Генкель, Е. 3. Окнина Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР Изучение вопроса покоя плодовых растений и их морозо­ устойчивости имеет большое значение для развития садовод­ ства, которое в нашем народном хозяйстве играет огромную роль. В настоящее время одной из основных причин, затрудняю­ щих развитие плодоводства, являются зимние повреждения, ко­ торые наносят огромный ущерб садам, снижают их долговеч­ ность и продуктивность. Для успешной борьбы с гибелью растений в зимнее время необходимы более глубокие знания взаимоотношений между растительными организмами и внешней средой в холодное вре­ мя года и приспособительных реакций растений к окружающим суровым условиям зимы. Развивая учение о морозоустойчивости, И. И. Туманов (1935, 1938, 1940, 1960) создал теорию, согласно которой моро­ зостойкость растений развивается в течение осени и в начале зимы. Этот процесс назван закаливанием и состоит из двух фаз. Первая фаза закаливания протекает с момента прекращения роста и до листопада и характеризуется накоплением в тканях растений углеводов (сахаров и крахмала). Вторая фаза проте­ кает осенью, после первой фазы, при отрицательной темпера­ туре от —2 до —5° С. В это время растение приобретает пол­ ную морозоустойчивость, присущую его виду. В последних ра­ ботах И. И. Туманова (1960), И. И. Туманова и О. А. Красаз- цева (1959), а также японского ученого Сакаи (1960, 1961) была показана способность закаленных растений выносить сверхниз­ кие температуры. В процессе закаливания происходят глубокие изменения свойств протоплазмы: снижение проницаемости, повышение вяз­ кости, гидрофобности коллоидов протоплазмы, изменение в со­ отношении форм воды, обезвоживание, снижение интенсивности физиологических процессов. Процесс приспособления растений к суровым осенне-зимним условиям бесспорно тесно связан с внешними факторами и обу­ словливается ими. Но в то же время растение в процессе эво­ люции выработало определенную систему реакций, которая при­ водит его к перерыву роста. Большинство растений, будучи пе­ ренесены зимой в благоприятные для роста условия, часто остаются какое-то время в состоянии покоя. Из этих фактов можно сделать вывод, что состояние покоя входит в нормаль­ ный цикл развития ряда растений и оно может быть сильно сокращено, но полностью снять его не удается. Подтвержде­ нием необходимости состояния покоя в цикле развития расте­ ния могут служить опыты Мальчевского (1946). Несмотря на благоприятные условия для роста сосна дала за год три годич­ ных кольца, что указывает на закрепленность покоя в цикле развития растения, а также на влияние изменившихся внешних условий. Одновременно эти опыты указывают на то, что авто­ номность процесса оказывается далеко не абсолютной, а яв­ ляется признаком, возникшим в процессе эволюции и изменяю­ щимся под влиянием внешних условий в определенных преде­ лах. Внешне состояние покоя у растений проявляется в приоста­ новке видимого роста, но в скрытой форме в период покоя про­ текают сложные физиологические процессы, подготавливающие растения к активной жизнедеятельности. Для нормального роста растений совершенно необходимо прохождение периода покоя (для почек плодовых растений в осенне-зимний период, а для семян во время стратификации). Очевидно, в это время происходят весьма активные процессы предэмбрионального роста без осуществления деления клеток. Прохождение этих процессов говорит об условности тер­ мина покой, который можно характеризовать как отсутствие видимого роста, т. е. отсутствие деления и растяжения клеток. Активное прохождение ряда процессов в состоянии покоя не говорит об интенсивности их, и по имеющимся данным интен­ сивность протекания этих процессов весьма мала и тем слабее, чем глубже состояние покоя и выше морозоустойчивость. Высо­ кая морозоустойчивость несовместима не только с активным ростом, но и с высокой жизнедеятельностью. Эти скрытые фи­ зиологические процессы, проходящие в растении в период по­ коя, были названы эмбриогенными (П. А. Генкель и Е. 3. Ок- нина, 1945, 1948). Эмбриогенный процесс является сложным процессом, включающим глубокие физиолого-биохимические из­ менения: в это время происходит качественное изменение нук­ леиновых кислот. В результате прохождения этих процессов происходит обновление растения после выхода из состояния покоя (П. А. Генкель, 1957, 1959; Г. X. Молотковский, 1949). Изменение состояния ядер, пластид, содержания нуклеиновых 6 кислот приводит к обновлению протопласта, что обеспечивает интенсивную жизнедеятельность после выхода растения из со­ стояния покоя (П. А. Генкель и Е. 3. Окнина, 1948а; П. А. Ген­ кель, 1957). В клетках почек и семян плодовых растений во время про­ хождения состояния покоя наблюдается исчезновение ясных границ ядра, что связано со снижением или с изменением свойств ДНК; в это время реакция Фельгена в ядрах очень слабая или совсем отсутствует (Е. И. Барская, Е. 3. Окнина, 1959). По гипотезе А. Н. Белозерского (1944), дезоксирибонук­ леиновая кислота блокирует активные группы белка. Возни­ кает предположение, не происходит ли в покое известная раз­ блокировка активных групп белка, что и дает возможность клетке производить перестройку, ведущую к ее обновлению. В меристематических тканях почек и в семенах происходят процессы скрытого роста, выражающиеся в накоплении в клет­ ках ядер. При этом наблюдаются клетки, в которых содержатся по два или несколько ядер, или ядра со многими ядрышками. На примере развития цветочной почки можно убедиться в правильности этого предположения. В марте и апреле с повы­ шением температуры воздуха днем в цветочных почках плодо­ вых растений протекает процесс образования многоядерных клеток и клеток, имеющих ядра со многими ядрышками. Рас­ крытие цветка из набухшей почки происходит в чрезвычайно быстрые сроки. Образующиеся при этом части цветка, такие как пыльники, пестики, лепестки, во много раз превышают объем почки. Такой интенсивный рост частей цветка за столь короткий срок в два-три дня, очевидно, связан с накоплением и изменением нуклеиновых кислот в состоянии покоя (рис. 1). К определенному комплексу реакций растений, ведущих к прекращению роста и к переходу в состояние покоя, относятся также и сложные изменения в свойствах протоплазмы. Нами установлено, что поздно осенью при снижении температуры воз­ духа и уменьшении длины дня происходит перестройка белково- липоидной части протоплазмы. На. поверхности протоплазмы образуются слои, состоящие из липоидов и дубильных веществ. Этот процесс образования липоидов на поверхности протоплаз­ мы протекает одновременно с обезвоживанием клеток. При этом снижается содержание воды в растении. Соотношение содержа­ ния связанной воды и свободной изменяется в сторону увеличе­ ния содержания связанной воды. Во время этих процессов про- топлазматическая связь между клетками разобщается и плаз- модесмы втягиваются внутрь протоплазмы. Протоплазма, теряя связь с оболочками, обособляется в той или иной степени от стенок клеток (рис. 2). В промежутке между протоплазмой и стенкой клетки образуются высокомолекулярные вещества, типа фосфатидов и жирных кислот. 7 Обособление протоплазмы можно установить визуально на живых или фиксированных препаратах, а также по плазмодес- мам, наличие или отсутствие которых устанавливается соответ­ ствующим окрашиванием или с помощью фазово-контрастного микроскопа. Однако визуально далеко не всегда и не у всех объектов можно обнаружить процесс обособления протоплаз­ мы, так как плазма не всегда отстает от стенок клеток, а только в случае сильного обезвоживания клеток. Из косвенных методов обнаружения процесса обособления протоплазмы можно назвать следующие. В состоянии покоя время плазмолиза в гипертоническом растворе сахарозы всегда равно нулю, т. е. в состоянии обособления протоплазмы под влиянием плазмолитика наступает сразу же выпуклый плазмо­ лиз. Поэтому в клетках, находящихся в состоянии покоя, нельзя определять вязкость плазмолитическим методом. Вторым кос­ венным доказательством процесса обособления протоплазмы является применимость плазмометрического метода для опреде­ ления осмотического давления в клетках растений во время по­ коя. По данным О. А. Ситниковой (1950), метод неприменим к вегетирующим растениям из-за повреждения клеток во время плазмолиза и вполне применим к покоящимся растениям, имею­ щим обособленную протоплазму. Другим путем доказательства наличия явления обособления протоплазмы является выделение протопластов из клеток. Для этого применяются различные методы: выделение протопластов из тканей, обработанных ферментами, выделенными из живот­ ных, бактерий и грибов, а также при разрезании клеток после обработки их раствором Вант-Гоффа. При последнем методе воздействия П. А. Генкель и Н. Д. Пронина (1963), выделяя протопласты, отметили резкое различие их у клеток покоящихся и вегетирующих растений. Если при разрезании клеток вегети­ рующего растенш! не удавалось выделить изолированные тоно- пласты, то из клеток покоящегося растения выделялись непо­ врежденные протопласты. Баух и Овербек (1949) и Кокинг (1960, 1961), используя ферменты, полученные из грибов Миротециум и Аспергиллус, добились выделения протопластов из клеток корней и клеток луковицы лука. Кокинг показал, что действие фермента из гриба Миротециум в растворе 0,3 М сахарозы на фосфатном буфере 0,02 М при pH 6,0 приводит к распаду протопласта за два часа воздействия. Им установлена невозможность выделе­ ния протопластов из клеток, слабо плазмолизируемых, что он связывает с наличием плазмодесм, связывающих протопласты соседних клеток. В случае плазмолизированных клеток выделе­ ние протопластов удается. В данном случае разрыв плазмодесм происходит во время плазмолиза. Им было установлено также, что невакуолизированные клетки не плазмолизируются, вслед- 8 Рис. I. Многоядериые клетки в спорогенной ткани пыльника яблони сорта ’Пепин шафранный’. Ув. 1800 X- Рис. 2. Клетки кроющих листьев вишни сорта ’Л ю бская’. Ув. 1800 X- Слева — в состоянии покоя; справа — в состоянии вегетации. Рис. 3. Выделенные протопласты из покоящихся семян пшеницы. У в. 1800 X- ствие очень прочной связи протопласта со стенкой клетки. Нами были использованы вытяжки, полученные из культуры Аспер- гиллус нигер, выращенного на зернах овса, ломтиках картофеля и моркови. В концентрации разведения сухого порошка из куль­ туры 1: 10 воздействие за два часа было очень сильное, разру­ шавшее протопласты и ядра в них. Разведением этой концент­ рации в десять раз с удлинением времени воздействия до одних или двух суток удалось выделить протопласты из клеток покоя­ щихся семян пшеницы, овса и тыквы. Выделить протопласты из проросших семян не удалось вследствие связи клеток через плазмодесмы. При более длительном воздействии, до двух су­ ток, разделение протопластов идет более легко, но в данном случае происходит повреждение клетки, в ней не удаются реак­ ции на нуклеиновые кислоты, так как они разрушаются под действием фермента (рис. 3). Таким образом, выделение протопластов легко происходит только в случае, если между клетками нет протоплазматиче- ской связи, что наблюдается только в состоянии покоя. В пе­ риод вегетации выделение протопластов не удается. Из особенностей протоплазмы закаленных (покоящихся) растений можно отметить данные Т. С. Сулакадзе (1949), ко­ торая установила большую структуризацию (зернистость) плаз­ мы и скопление хлоропластов около ядра. По ее данным, pH клеточного сока у закаленных растений лежит в более кислой области, гН2 сдвинуто в сторону окисления, наблюдается высо­ кая дисперсность коллоидов, вязкость и эластичность прото­ плазмы. Т. С. Сулакадзе и Я. Е. Элленгорн (1945) показали, что уже после первой фазы закаливания наблюдается диффе­ ренциация плазмы. Поверхностный слой протоплазмы приобре­ тает щелочную реакцию, высокую дисперсность и малую вяз­ кость. После прохождения первой фазы закаливания кислот­ ность уменьшалась, а проницаемость падала. Клетки с обособленной протоплазмой, также как и плазмо- лизированные клетки, по данным опытов В. С. Ильина (1930, 1933, 1934, 1935), приобретают устойчивость к образующимся кристаллам льда в межклетниках. Клетки растущего растения, пронизанные плазмодесмами, легко повреждаются образующи­ мися кристаллами льда, что выражается в повреждении плаз­ модесм, соединяющих соседние протопласты, а затем уже про­ исходит повреждение протоплазмы. Однако защитная функция процесса обособления протоплаз­ мы сводится, очевидно, не только к устранению механического давления льда на протоплазму. Вторым ее значением является перерыв путей кристаллизации. Отсутствие протоплазматиче- ской связи между клетками препятствует процессу кристаллиза­ ции воды, который может быстро распространяться по тканям при наличии плазмодесм. 9 Наконец, при обезвоживании не имеет места явление отрица­ тельного тургора и протоплазма не испытывает тех больших натяжений, которые возникают при сильном обезвоживании во время вегетации, когда процесс обособления протоплазмы не происходит. Таково, по нашему мнению, основное значение про­ цесса обособления протоплазмы в морозоустойчивости растений. Как видно из изложенного, явление обособления протоплаз­ мы говорит об очень большой сложности процесса подготовки растения к зимнему периоду. Для того, чтобы происходил про­ цесс обособления протоплазмы, необходимо глубокое измене­ ние направленности обмена веществ в сторону образования ли­ поидов и малоподвижных комплексов запасных веществ, что и приводит к снижению интенсивности физиолого-биохимических процессов и к прекращению роста. Особенно необходимо отметить интенсивное накопление ли­ поидов в образовательных тканях и, в первую очередь, в точ­ ках роста и в камбиальной ткани. О том, как возник процесс обособления протоплазмы, можно составить себе представление из ряда работ, посвященных изучению ростовых процессов в растении. По данным Тимана (1948, 1949) и его сотрудников, влияние ауксинов на рост тесно связано с дыханием и превра­ щением веществ. Боннер (1936) установил на колеоптилях овса непосредственную зависимость роста от дыхания. При обра­ ботке цианидом рост подавлялся одинаково с дыханием. В даль­ нейших опытах Тимана в качестве ингибитора дыхания брался не цианид, который влияет на любой вид дыхания, а более спе­ цифические ингибиторы (моноиодуксусная кислота и др.), тор­ мозящие различные дегидразы. При этом выяснилось, что ин­ гибиторы, вызывающие полную приостановку роста, оказывают лишь очень небольшое влияние на общее дыхание. Отсюда был сделан вывод, что только небольшая часть дыхания, примерно 10%, используется на рост. Следующим этапом работ было установление ускоряющего действия кислот, входящих в цикл Кребса, на рост растений. На этом основании и было сделано заключение о наличии связанного с ростом дыхания. По данным Тимана и его сотрудников (1949), по мере росга накапливаются вещества, влияющие на ход цикла Кребса и та­ ким путем тормозящие рост. Гетероауксин рассматривается ими как вещество, защищающее превращение кислот, происходящее в цикле Кребса, от образующихся в растении веществ, тормозя­ щих рост. Действие ингибиторов (иодацетат, арсенит и Na-фло- рид) по опытам Христенсена и Тимана противоположно дей: ствию гетероауксина. В то время как гетероауксин способствует превращению жиров в сахара, ингибиторы тормозят этот про­ цесс. Таким образом, в растении при помощи образующихся в них естественных тормозящих рост веществ создаются условия, при которых обмен веществ идет в сторону образования жиров 10 и происходит остановка ростовых процессов. Очевидно, измене­ ние деятельности КоА в этом направлении характерно для со­ стояния покоя. Вегис (1955) считает, что исходя из этих работ можно по­ нять и образование сложных липоидных слоев в клетках у ряда древесных растений. Очевидно, всякая остановка роста связана с изменением обмена в сторону образования жиров и жиропо­ добных веществ. Отсюда понятно и значительное увеличение содержания жиров в клетках всех растений в состоянии покоя. С нашей точки зрения, в процессе эволюции у древесных расте­ ний и выработалось свойство образовать сплошной липоидный слой на поверхности протоплазмы, что весьма способствует уве­ личению морозоустойчивости и перезимовке растений. Для плодовых растений характерен факт неравномерного и в неодинаковой степени ухода в состояние покоя отдельных ор­ ганов и тканей. Часто летом пазушные почки находятся в со­ стоянии покоя, что зависит от биологии растения, а не от усло­ вий среды. Большую роль в этом случае играют исторически сложившиеся коррелятивные отношения между частями расте­ ний. Нахождение пазушных почек в состоянии покоя летом свя­ зано с их обезвоживанием при интенсивной транспирации ли­ стьев, что экспериментально доказано работами А. Я. Перка (1953) и В. О. Казаряна (1951, 1954). Нельзя согласиться с существующим до сих пор мнением, что плодовые растения входят в состояние покоя летом после прекращения роста побегов. Впервые такое мнение было выска­ зано И. И. Тумановым (1938). Основанием для такого вывода послужило то, что почки в это время на срезанных ветвях или совсем не распускаются или распускаются через длительное время при благоприятных для роста условиях. Однако почки не прорастают не потому, что они находятся в состоянии покоя, а потому, что они не до- дифференцированы и имеют слабо развитую меристему. Но окончание ростовых процессов еще не означает, что растение находится в покое. После прекращения роста летом растения находятся в состоянии активной жизнедеятельности. Они ин­ тенсивно накапливают питательные вещества, которые оттекают в запасающие органы и откладываются в них в основном в виде крахмала. В это время в листьях накапливается максимальное количество хлорофилла (Н. С. Судник, 1960). Одновременно идет активная дифференциация заложившихся ростовых и цве­ точных почек будущего года. Деревья имеют в это время очень активную жизнедеятельность и не находятся в состоянии покоя (В. А. Колесников, 1951; Е. 3. Окнина, 1962). После листопада происходит мобилизация отложенных в за ­ пас питательных веществ, переход их в сложные труднораство­ римые соединения. Срок прекращения ростовых процессов кор- 11 релирует с глубиной покоя. Чем раньше в растениях прекра­ щаются ростовые процессы, тем больше питательных веществ откладывается в запас в их тканях, тем лучше они перезимо­ вывают, тем больший прирост дадут в следующем году. Опадение листьев также можно рассматривать как приспо­ собление для лучшего перезимования. После прекращения ро­ ста и накопления питательных веществ у растений снижается интенсивность физиологических процессов, они вступают в со­ стояние покоя, который не позволяет им при осеннем потепле­ нии тронуться в рост до наступления зимы. Если древесные ра­ стения не заканчивают рост и не вступают в состояние покоя, то они не могут приобрести устойчивость к действию понижен­ ных температур. В таких растениях мало отложено запасных питательных веществ, нет достаточного материала для образо­ вания зимних защитных веществ (И. И. Туманов, 1940). Суровые осенне-зимние условия заключаются не только в действии низких температур, но и в длительности неблагоприят­ ных условий для фотосинтеза и роста растений. Наиболее в аж ­ ным приспособлением является именно приспособление к суще­ ствованию в течение длительного времени с пониженным обме­ ном веществ и сохранением запасных питательных веществ, не­ обходимых для осуществления весеннего роста (Е. 3. Окнина, 1962). Этому способствует обособление протоплазмы, отложе­ ние в запас веществ в труднорастворимой форме, таких как белки, жиры и комплексы из белков и липоидов, снижение фер­ ментативной активности, интенсивности дыхания, прекращение или ослабление фотосинтеза и сильное обезвоживание расте­ ния. Чем сильнее выражено обособление протоплазмы, тем сла­ бее обмен между клетками и тканями, тем морозоустойчивее растения. Наибольшее число клеток с обособленной протоплаз­ мой наблюдается в декабре, январе и феврале. Образующиеся на поверхности протоплазмы липоидные и дубильные соединения как бы блокируют ее от действия внеш­ них суровых условий. Эти вещества защищают протоплазму от набухания и испарения воды. В результате изменений, проис­ ходящих в состоянии покоя растений, резко снижается набухае- мость протоплазмы, что является одним из важных диагности­ ческих признаков глубины покоя. От глубины покоя зависит степень реакции плодовых растений на кратковременные отте­ пели в осенне-зимний и особенно в весенний периоды. Степень набухаемости протоплазмы можно определять по времени наступления колпачкового плазмолиза в одномоляр­ ном растворе роданистого калия. Во время вегетации растений протоплазма обладает высокой набухаемостью и проницаемо­ стью; колпачковый плазмолиз в этом случае наступает момен­ тально или через 1—2 минуты. В состоянии покоя он начинается 12 значительно медленнее и тем медленнее, чем морозоустойчивее сорт плодового растения. Липоиды на поверхности протоплазмы при разной глубине покоя неодинаково устойчивы к обогреву; чем морозоустойчи­ вее растения, тем при более высокой температуре и в более дли­ тельное время происходит распад липоидов. Устойчивость ли­ поидов к обогреву является также диагностическим признаком глубины покоя. Между состоянием покоя и устойчивостью к неблагоприят­ ным условиям существует прямая зависимость: чем глубже и стабильнее состояние покоя, тем лучше растения переносят су­ ровые условия и интенсивнее растут весной. Значительные изменения претерпевают в это время наряду с протопластом и другие органеллы клетки, в частности ядро и хлоропласты. Хлоропласты скучиваются и претерпевают, по- видимому, глубокие изменения в своем субмикроскопическом строении. Ядро почти не дает реакцию на дезоксирибонуклеи­ новую кислоту. Не остается без изменения при переходе растений в состоя­ ние покоя содержание белков и нуклеиновых кислот. Затухание и приостановка роста в состоянии покоя сопровождаются сни­ жением содержания нуклеиновых кислот, свободных аминокис­ лот и увеличением белковых веществ (нами установлено увели­ чение содержания аминокислот гидролизата белков). Содержание растворимых сахаров, таких как глюкоза и фруктоза, в почках на протяжении зимы поддерживается на определенном мало изменяющемся уровне. Изменение наблю­ дается в содержании рафинозы, которая появляется в коре мо­ розоустойчивых растений в суровые зимы и при закаливании растений. Мы предлагаем отличать три фазы покоя у растений, а имен­ но: 1) органический покой, 2) глубокий покой и 3) вынужден­ ный покой. Под органическим покоем мы понимаем фазу, когда расте­ ние не может из него выйти под влиянием факторов, вызываю­ щих выход растений из состояния покоя (теплые ванны, эфири- зация и т. д.). Этот период связан с изменениями белково-нук­ леинового обмена и с подготовкой к весеннему росту. Глубокий покой наступает или после, или даже одновременно с органи­ ческим покоем и также связан с рядом изменений внутреннего содержимого клеток (процесс обособления протоплазмы) и в значительной степени обуславливает морозоустойчивость расте­ ний. Вынужденный покой связан лишь с неблагоприятными окружающими условиями, и растения могут легко из него вый­ ти при изменении этих условий. Морозоустойчивость плодовых растений зависит от времени окончания весеннего роста. Запоздалый рост плодовых расте- 13 ний, чем бы он не вызывался, всегда отрицательно сказывается на морозоустойчивости, так как растения не успевают хорошо подготовиться к переходу в покой. Задержка роста и прекра­ щение его являются предпосылкой развития морозоустойчиво­ сти плодовых растений. Морозоустойчивость тесно связана с интенсивностью физиологических процессов: чем сильнее пони­ жены физиологические процессы в осенне-зимнее время, т. е. чем глубже покой, тем выше морозоустойчивость и зимостой­ кость плодовых растений. Одной из причин задержки роста осенью является укорочение длины дня и снижение темпера­ туры. Таким образом, зимний покой у древесных растений являет­ ся одной из основных причин их высокой морозоустойчивости и в то же время обязательной фазой для прохождения процес­ сов обновления клеток и возобновления ростовых процессов в весеннее время. Данные этих исследований легли в основу разработки мето­ дов диагностики морозоустойчивости плодовых растений по глу­ бине покоя их клеток и тканей, пользование которыми дало возможность устанавливать степень морозоустойчивости того или иного сорта плодового растения (П. А. Генкель и Е. 3. Ок­ нина, 1952, 1954). Разработка метода диагностики морозоустойчивости плодо­ вых растений обусловлена большой практической важностью этого вопроса для работников научно-исследовательских учреж­ дений по плодоводству, лесоводству и полеводству. Для селек­ ционера и агротехника очень важно уметь быстро оценивать морозоустойчивость растений в конкретных условиях. В настоя­ щее время этот метод широко используется в практике садо­ водства. ЛИТЕРАТУРА Б а р с к а я Е. И., О к н и н а Е. 3. Роль нуклеиновых кислот в процессах роста и состояния покоя почек плодовых культур. Физиол. раст., т. 6, в. 4, 1959. Б е л о з е р с к и й А. Н. Полинуклеиновые кислоты и их связь с эволюцией ядерного аппарата растительной клетки. Усп. соврем, биол., 18, 1, 1944. Г е н к е л ь П. А. и О к н и н а Е. 3. Изменение состояния протоплазмы клеток у растений во время периода покоя. Сб. Рефераты научно- исследов. работ за 1944. Отдел, биол. наук АН СССР, 18, 1945. Г е н к е л ь П. А. и О к н и н а Е. 3. О состоянии покоя у растений. ДАН СССР, т. 62, № 3, 1948. Г е н к е л ь П. А', и О к н и н а Е. 3. Состояние покоя как процесс обособ­ ления протоплазмы. Тр. Ин-та физиол. раст. АН СССР, т. 6, в. 1, 1948а. Г е н к е л ь П. А. и О к н и н а Е. 3. Изучение глубины покоя у древесных пород для диагностики морозоустойчивости. Методические указания. Изд. АН СССР, 1952. Г е н к е л ь П. А. и О к н и н а Е. 3. Диагностика морозоустойчивости расте­ ний по глубине покоя их тканей и клеток. Методические указания. Изд. АН СССР, 1954. 14 Г е н к е л ь П. А. Значение принципа стадийности в развитии и устойчивости растительных организмов. Тезисы докл. конф. по наследственности р а ­ стений, животных и микроорганизмов, посвящ. 40-летию Вел. Окт. социал. рев. АН СССР, М., 1957. Г е н к е л ь П. А. Значение состояния покоя в жизни растительных организ­ мов. Тр. Объед. научн. сессии Молд. филиала АН СССР, 1, 1959. Г е н к е л ь П. А., П р о н и н а Н. Д. Выделение протопласта из клеток эпидермиса лука в состоянии покоя. Физиол. раст., т. 10, в. 2, 1963. К а з а р я н В. О. О значении корреляционных отношений между боковыми почками стеблей при прохождении ими стадии яровизации. ДАН СССР, т. 76, № 2, 1951. К а з а р я н В. О. Физиологические особенности развития двухлетних расте­ ний, Ереван, 1954. К о л е с н и к о в В. А. Плодоводство Крыма. Симферополь. Крымиздат, 1951. Л ы с е н к о Т. Д. Ближ айш ие задачи советской сельско-хозяйственной науки. Сб. работ в годы Великой Отечественной войны. М., 1943. М а л ь ч е в с к и й В. П. Применение искусственного света для ускорения роста и развития сеянцев древесных пород и получение нескольких вегетационных периодов за один год. Тр. Ин-та физиол. раст., 4, № 1, 1946. М о л о т к о в с к и й Г. X. Значение активаторов роста для состояния покоя растений. ДА Н СССР, т. 68, № 2, 1949. О к н и н а Е. 3. Физиология плодовых растений в состоянии покоя в связи с их морозоустойчивостью. Автореферат докт. диссертации. ТСХА, 1962. П е р к А. Я. Роль воды в периоде покоя у растений. Автореферат канд. диссертации. Тарту, 1953. С и т н и к о в а О. А. Об измерении осмотического давления у растительных клеток в состоянии покоя. Тр. Ин-та физиол. раст. АН СССР, т. VII, в. 1, 1950. С у д н и к Н. С. Влияние светового режима на формирование фотосинтези­ рующего аппарата у однолетних сеянцев черешни. Физиол. раст., т. 7, в. 2, 1960. С у л а к а д з е Т. С. и Э л л е н г о р н Я. Е. Изучение внутриклеточного pH в процессе закаливания пшеницы. Сообщ. АН Груз., 6, 10, 1945. С у л а к а д з е Т. С. Соотношения между морозоустойчивостью и физико­ химическими свойствами протоплазмы. Тр. Тбилисск. бот. ин-та, т. 13, Тбилиси, 1949. Т у м а н о в И. И. Современное состояние проблемы зимостойкости расте­ ний. Селекция и семеноводство, № 2, 1938. Т у м а н о в И. И. Физиологические основы зимостойкости озимых культур­ ных растений. Сельхозгиз, 1944. Т у м а н о в И. И. Современное состояние и очередные задачи физиологии зимостойкости растений. Физиология устойчивости растений. Изд. АН СССР, М., 1960. Т у м а н о в И. И. и К р а с а в ц е в О. А. Закаливание северных древесных растений отрицательными температурами. Физиол. растений, т. 6, в. 6, 1959. B a u c h R. und O v e r b e c k H. I. G ewinnung isolierter Zellen aus pflanz­ lichen Geweben durch Pektinasewirkung. Der Züchter. 19, Heft 8, 1949. B o n n e r , I. The growth and respiration of the Avena coleoptile. Journ. Genet. Physiol. , 20, 1936. B o r e s c h K. Zur Analyse der frühtreibenden W irkung des Warmbades. Bioch. Zts., 153, E Benda 170, 1924. B o r e s c h K. Zur Biochemie der frühtreibenden W irkung des W arm bades III, Bioch. Zts., 202, 1928. C h r i s t e n s e n S. G. and K. V. T h i m a n n . The metabolism of stem tissue during grow th and its inhibition. Arch. Bioch., 26, 1950. C o c k i n g E. C. A method for the isolation of plant protoplasts and vacuoles. N ature, 187, N 4741, I960! 15 C o c k i n g E. С. Действие ß -индолидуксусной кислоты и других ростовых веществ на изолированные протопласты растений. V межд. биох. конгр. Реф. сек. сообщ. 15, 52, 1961. I l j i n W. S. Die Ursachen der Resistenz von Pflanzenzellen gegen A ustrock­ nen. Pro top lasm a, 10, 1930. I l j i n W. S. Uber den Kältetod der Pflanzen und seine Ursachen. P ro to ­ plasma, 20, 1933. I 1 j i n W. S. The point of death of p lan ts at low temperature . Bull. Association russe pour les recherches scientifiques. P rague, v. I, N 4, 1934. I I j i n W. S. Lebensfähigkeit der Pflanzenzellen in trockenem Zustand. Planta, 24, 1935. I o h a n s e n W. Das Aetherverfahren beim Früchttrieben. Jena. G. Fischer, 1900. S a k a i i A. Relation of su g a r content to frost-hardiness in plants. Nature, v. 185, N 4714, 1960. S a k a i i A. Effect of polyhydric alcohols on frost-hardiness in plants. Nature, v. 180, N 4762, 1961. T h i m a n n К- V. The Hormones. Vol. 1, 1948. T h i m a n n К- V. P lan t hormones, grow th and respiration. Biol, hull Laucgh, v. 96, N 3, 1943. T h i m a n n К- V. and W. Bonner. Inhibition of plant growth. Proc. of the Nat. Acad. Sei., W ashing ton , v. 35, 1949. V e g i s A. Uber den Einfluß der Tem peratur und der täglichen Licht-dunkel- Periode auf die Bildung der Ruheknospen. Zugleich ein Beitrag zur E n ts tehu ng des Ruhezustandes. Upsala Lundequistska bokh. Ser. I, Symbolae botanicae Upsalienses, 14. 1955. О ПРИ ЧИНАХ И ЗН А Ч Е Н И И ПЕРИОДА ПОКОЯ У РАСТЕНИЙ А. Я. Перк Тартуский госуниверситет Наиболее важными вопросами проблемы периода покоя яв­ ляются определение причин покоящегося состояния растений и выяснение значения данного периода в жизни растений. Знание обусловливающих состояние покоя причин дает воз­ можность управлять данным явлением в жизни растений. Относительно причин состояния покоя высказаны различные точки зрения. Сторонники автогенетической теории развития растительного организма (Volkens, 1912; Coster, 1927; Schimper, 1935 и др.) считали, что периодичность роста определяется внутренними причинами. Данный взгляд сформировался на ос­ нове наблюдений за поведением растений в тропиках. Несмотря на постоянство климатических условий, растения в тропиках обнаруживают периодичность роста. Периоды спада ростовой активности здесь не приурочены к определенному времени года. Взгляд на автономность периода покоя с тропической расти­ тельности был перенесен Габерландом на растения умеренной зоны с отчетливой сезонной сменой климатических условий. 16 Другие исследователи, во главе с Клебсом (1939), отрицали автономность явлений периодичности и, исходя из пластичности растительного организма, рассматривали периодические явле­ ния в жизни растений как реакцию на воздействия условий внешней среды. Согласно взглядам Клебса, покой у растений вызывается внешними условиями, из которых определяющее значение, например, для растений тропиков имеет обеднение корнеприлегающего слоя почвы питательными веществами как следствие их предшествующего интенсивного роста. В основу разногласия этих двух направлений легло проти­ вопоставление внутренних свойств организма условиям внеш­ ней среды, непонимание закономерностей взаимодействия расти­ тельного организма с факторами окружающей среды. Впослед­ ствии большая часть ученых встала на компромиссные позиции, наиболее определенно сформулированные Гасснером (1933). Периодичность роста стали рассматривать как внутреннее свой­ ство растения, проявление которого определяется внешними условиями. В местностях с отчетливо выраженной сменой климатиче­ ских условий рост растений может совершаться в периоды года с благоприятными внешними условиями, тогда как для перене­ сения неблагоприятных времен года растения должны прекра­ тить рост. Эта смена периодов роста и покоя на фоне периоди­ ческой смены климатических условий оказалась важным при­ способлением растений в борьбе за существование и была за ­ креплена в их наследственном основании. Что та или иная пе­ риодичность роста и покоя, выработавшаяся у растений под воздействием внешних условий, впоследствии сделалась наслед­ ственно закрепленной, наглядно показывают примеры той устой­ чивости, с которой растения удерживают свойственный им на родине ритм роста в новых условиях культуры, например, ра­ стения умеренных зон в условиях тропиков (Bordage, 1910). Необходимость рассматривать период покоя у растений не автономно, а в единстве с условиями внешней среды, наиболее последовательно обоснована в работах И. В. Мичурина (1939) и его последователей. «Период покоя у растений, — указывал Мичурин, — можно различными способами передвинуть, уко­ ротить или совершенно исключить». Используя гибридизацию и другие приемы изменения наследственности, удается изме­ нять продолжительность и глубину покоя у растений (Букасов и др., 1948). Сравнительно легкая изменчивость периода покоя под влия­ нием внешних условий и воздействий свидетельствует о более позднем приобретении его растениями. Дальнейшее изучение периода покоя было направлено на выяснение тех условий внешней среды, во взаимодействии с ко­ торыми у растений проявляется состояние покоя. Поскольку 2 З а к а з № 4752 17 растения еще задолго до наступления неблагоприятных осенне- зимних условий переходят в состояние покоя, то последние не могут считаться непосредственными причинами данного явле­ ния. Как было показано еще Катунским (1940), растение не может регулировать свой ритм развития путем непосредствен­ ной реакции на неблагоприятные факторы (низкие температу­ ры, засуха и т. д.). Оно должно к ним заранее приспособиться. Было высказано предположение, что длина дня, с абсолютной правильностью изменяющаяся в течение года, и служит тем ориентиром времени или астрономическими часами, по которым растительные организмы соизмеряют темп и ритм своего разви­ тия. Согласно этому взгляду, с укорочением дневного осве­ щения к осени растения впадают в состояние покоя, а с удлине­ нием дня к весне они пробуждаются к росту. Как выяснилось из опытов Б. С. Мошкова (1934), для ускорения перехода ра­ стений в покоящееся состояние нет надобности воздействовать коротким днем в течение всего периода вегетации, а лишь в сравнительно короткий отрезок его, в частности в условиях Ле­ нинграда для белой акации и некоторых других исследованных растений, взятых из более южных районов, с 16 июля по 7 ав­ густа. Можно думать, что фотопериодическое воздействие на сроки перехода растений в состояние покоя оказывается осо­ бенно эффективным в том случае, если оно производится в фазу затухания роста. Если бы период покоя являлся непосредствен­ ной реакцией растительного организма на продолжительность дня, то можно было бы ожидать, что в условиях непрерывного освещения период покоя должен полностью исключаться. Од­ нако в опытах В. Мальчевского (1946) сосна при выращивании на круглосуточном освещении не росла непрерывно, а образо­ вывала в течение одного года три годичных кольца. Не у всех растений, однако, укорочение длины дня ускоряет их переход в состояние покоя. По данным Е. Р. Гюббенет (1940), короткий день не вызывал покоя у сеянцев какао. По данным Покров­ ского и Меробян (1936), некоторые южные сорта чая продол­ жают вегетировать непрерывно в теплице на коротком зимнем дне. Подобное же явление характерно для луков, которые на коротком дне продолжают вегетировать неопределенно долго, а на длинном дне переходят к образованию луковицы (Реймерс, 1941). Также не всегда удается растения вывести из состояния покоя одним только удлинением продолжительности дня. В есте­ ственных условиях для снятия периода покоя необходимо воз­ действие пониженными температурами. Заслуживает также быть отмеченным, что в естественных условиях вхождение ра­ стений в состояние покоя может совершаться, когда длина дня продолжает еще увеличиваться, а выход из него — при про­ должающемся укорочении длины дня (растения, выходящие из состояния покоя до декабря). При выращивании растений в 18 теплицах, где условия благоприятствуют раннему началу веге­ тации, можно наблюдать переход их в состояние покоя при не­ обычной длине дня (Перк, 1960). Все это указывает на значи­ тельную обусловленность периода покоя внутренними усло­ виями. Многочисленные исследования проведены по выяснению зна­ чения встречающихся в растениях регуляторов роста в процес­ сах роста и явлениях коррелятивного взаимодействия между органами и частями растения, которое оказывает на интенсив­ ность и направленность роста не меньшее влияние, чем внеш­ ние условия. Еще опытами Сноу (Snow, 1929) на проростках гороха было установлено, что задерживающее влияние верхушки стебля на развитие пазушных почек исходит из трех или четырех самых молодых быстро растущих листьев. По мере увеличения разме­ ров листьев это влияние ослабевает, и вполне взрослые листья становятся почти совершенно неактивными. Механизм коррелятивного торможения роста пытаются объ­ яснить по-разному. Сноу показал, а ряд других авторов под­ твердили, что тормозящее раздражение может проходить через надрезы и даже через короткие убитые участки стебля. Следо­ вательно, при процессах торможения дело должно заключаться в распространении растворенных регулирующих рост веществ по растению. Относительно способа, которым регуляторы роста включа­ ются в цепь реакций коррелятивного торможения, высказан ряд гипотез. Тиман и Скуг (1933, 1934), пользуясь проростками бобов, нашли, что причиной задержки развития пазушных почек явля­ ется выделение ауксина развивающейся верхушкой растения в такой концентрации, которая сдерживает распускание боко­ вых почек. Согласно гипотезе блокирования, предложенной Ван-Овер- беком (1938), ростовое вещество главного стебля обычно бло­ кирует передвижение питательных веществ по узким проводя­ щим путям, ведущим к боковым почкам, так что последние не могут прорастать из-за недостатка питательных веществ. Сле­ довательно, для прорастания почек необходим дефицит росто­ вых веществ в стебле. По гипотезе отвлечения, развиваемой Вентом (1936), центры роста, например, верхушечные почки привлекают к себе росто­ вые вещества, имеющиеся лишь в ограниченном количестве, и вследствие этого отнимают их от боковых почек, которые раз­ вивают значительно меньшую силу притяжения. Согласно взгляду, развиваемому Сноу (1937), под влиянием ростовых веществ в растении возникают тормозящие вещества, способные распространяться в растениях в обоих морфологи- 2* 19 ческих направлениях. Молодые листья образуют как ростовые, так и тормозящие вещества. Сноу предполагает взаимодействие между ростовыми и тормозящими веществами. Ростовое веще­ ство предохраняет клетки от действия тормозящего вещества, без него клетки могут погибнуть. Степень торможения зависит от того соотношения между количеством тормозящих и росто­ вых веществ, которые устанавливаются в каждом отдельном случае. Зёдинг (1955) приходит к заключению, что период покоя у почек древесных пород регулируется тормозящими рост веще­ ствами. Ростовые вещества, поступающие из запасов растения или вновь синтезируемые, усиливают рост, но не определяют покой, так как попытки использовать их препараты для ранней выгонки растений не увенчались успехом. Также покой семян в большинстве случаев обусловлен высоким содержанием инги­ биторов роста. Хемберг (1949), исследовавший прорастание почек у ясеня, осенью нашел во всех почках много тормозящих веществ, тогда как в феврале, когда период покоя был в значительной мере пройден, содержание их было гораздо ниже. Согласно данным Леопольда (1955), в почках древесных ра­ стений и семенах в состоянии покоя имеются кислые ингиби­ торы. Они блокируют сульфгидрильные группы некоторых фер­ ментов, в частности амилазы. Соединения, содержащие сульф­ гидрильные группы (глютатион и др.), подавляют деятельность ингибиторов и активируют деятельность важных для роста сульфгидрильных энзимов. В механизме действия ауксинов Леопольд большую роль отводит их взаимодействию с коэнзи- мом А и вообще превращению сульфгидрильных соединений. Показано также, что ингибиторы сульфгидрильных групп силь­ но тормозят передвижение ауксина при концентрациях, не угне­ тающих дыхание. Физиолого-биохимические исследования показывают, что ро­ стовые вещества оказывают разностороннее влияние на физико­ химические свойства протоплазмы, на водный режим, регули­ руя растяжение клеток, и на другие стороны жизнедеятельно­ сти клеток. Существенным физиологическим признаком, характеризую­ щим состояние роста, является степень преобладания в ткани восстановительного направления метаболизма. При условиях, благоприятных для важнейших биосинтезов и для роста, в част­ ности при воздействии стимулирующими концентрациями аукси­ нов, обычно наблюдается повышение отношения содержания восстановленных форм к окисленным в системах глютатиона, аскорбиновой кислоты, ТПН, а при угнетающих концентрациях обнаруживается снижение этого соотношения. Действительно, определение величины дыхательного коэффи- 20 циента в меристеме точек роста растений в состоянии активной деятельности показывает на сдвиг процессов метаболизма в сторону анаэробизма, биологический смысл Которого, по-види- мому, заключается в обеспечении растущих тканей более раз­ нообразными промежуточными продуктами, необходимыми для биосинтеза. В фазу растяжения клеток, наоборот, отмечено повышение аэробного дыхания, что важно в отношении снабжения орга­ низма энергией, необходимой также для усиления водонагне­ тательной деятельности клеток. По мнению некоторых исследователей (Marre and Arrigoni, 1957 и др.), действие ИУК в стимулирующих рост концентра­ циях на содержание аскорбиновой кислоты связано с тем, что он препятствует окислению восстановленной АК до дегидро­ формы, угнетающе действующей на некоторые ферментные си­ стемы (дегидраза янтарной кислоты и др.), активность которых важна для ростовых процессов. При этом увеличивается содер­ жание восстановленного глютатиона в тканях. При ингибирующих рост концентрациях аскорбиновой кис­ лоты снижается содержание восстановленного глютатиона и параллельно идет увеличение содержания окисленного глюта­ тиона. Являясь активатором протеолитического фермента па- паина, глютатион принимает непосредственное участие в обмене белков (Mothes, 1931; Guthrie, 1933; Прокошев, 1934; Иванов, 1939; Строганов, 1940). Современные представления о ростовых процессах связаны с изучением метаболизма энергетических веществ, при которых освобождается необходимая для роста энергия. Усилия исследо­ вателей поэтому направлены на выяснение действия ростовых веществ на процессы аккумуляции и трансформации энергии. Исследованиями Mappe и Форти (1958) показано, что в ре­ зультате действия ауксина наблюдается повышение активности дыхательных систем, увеличение интенсивности синтеза богатых энергией связей, повышение утилизации фосфатных макроэрги- тических связей в метаболитических процессах и росте. Л. И. Сергееву (1946) в опытах с инъекцией 1% раствора АТФ удалось вызвать распускание почек у некоторых деревьев в период органического покоя. Это дало ему основание для предположения, что в состояние органического покоя почки дре­ весных растений переходят в результате разобщения окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи и прекращения обра­ зования АТФ. Разобщение окисления и фосфорилирования в ды­ хательной цепи происходит в результате перестройки дыхатель­ ных систем, перемещения окислительных процессов из мито­ хондрий на их поверхность (Ленингер, 1961). Изменения окислительно-восстановительных условий и фос­ форного обмена у растений, подвергающихся действию аукси­ 21 нов, по - в и д и м о м у , сопровождается значительными и з м е н е н и я м и нуклеинового обмена. Эти условия за последние годы стали ин­ тенсивно изучаться рядом физиологов в разных с т р а н а х . , • Очень интересны результаты работы Дж. М. Нейлор (1958), определившей содержание ДНК в ядрах клеток м е р и с т е м ы вер­ хушечной и боковых почек традесканции (Tradescantia palu- dosa). Она обнаружила, что коррелятивное ингибирование вер­ хушечной почкой традесканции боковых связано с угнетением синтеза ДНК в ядрах, что, по-видимому, является непосред­ ственной причиной торможения деления клеток боковых мери­ стем. После срезания верхушечной почки коррелятивное инги­ бирование снималось, и в боковых почках также начали появ­ ляться ядра с удвоенным количеством ДНК, чему соответство­ вало активирование деления клеток. Нейлор приходит к заклю­ чению, что влияние на обмен ядра является существенным мо* ментом в действии ауксинов на рост клеток. Дж. Зильбергер и Ф. Скуг (Skoog, 1954) в опытах с культу­ рой ткани сердцевины табака на питательной среде, содержа^ щей ИУК в разных концентрациях, обнаружили, что при кон­ центрации этого соединения 0,14 мг/л наблюдается максималь­ ное содержание в ткани ДНК, что соответствует усиленному делению клеток; при 1,4 мг/л ИУК в питательной среде отме­ чено максимальное содержание в ткани РНК и отсутствие кле­ точного деления; пропорционально возрастанию содержания РНК увеличивается сырой вес клеток. Авторы предполагают, что ауксины активируют рост за счет непосредственного влия­ ния на синтез РНК. Важно отметить, что многими исследовате­ лями (Алексеев, 1963; Гусев, 1959; Цельникер, 1963 и др.) вы­ яснено, что между содержанием нуклеиновых кислот и воды в тканях наблюдается положительная каузальная зависимость. Наиболее распространенным в настоящее время является представление, что вхождение растений в состояние покоя опре­ деляется внутренними изменениями, которые, однако, в прош­ лой истории вида являлись ответной реакцией на какие-то небла­ гоприятные изменения внешней среды в определенный период года и были наследственно закреплены естественным отбором. В качестве действующих неблагоприятных условий при этом приводятся температура (Vegis, 1957), условия минерального питания (Lakon, 1912), влажность (Серебряков, 1952; Ш ара­ пов, 1954; Перк, 1953, 1960; Скрепчинский, 1957 и др.). Шарапов (1954) по данному поводу заключает, что основ1- ным стимулом эволюции растительного мира, оказывающим свое воздействие на растения с момента выхода их на сушу, очевидно, была борьба за воду. Недостаток влаги в определен­ ные, правильно повторяющиеся промежутки времени в течение года и стал причиной появления периода покоя у древесных растений. 22 Серебряков (1952) выдвигает гипотезу о решающем значе­ нии в явлениях периодичности роста растений соотношения ро­ ста поглощающей поверхности корней и испаряющей поверхно­ сти листьев. Если поверхность листьев нарастает быстрее по­ глощающей поверхности корней, то рост последних должен че­ рез некоторое время прекратиться. Подтверждение своим взгля­ дам он видит в том, что у большинства наших древесных расте­ ний действительно после весеннего максимума роста наступает летний период покоя корней. На значение коррелятивных отно­ шений в росте побегов и корней, по мнению этого исследова­ теля, указывают также данные о быстроте и длительности ро­ ста побегов. Быстро растущие весной растения отличаются в то же время кратковременностью роста побегов — дуб, бук, липа, вяз и др. К сожалению, как отмечает сам автор, непосредствен­ ных измерений скорости нарастания поглощающей поверхности корней и листьев и их соотношения для многолетних растений, не производилось. К тому же, по мнению некоторых исследо­ вателей (Чендлер, 1960), ритм роста корней и побегов не совпа­ дает. Весной и в самом начале лета корни склонны к быстрому росту, но после того как запасы питательных веществ истощат­ ся, а продукты фотосинтеза используются для наиболее быстро­ го роста побегов и камбия, рост корней протекает медленно. Затем, когда летом рост побегов и камбия замедлится или при­ остановится, обычно имеет место самый большой в году рост корней. Вторая волна прироста корней приходится в умеренной зоне на сентябрь, ноябрь (Лобанов, 1847; Рахтеенко, 1960; Рез- ниченко, 1958 и др.), когда надземная часть уже находится в состоянии глубокого покоя. Максимов (1946) на основе своих многолетних исследований пришел к заключению, что из всех проявлений жизнедеятель­ ности растений наиболее чувствительным к недостатку воды является рост. Для нормального протекания процессов роста совершенно необходима высокая степень обеспеченности клеток водой. На важное значение водного фактора в обусловливании пе­ риодичности роста растений указывает также ряд других из­ вестных фактов. Растения влажных мест обитания (например, тополя, ивы) показывают менее отчетливую периодичность роста по сравне­ нию с растениями из более сухих мест произрастания. Они от­ личаются выравненностью водного баланса, небольшими днев­ ными дефицитами воды. Высокое содержание воды в тканях позволяет этим растениям поддерживать более длительное вре­ мя меристематические ткани в состоянии активной жизнедея­ тельности. С возрастом деревьев условия водоснабжения кроны ухуд­ шаются, соответственно чему укорачивается продолжительность 23 роста побегов. Также у кустарников и травянистых растении ввиду более легкой доступности воды период роста продолжи­ тельнее по сравнению с деревьями. Период покоя в точках роста вклинивается между фазой эмбрионального роста и фазой растяжения клеток. Для осуще­ ствления фазы растяжения требуется однако особенно обильное поступление воды в клетки. Нами более подробно изучалось влияние листьев на водо­ снабжение заложенных в их пазухах почек. При изучении строения почек привлекает внимание тот факт, что они с самого начала своего заложения наделены многочис­ ленными приспособлениями для защиты от высыхания. При­ чины раннего возникновения защитных образований у почек не обсуждаются в литературе. По нашим представлениям, их ран­ нее заложение вызвано тем, что почки на растении находятся в условиях затрудненного водоснабжения. На недостаточное снабжение почек водой указывают данные опытов по определе­ нию доли засасывания воды почками на срезанных ветках в от­ сутствии и в присутствии листьев. Согласно нашим данным, с удалением листьев доля участия почек в засасывании воды на срезанных ветках сильно сни­ жается (в 5—7 раз) по сравнению с долей их участия при на­ личии листьев. Следовательно, сосущая сила почек при функ­ ционировании листьев выше, чем в их отсутствии. Другими, словами, почки при наличии листьев находятся на побегах в состоянии недонасыщения водой. Такое недонасыщение, в силу слабой собственной транспирации почек, создается транспира- ционной деятельностью находящихся в непосредственной близо­ сти от них листьев. В силу этих условий передвигающаяся по растению вода оказывается трудно доступной для почек. Если же листья будут удалены, то конкуренция за воду с их сторонц будет полностью устранена и почки получат возможность насы­ титься водой, вследствие чего сосущая сила почек и тем самым доля участия их в подъеме воды по растению резко снижается. Получая дополнительную воду, почки приходят в состояние, при котором возможен их дальнейший рост. Из тех же определений выясняется, что влагоемкость побега имеет базипетальный градиент, обусловленный особенностями его анатомического строения (Иванов, 1946; Серебряков, 1952 и др.). В связи с этим находит себе объяснение последователь­ ность одревеснения побегов от основания к верхушке, степень развитости почек по длине побега и последовательность пере­ хода их в состояние покоя. Биологический смысл ограниченного водоснабжения почек заключается в том, что при известном водном дефиците и оби­ лии питательных веществ создаются более благоприятные усло­ вия для процессов в меристематической ткани, приводящих к 24 закладке генеративных образований. Из работ И. А. Коломиеца (1959) известно, что для перехода меристемы из вегетативного состояния в генеративное и прохождения первой стадии разви­ тия цветочных почек необходима повышенная температура и вы­ сокая концентрация питательных веществ. Также в самом строении почек заложены условия для огра­ ничения их водоснабжения. Известно, что почки имеют слабо развитую водопроводящую систему. Из обнаруженного факта слабой доступности воды для по­ чек становятся понятными их типичное ксероморфное строение и биологическая целесообразность их раннего заложения у ра­ стений. Раннее заложение почек уже в начале вегетационного периода является крайне важным свойством, выработанным у растений, так как при наличии почек сравнительно быстро мо­ жет быть восстановлена новая листовая поверхность взамен утраченной. Подобная же преждевременная утрата листьев вследствие поздних весенних заморозков, градобития, поедания молодых сочных листьев животными, гусеницами и т. д. — явление хотя и не регулярное, но частое в жизни растений. Если бы у расте­ ний отсутствовала возможность быстрого своевременного вос­ становления ассимиляционного аппарата, то это привело бы к сильному истощению их и другим вредным последствиям. При таком объяснении основного значения раннего заложения по­ чек становится понятным, почему для растений оказалось по­ лезным и необходимым, чтобы и характер ростовых процессов почек регулировался деятельностью листьев. Определение содержания воды в почках на различных фа­ зах развития показывает, что для распускания их требуются особенно благоприятные условия водообеспеченности. Такие ус­ ловия имеют место в естественной обстановке весной и в начале лета, когда в растениях происходит интенсивное сокодвижение. Также специальные опыты показывают, что весеннему распуска­ нию почек на побегах предшествует пополнение запасов воды в них (Перк, 1961). С усилением напряжения иссушающих фак­ торов внешней среды и возрастанием интенсивности транспира- ционной деятельности листьев количество доступной для зало- жившихся почек воды уменьшается и они переходят в состоя­ ние покоя. Первоначально покой почек является неустойчивым и оказывается достаточным удалить листья, чтобы побудить почки к распусканию в год их заложения. Сравнение динамики роста побегов у древесных пород и плодовых деревьев с ходом изменения основных факторов внеш­ ней среды показывает, что переход побегов в состояние покоя во времени приходится на июль, когда температура воздуха и почвы, дефицит влажности воздуха, средняя продолжитель­ ность солнечного сияния, интенсивность радиации достигают 25 на протяжении вегетационного периода максимального выра­ жения (рис. 1). Запасы продуктивной влаги в почве к этому времени достигают минимума. Транспирационная же деятель­ ность растений ввиду развитой листовой поверхности оказыва­ ется максимальной. Проведенное Н. Д. Спиваковским (1962) исследование по­ требности в воде у сеянцев яблони китайки в условиях водных культур на питательной смеси Кнопа позволило выяснить, что Рис. 1. Ход изменения основных метеорологических условий по данным многолетних наблюдений. температура воздуха (1922— 1924; 1928— 1944 гг.); • — • — в относительная влажность воздуха (1891 — 1935 гг.); о - о — о дефицит влажности (1926— 1942; 1945— 1952 гг.); осадки; запасы продуктивной влаги в почве (1947— 1958 гг.). поступление воды в растение, весьма незначительное в фазу начального роста, резко возрастает в фазу усиленного роста и особенно в фазу затухания роста, а затем уменьшается после окончания роста надземной части растений. Следовательно, за­ тухание ростовых процессов приходится на период, когда воз­ растает несоответствие между потребностью растений в воде и доступными запасами ее в почве. Вследствие этого снижа­ ется оводненность клеток. По наблюдениям Г. К- Карпова (1957), в фазу затухания 26 1 I I t роста побегов у яблони в листьях влажность уменьшается на 8— 10% против влажности в начале фазы усиленного роста, а концентрация клеточного сока, наоборот, повышается до мак­ симальных размеров, с 6—7 атм в начале июня до 12— 13 атм к началу августа. Подобной же направленности изменения от­ мечены в древесине побегов. Согласно данным наших определений, проведенных в 1960 году, содержание воды в однолетних побегах яблони (среднее по пяти сортам) составляло в мае 79,6%, а в июле — 53,4%, т. е. влажность уменьшалась на 26,2% (Перк, 1963). Снижение степени насыщенности клеток водой не может не отразиться на свойствах протоплазмы, а также на происходя­ щих в клетках процессах обмена веществ и энергии. Харак­ терно при этом отметить, что происходящие в растениях изме­ нения при переходе в состояние покоя имеют ту же направлен­ ность, что и при усилении недостатка воды в них. При вхожде­ нии растений в период покоя, кроме уже ранее отмеченных изменений в водных свойствах клеток, наблюдается повыше­ ние вязкости протоплазмы (Kessler, 1935), ослабление связи между клетками и образование липоидного слоя на поверхно­ сти протопласта (Генкель и Окнина, 1952), повышение содер­ жания связанной воды и водоудерживающей способности тка­ ней, уменьшение содержания нукленовых кислот (Барская, Ок­ нина, 1959; Петровская, 1955; Сарапуу и Перк, 1962; Цельни- кер, 1963), повышение содержания сахаров (Mitra, 1921, Зе­ ленская, 1954), снижение содержания редуцирующих веществ (Петровская, 1955; Перк, 1962), интенсивности дыхания (Мак­ симов, 1908), уменьшение прочности связи хлорофилла с бел­ ком и увеличение зернистости пластид (Проценко, Чикаленко, 1962), усиление чувствительности пластид к повреждающим агентам (Барская, 1964), накопление флуоресцирующих веществ в клетках (Красавцев, 1963), повышение морозоустойчивости (Сакаи, 1963), снижение биоэлектрических потенциалов дейст­ вия (Сергеев, 1963), повышение содержания олигосахаридов, крахмала, среди свободных аминокислот увеличивается значе­ ние пролина (Бобрышева, Окнина, 1960; Сергеев, Сергеева, Мельников, 1961), снижение кислотности, реакции на сульф- гидральные группы и цитохромоксидазу (Телчерова, 1963), сни­ жение поступления и передвижения Р32 в растении (Мельников, 1959), интенсивности транспирации (Нестеров, 1962, Перк, 1964), общего содержания воды (Кушниренко, 1962), уменьше­ ние содержания стимуляторов роста (Яркова, 1939), повыше­ ние содержания ингибиторов роста (Турецкая, Кефели, Сарапуу, 1964), уменьшение воздухо- и водопроницаемости покровных тканей (Лысенко, 1943), переход веществ в труднорастворимую форму (Johanson, 1902) и ряд других изменений. П. А. Генкель и Е. 3. Окнина (1964) указывают, что при пе- 27 реходе в состояние покоя в протоплазме клеток протекают при­ способительные реакции, которые связаны с изменением харак­ тера и направленности обмена веществ, ферементативной дея­ тельности, изменением свойств протоплазмы и снижением ин­ тенсивности физиологических процессов. Выяснение причин покоящегося состояния растений и проис­ ходящих при этом физиолого-биохимических изменений позво­ ляет ближе подойти к выяснению значения периода покоя и со­ ставляющих его фаз в жизни растений. Поскольку интенсивность (глубина) покоя не остается по­ стоянной, а меняется, то методически удобно при изучении пе­ риода покоя делить его на несколько фаз. Начальная фаза, которую предлагается называть фазой предварительного покоя, охватывает период, в течение которого обрыванием листьев удается вызвать распускание почек в год их заложения. Эта фаза покоя почек у изученных древесных пород и плодовых деревьев приходится на первую половину вегетационного периода, заканчиваясь в основном в июле. Окон­ чание данной фазы совпадает с завершением роста побегов в длину, заложением верхушечной почки и характеризуется пол­ ным развитием листовой поверхности. Фаза предварительного покоя обусловливается деятельностью листьев и во времени приходится на тот период в годичном цикле развития растений, когда восстановление новой листовой поверхности взамен утра­ ченной по тем или иным причинам оказывается для растений полезным. Почки на этой фазе играют роль резервных органов, за счет которых устраняется опасность для растений остаться преждевременно без ассимиляционного аппарата. Обрыванием листьев в фазе предварительного покоя можно вызвать образование новых нормальных листьев и побегов. Сле­ довательно, потребность в пониженных температурах на этой фазе для дальнейшего нормального развития у многолетних растений отсутствует или слабо представлена. С заложением и замыканием верхушечной почки соверша­ ется переход побегов в фазу глубокого покоя, которая у наших древесных растений приходится на август, сентябрь и октябрь. Основное биологическое значение фазы глубокого покоя заклю­ чается в прочном удерживании почек от прорастания в тот пе­ риод, когда оно ничего, кроме вредных последствий, не при­ несло бы растениям. Позднее пробуждение почек привело бы к непроизводительной трате питательных веществ и тем самым истощанию растений. Поскольку внешние условия в этот пе­ риод еще благоприятны для роста, то для растения оказыва­ ется необходимым предупреждать почки от несвоевременного прорастания внутренними факторами. В эту фазу обрывание листьев, а также другие известные приемы прерывания покоя (теплые ванны, эфиризация и т. д.) оказываются неэффектив­ 28 ными. В состоянии глубокого покоя растения нельзя побудить к росту, предоставляя им для этого даже самые благоприят­ ные условия. Внешне проявляющийся рост прекращается, тогда как процессы дифференцировки клеток и тканей усиливаются. Следовательно, происходят существенные изменения в харак­ тере использования вырабатываемых в растениях пластических веществ. В фазе глубокого покоя до листопада продолжается на довольно высоком уровне фотосинтетическая деятельность. Продукты фотосинтеза, не находя больше использования для роста, откладываются в тканях про запас. Основное значение фазы глубокого покоя, по нашему мнению, и следует видеть в накоплении запасных веществ, необходимых для формирова­ ния урожая, закладки плодовых почек, приобретения необходи­ мой устойчивости против неблагоприятных условий перезимовки и для последующей успешной вегетации. Подтверждением ска­ занному является то, что максимум в содержании основного запасного вещества, крахмала, приходится на период листо­ пада, т. е. когда растения находятся в состоянии глубокого покоя. Накоплением запасных веществ создаются благоприят­ ные условия для процессов дифференцировки, внешне прояв­ ляющихся в вызревании побегов и в закладке плодовых почек. Для нормального прохождения фазы глубокого покоя растения требуют воздействия пониженных температур. Считается, что для прохождения периода покоя оптимальными являются тем­ пературы в пределах от + 1 0 до 0° или несколько градусов ниже нуля (—3°, —5°). По многолетним метеорологическим данным, в Эстонской ССР температура ниже 10° устанавлива­ ется во второй декаде сентября, а ниже 0° — во второй поло­ вине ноября, ниже —3° — в начале декабря и ниже —5° — в первых числах января. Следовательно, период благоприятных для прохождения периода покоя температур оказывается со­ ответственно продолжительностью от двух до трех с полови­ ной месяцев (в зависимости от того, какую температуру счи­ тать за нижний предел). Наиболее приспособленными к на­ шим условиям следует считать те растения, которые требуют для прохождения периода покоя температуру ниже +5°, так как выше этой температуры возможна активизация ростовых процессов у растений, и, следовательно, резкое снижение их морозоустойчивости. Пониженные температуры являются, по-видимому, ответст­ венными за переход растений из состояния глубокого покоя в третью фазу т. н. последующего или послепокоя. В фазе после- покоя происходит снятие внутреннего тормоза роста и послед­ ний ставится все в большую зависимость от внешних условий. Заканчивается фаза последующего покоя у наших древесных растений обычно к установлению устойчивой зимней погоды. С установлением устойчивых морозов растениям уже биологи- 29 чески нецелесообразно сдерживать ростовые процессы за счет использования внутренней энергии, так как тот же физиологи­ ческий эффект теперь достигается отсутствием во вн еш н ей сре­ де необходимых для роста условий. За окончание фазы после- покоя можно условно принимать то время, когда более поло­ вины почек на ветках, перенесенных в теплое помещение, спо­ собны быстро пробуждаться к росту. В эту фазу продолжаются процессы закалки растений. Эти три фазы, вместе взятые, и составляют органический покой растений. По данным наших определений продолжительности органи­ ческого покоя, произведенных у 121 вида деревьев и кустарни­ ков, произрастающих в дендрарии Ботанического сада Тарту­ ского государственного университета, свыше половины видов (56%) заканчивают его к середине зимы. Притом, в группу с продолжительным периодом покоя входят растения с различ­ ной морозоустойчивостью. Приведенные данные указывают на то, что продолжительность периода покоя у большинства дре­ весных растений оказывается короче неблагоприятного осенне- зимнего периода, причем глубокий покой — фаза наиболее сильно выраженного состояния покоя — обычно приходится на осенний период. В середине зимы, когда растения обладают максимальной устойчивостью, они уже могут не находиться в покоящемся состоянии или, в лучшем случае, заканчивать его. Следовательно, период покоя и морозоустойчивость растений хотя и тесно связаны, но все же не идентичные явления в жизни растений. Таким образом, изучение периода покоя показывает, что го­ довая периодичность в жизни растений — это очень сложная цепь процессов, которые осуществляются путем развития из наследственного основания под воздействием внешних условий. Первоисточник причин покоящегося состояния растений необ- ходимо'искать в тех взаимоотношениях и взаимодействиях, ко­ торые устанавливаются между растительным организмом и ус­ ловиями его существования в процессе развития. Соответствую­ щими опытами показано, что почки у древесных растений спо­ собны к распусканию в год их заложения, если своевременно будет устранено сдерживающее влияние листьев на их рас­ пускание. Природа тормозящего влияния листьев заключается не только в выработке регулирующих рост веществ, но также в ограничении водоснабжения почек. Переход растений в со­ стояние покоя совершается с нарастанием листовой поверхности и усилением иссушающего напряжения условий внешней среды. ЛИТЕРАТУРА Б а р с к а я Е. И. , О к н и н а Е. 3. Роль нуклеиновых кислот в процессах роста и состояния покоя почек плодовых культур. Физиология расте­ ний, т. 6, вып. 4, 1959. 30 Б а р с к а я Е. И., Сезонные изменения хлоропластов и вызревание древе­ сины в связи с состоянием покоя и морозоустойчивостью древесных растений. Автореферат канд. диссертации, М., 1964. Б о б р ы ш е в а А. М. , О к н и н а Е. 3. Превращение запасных питательных веществ в цветочных почках черной смородины в годичном цикле. Физиология растений, т. 7, вып. 5, 1960. Б у к а с о в С. М. , В о с к р е с е н с к а я О. А., К а м е р а з А. Я-, Л е х н о - в и ч В. С. Культура картофеля. Ленинградск. газ.-журн. и книжн. изд., 1948. Г е н к е л ь П. А., О к н и н а Е. 3. Изучение глубины покоя у древесных пород для диагностики их морозоустойчивости. Методические у к аза ­ ния. Изд. АН СССР, 1952. Г е н к е л ь П. А. и О к н и н а Е. 3. Состояние покоя и морозоустойчивость плодовых растений. Изд. «Наука», М., 1964. Г у с е в Н. А. Некоторые закономерности водного режима растений. Изд. АН СССР, М., 1959. Г ю б б е н е т E. Р. К физиологии Theobroma cacao L. II. Влияние укорочен­ ного дня на рост и развитие сеянцев Theobroma cacao L. Бот. журн. СССР, т. 25, № 6. З е л е н с к а я Е. Д. Накопление и превращение углеводов, азотистых и зольных веществ в деревьях яблони. Научные труды Украинского научно-исследовательского ин-та плодоводства. Киев, 1954. З ё д и н г Г. Ростовые вещества растений. Изд. И Л, М., 1955. И в а н о в С. М. Активность ростовых процессов — основной фактор морозо­ устойчивости цитрусовых растений. Докл. АН СССР, 22, № 5, 1959. И в а н о в Л. А. Свет и влага в жизни наших древесных пород. Докл. на 5-м ежегодном Тимирязевском чтении. Изд. АН СССР, М.—Л., 1946. К а р п о в Г. К- Влияние температуры на фазы развития и формирование цветочных почек у яблони. Сб. «Тр. Центр, генетической лаборатории им. И. В. Мичурина», т. IV, Мичуринск, 1957. К а т у н с к и й В. М. О приспособительном значении фстопериодической ре­ акции растений. Сб. научн. работ комсомольцев-биологов. Изд. АН СССР, М.—Л., 1940. К л е б с Г. Произвольное изменение растительных форм. Материалы для будущей физиологии развития. В кн.: К. А. Тимирязев. Собр. соч., т. IV, Изд. АН СССР, М. К о л о м и е ц И. А. Биологические основы преодоления периодичности пло­ доношения яблони. Сб. научн. работ Украинского н.-и. ин-та садовод­ ства, вып. 34, 1959. К р а с а в ц е в О. А. Флуоресценция клеток некоторых северных древесных растений в связи с их морозоустойчивостью. Сб. «Роль клеточных реакций в приспособлении многоклеточных организмов к температуре среды (тезисы докладов)». Изд. АН СССР, М.—Л., 1963. К у ш н и р е н к о М. Д. Водный режим и засухоустойчивость плодовых р а ­ стений. Кишинев, 1962. Л о б а н о в Н. В. Методика изучения роста корней древесных культур при различных влажностях почвы. ДАН. СССР, 55, 7, 1947. Л ы с е н к о Т. Д. Ближайшие задачи советской сельскохозяйственной науки. Сб. работ в годы Великой Отечественной войны. Сельхозгиз, М., 1943. М а к с и м о в Н. А. О дыхании растений при температурах ниже нуля. Бот. журнал, т. 37, вып. 1, 1908. М а л ь ч е в с к и й В. П. Применение искусственного света для ускорения ро­ ста и развития сеянцев древесных пород. Тр. Ин-та физиологии расте­ ний им. К- А. Тимирязева АН СССР, т. IV, вып. 1, 1946. М е л ь н и к о в В. К- Радиоактивный фосфор как индикатор физиологиче­ ского состояния плодовых растений. Сб. «Физиология зимостойкости древесных растений». Изд. «Наука», М., 1964. М и ч у р и н И. В. Принципы и методы работы. Соч., т. 1, Сельхозгиз, 1939. 31 М о ш к о в Б. С. Морозоустойчивость растений и фотопериодизм. Сов. субстр., т. 2, 1934. Н е с т е р о в Я. С. Период покоя плодовых культур. Изд. с.-х. лит. журн. и плакатов, М., 1962. П е р к А. Я- Значение воды в периоде покоя у растений. Диссертация, Тарту, 1953. П е р к А. О причинах вступления почек древесных пород в состояние по­ коя. Ученые записки ТГУ, вып. 82. Труды по ботанике V. Труды по физиологии растений. Тарту, 1960. П е р к А. Я. Особенности водного режима древесных пород в связи с их морозоустойчивостью. Ученые записки ТГУ, вып. 101. Труды по бо­ танике V. Труды по физиологии растений. Тарту, 1961. П е р к А. Период покоя и его значение в жизни древесно-кустарниковых растений. Vabariiklik konverents taimefüsioloogia ja -geneetika alal. Tallinn, 1963. П е т р о в с к а я Т. П. Состояние покоя цветочных почек древесно-кустарни­ ковых растений. Тр. Ин-та физиологии растений АН СССР, т. 9, 1955. П о к р о в с к и й В. Н. и М е р о б я н С. Г. Фотопериодизм и вегетация чай­ ного растения. Сов. субтропики, № 11, 1936. П р о к о ш е в С. М. Глютатион и его физиологическое значение. Соц. ра­ стениеводство, сер. А, № 11, 1934. П р о ц е н к о Д. Ф. , Ч и к а л е н к о В. Г. Состояние хлорофилла в изолиро­ ванных пластидах различных по морозостойкости сортов яблонь. Р а ­ боты Бот. сада, Киевский ун-т, № 26, 1962. Р а х т е е н к о И. Н. Периоды роста активных корней древесных пород. Сб. «Биохимия и физиология растений». Минск, 1958. Р е з н и ч е н к о А. Г. Биология плодовых и ягодных культур. Учпедгиз, М., 1958. Р е й м е р с Ф. Э. Яровизация и стадийное развитие овощных растений. Сель­ хозгиз, М., 1941. С а к а и А. Влияние внутренних и внешних факторов на увеличение моро­ зоустойчивости древесных растений. Сб. «Роль клеточных реакций в приспособлении многоклеточных организмов к температуре среды (те­ зисы докладов)». Изд. АН СССР, М .—Л., 1963. С а р а п у у Л. П., П е р к А. Я- Сезонная динамика содержания нуклеино­ вых кислот в побегах яблони. Сб. «2-я научн. конфер. по нуклеиновым кислотам растений (рефер. докл.)», Уфа, 1962. С е р г е е в Л. И. , С е р г е е в а К. А., М е л ь н и к о в В. К. Морфо-физио- логическая периодичность и зимостойкость древесных растений. Изд. Башк. филиала АН СССР, Уфа, 1961. С е р г е е в Л. И. и С е р г е е в а К. А. Цитохимические исследования дре­ весных растений в связи с их зимостойкостью. Сб. «Роль клеточных реакций в приспособлении многоклеточных организмов к температуре среды (тезисы докладов)». Изд. АН СССР, М.—Л., 1963. С е р е б р я к о в И. Г. Морфология вегетативных органов высших растений, М., 1952. С п и в а к о в с к и й Н. Д. Удобрение плодовых и ягодных культур. Изд. с.-х. лит. журн. и плакатов, М., 1962. С т р о г а н о в Б. П. Роль окислительных процессов в физиологическом им­ мунитете растений. Сб. научн. раб. комсом.-биологов, Изд. АН СССР, 1940. Т е л ч е р о в а Л . О некоторых метаболитических изменениях в конусах нарастания пшеницы при действии пониженных температур. Сб. «Роль клеточных реакций в приспособлении многоклеточных организмов к температуре среды (тезисы докладов)». Изд. АН СССР, М.—Л., 1963. Ц е л ь н и к е р Ю. Л. Содержание нуклеиновых кислот в точках роста по­ бегов у деревьев в связи с процессами роста. Сб. «Проблемы экологии и физиологии лесных растений». Л., 1963. Ш а р а п о в Н. И. Химизм растений и климат. Изд. АН СССР, М.— Л., 1954. 32 Я р к о в а Л. М. Изменения в содержании ростковых веществ при периоде покоя. Докл. АН СССР, т. 23, № 1, 1939. B o r d a g e Е. А propos de l’heredite des caracteresacquis. Detner contre W eis­ mann. Bull. sei. Fr. et Belg., t. XLIV, 7-me ser., v. II, 1910. G a s s n e r G. Ruheperioden. Handwörterbuch der Naturwissenschaften, Bd. 8. 1933. G о s t e r Ch. Zur Anatomie und Physiologie der Zuwachssonen und Jah re s ­ r ingbildung in den Tropen. Ann. Ja rd in bot. de Breitenzorg, vol. 37, 1927. G u t h r i e J. D. Changes in the glutatione content of potato tubers treated with chemicals tha t break the rest period. Contr. Boyce Thomps. Inst., 5, Nr. 3, 1933. J o j a n n s e n W. Über Rausch und Betrübung der Pflanzen mit Berück­ s ichtigung der besonderer sogenannten Ruheperioden. Naturwiss. Wochen- schr., Nr. 9, 1902. K e s s l e r W. Uber die inneren Ursachen der Kälteresistenz der Pflanzen. P lanta . Bd. 24, Nr. 2, 1935. L а k о n G. Die Beeinflussung der Winterruhe der Holzgewächse durch die Nährsalze. Ztschr. Bot., 4, 1912. L e o p o l d C. Auxins and p lantgrow th. University of California Press., 1955. M a r r e E. and A r r i g o n i O. Metabolic reaction to auxin. 1. The effects of auxin on g lutathione and the effects of g lutathione on growth of isolated p lan ts parts. Physiol, p lantarum , 10, 2, 1957. M а г г ё E. and F о r t i G. Metabolic responses to auxin. 3. The affects of auxin on ATP-level as related to the auxin induced respiration increase. Physiol, plantarum . 11, Nr. 1, 1958. * M i t r a S. K. Seasonal changes and translocation of carbohydrate materia ls in fruit spurs of two year old seedlings of apple. Ohio J. Sei., 21, 89, 1921. M о t h e s K. Zur Kenntnis des N-Stoffwechsels höherer Pflanzen. P lanta . 12, 1931. N а у 1 о г J. М. Control of nuclear processes by auxin in axillary buds of Tradescantia paludosa. C anada J. Bot., 36, Nr. 2. 1958. Van O v e r b e e k . J. Bot. Gaz., 100, 1938. P e r k A. Viljapuude vil jakandvuse bioloogiast ja selle reguleerimise teoreeti­ listest alustest. A iandus ja mesindus, Tartu. 1963. S c h i m p e r A. Pflanzengeographie auf physiologischer Grundlage. Jena, 1935. S n o w R. The young leaf as the inhibiting organ. New. Phytol., 28, 1929. T h i m a n n K. V. Amer. Journ. Bot., 24. V o 1 k e n s G. Laubfall und L auberneuerung in den Tropen. 1912. W e n t F. Biol. Zentralbl. , 56, 1936. ПОКОЙ ПЛОДОВЫХ Д ЕР Е В Ь Е В И АГРОМЕРОПРИЯТИЯ ПО У П Р А В Л Е Н И Ю ИМ И. М. Ряднова Краснодарский педагогический институт В течение последних тридцати лет обмерзания плодовых деревьев носят массовый характер и охватывают огромные райо­ ны юга СССР. Это заставляет обратить внимание на причины низкой зи­ мостойкости и разработать мероприятия, обеспечивающие бла­ гоприятную зимовку плодовых деревьев. 3 З а к а з .N* 4752 0 0 Наши исследования проводились в основном с наиболее часто повреждаемыми персиком, абрикосом и черешнями. Изу­ чение периода покоя по поведению плазмодесм (Генкель и Ок­ нина, 1954) показало, что в покой входят и из него выходят отдельные части независимо одна от другой. В клетках букет- в % (в среднем за 1953— 1956, гг.). ных веточек уже в августе наблюдается уменьшение числа плазмодесм. В ростовых побегах такая картина констатирова­ лась только в сентябре (рис. 1). Плодухи, кольчатки, букетные ветки выходят весной из по­ коя раньше ростовых побегов. В клетках коры штамбов череш­ ни значительно раньше 'восстанавливаются плазмодесмы, чем в скелетных частях коры. Этим объясняется частое повреждение штамбов И мелких обрастающих побегов в конце зимы во вре­ мя возрастных холодов. 34 Изучение процессов накопления и расходования питатель­ ных веществ в плодовых почках в течение зимы показало, 4то в начале зимы в них отсутствуют крахмал, жиры, липоиды (ок­ раска реактивом Люголя, осмиевой кислотой, шарлахом). Пока не наступит похолодание и полностью не приостановится рост в плодовых почках, до тех пор крахмал в них обычно обнару­ жить не удается. По годам сроки появления крахмала силь­ но варьируют, будучи тесно связаны с погодными условиями. Основным запасным веществом у плодовых деревьев явля­ ется крахмал. Однако о роли крахмала в формировании зимо­ стойкости нет пока единого мнения. JI. И. Сергеев (1953), Д. Ф. Проценко (1958), К. М. По- плавский (1950) и другие отмечают, что у менее зимостойких форм содержится в зимнее время больше крахмала. J1. И. Сергеев и К. А. Сергеева (1956), Д. К. Дурманов (1953) и другие считают, что менее выносливы те части расте­ ния, где обнаружен гранулярный крахмал. Однако в наших исследованиях, наоборот, установлено, что накопление боль­ шого количества крахмала в условиях южной зимы способст­ вует формированию повышенной зимостойкости. Объяснение этого факта мы находим, сопоставляя динамику крахмала с биологией зимнего развития плодовых деревьев. В благоприятных условиях на юге почти не бывает случаев невыэревания побегов к зиме и, следовательно, незавершения процесса превращения крахмала в другие защитные вещества. Тем не менее крахмал присутствует во всех частях надземной, части дерева, зачастую в весьма значительных количествах. Это объясняется тем, что в течение длительного вегетационного периода плодовые деревья успевают накопить столь значитель­ ные количества запасных питательных веществ, в том числе и крахмала, что последний не может полностью превратиться в защитные вещества. Следует отметить, что в те годы, когда в побегах было обнаружено больше крахмала, тогда и жиров, липоидов и дубильных веществ содержалось в них больше. Наличие крахмала в тканях плодового дерева зимой имеет тот биологический смысл, что он является основным веществом, расходуемым на дыхание. В теплые южные зимы процесс ды­ хания идет довольно интенсивно по сравнению с тем, что на­ блюдается в холодные морозные зимы северной и средней зоны плодоводства. В связи с этим большие количества запасного крахмала прямо и косвенно свидетельствуют о более длитель­ ном периоде покоя. В опытах мы наблюдали, что в клетках цветоложа цветоч­ ных почек с исчезновением крахмала начали появляться плаз- модесмы. Это свидетельствует о начале выхода из состояния покоя и начале разрушения защитного комплекса, часть веществ которого необходима для поддержания дыхания. з* 35 В отдельных частях и тканях плодового дерева крахмал на­ капливается в различных количествах. Из тканей побега его больше всего в клетках древесинной паренхимы, несколько меньше крахмала в клетках сердцевидных лучей. В коровой паренхиме и сердцевине крахмала содержится значительно меньше. Из частей цветочной почки зимой больше всего крахмала в клетках завязи, цветоложа и покровных чешуй, затем в пыль­ никах и меньше всего в пестике. Быстрее всего уменьшение крахмала идет в сердцевине и коровой паренхиме однолетних побегов. Очень быстро крахмал исчезает в пыльниках, пестике и завязи. В наших опытах отмечалась достаточно четкая связь между динамикой крахмала и прохождением зимнего развития раз­ личными плодовыми' породами. Наиболее быстрые темпы рас­ ходования крахмала постоянно отмечаются у деревьев абри­ коса, некоторых сортов алычи, черешен. Значительно медленнее этот 'процесс идет у персика, вишни, сливы и особенно у яблони, т. е. у форм с более длительным покоем. Анализы, проведенные нами, а также изучение данных дру­ гих авторов позволяют сделать следующие выводы. Степень превращения крахмала в низкомолекулярные вещества харак­ теризует глубину покоя и морозоустойчивость, а накопление больших количеств крахмала, не превратившегося в защитные вещества, способствует удлинению периода покоя в условиях теплой южной зимы. Изучение покоя плодовых почек показало, что экологические условия мест происхождения пород и сортов определяют время отложения крахмала в почках и глубину покоя. Так, европейские сливы создавались в условия^ неустойчи­ вых зим и в связи с этим имеют более глубокий покой пло­ довых почек. Они слабо реагируют на временное потепление в конце зимы. Для начала роста необходимы длительное тепло и высокие температуры —7, -|-80 С. Сливы, происходящие от китайской сливы, ’Бербанк’, ’Дюарт’, ’Санта Роза’ имеют ме­ нее глубокий покой и реагируют на менее низкие температу­ ры — —}—2, -(-4° С. Превращение веществ у них неглубокое, жиров и липоидов мало. Покой почек у одного и того же сорта изучавшихся нами косточковых пород по годам заметно различается. В холодные зимы он короче, чем в теплые. После интенсивного плодоноше­ ния глубина покоя плодовых почек резко снижена. Холодная осень, затрудняющая процессы вызревания и под­ готовки к зимовке, является фактором, отрицательно влияющим на зимнее развитие плодовых деревьев, значительно задерживая наступление периода покоя и ускоряя его прохождение, а, глав­ ное, формирует менее глубокий покой. 36 Сухая и теплая осень обеспечивает хорошее вызревание тка­ ней дерева. Относительно холодная погода в начале зимы спо­ собствует хорошему закаливанию. Погодные условия летне­ осенне-зимнего периода 1956 года благоприятствовали формиро­ ванию глубокого и длительного периода зимнего покоя. В летнюю засуху рост деревьев прекращается рано, запас­ ных веществ накапливается мало. В результате этого фазы зим­ него развития они проходят более быстро и в более ранние ка­ лендарные сроки. Избыток влаги в конце вегетации оказывает столь же не­ благоприятное влияние на ход зимнего развития плодовых де- ревьев, как и засуха. Различные плодовые породы и сорта неодинаково реагируют на изменения погодных условий. Более засухоустойчивые фор­ мы меньше реагируют на засуху ускорением прохождения фаз Фото 1. Плодоношение абрикоса на вторичном приросте после летней об­ резки (граница первичного и вторич­ ного роста хорошо видна). зимнего развития, но избыточное увлажнение у этих пород резче сказывается на глубине и продолжительности зимнего покоя. Наоборот, влаголюбивые формы очень резко реагируют на за­ суху более ранним завершением фаз зимнего развития, а избы­ точная влага меньше влияет на характер их зимнего развития. 37 Особенно интересно поведение в различные годы такой по­ роды, как персик. Изучение зимнего развития цветочных почек этой породы показало, что персик резко реагирует как на за­ суху, так и на избыточное увлажнение. В зиму 1957/58 и 1955/56 гг. персик имел такой же период покоя, как сорта алычи, в то время как в зиму 1956/571 года персик вышел из состояния покоя позже, чем абрикос и алыча. Наличие связи между скоростью прорастания почек и отло­ жением крахмала дает возможность регулировать продол­ жительность плодовых почек различными приемами, улучшаю­ щими облиственность деревьев (удобрение, полив, обрезка). Зимостойкость плодовых почек зависит в основном ог двух сторон одного процесса, протекающих одновременно, но тре­ бующих различных внешних условий: для интенсивного роста цветков в почках — тепла и для ускоренного прохождения по­ коя (поступления 'крахмала в почки) — холода. Состояние цветков в плодовых почках определяет их зимо­ стойкость. Зимнее состояние цветков изменяется соответственно погодным условиям и срокам оформления их в летне-осенний период, что, в свою очередь, зависит от агротехники. Если офор­ мление цветков летом задерживается, то зимостойкость их к концу зимы повышается. Так, у абрикосов сорта ’Красноще­ кий’ весной 1942 года в Краснодаре на основном приросте по­ гибло 87,3% плодовых почек, а на вторичном (развившемся ле­ том из незимовавших почек) только 27,6% (фото 1). В совхозе «Сад—Гигант» Славянского района в зиму 1951/52 года во время мартовского похолодания на первичном (основном) при­ росте плодовые почки погибли полностью, а на вторичном при­ росте сохранилось от 23 до 31%, что дало возможность полу­ чить урожай абрикосов по 186 ц/га. Алыча подобно абрикосу плодоносит на вторичных приро­ стах часто обильнее, чем на мелких обрастающих веточках или первичном приросте. В марте 1957 года было резкое похолодание до — 10,3° С, в результате чего погибло большое количество плодовых почек у абрикоса и алычи (табл. 1). В суровую зиму 1953/54 года в Крымском районе сохрани­ лись плодовые почки алычи только на вторичных приростах. Алыче и абрикосу свойственны скороплодность, высокая ско­ роспелость и пробудимость почек, резко выраженная периодич­ ность и многоцикличность роста побегов, хорошая побегообра­ зовательная способность. Это навело нас на мысль применять к абрикосу и алыче летнюю обрезку. Из агротехнических мероприятий, влияющих на покой и зи­ мостойкость деревьев, изучались содержание почвы под черным паром, соломистый мульч, который настилался в середине ап­ реля слоем в 10— 15 см и снимался 1 сентября, полив до 1 сен- 38 Та бл ица 1 Повреждение плодовых почек на различных побегах абрикоса и алычи % повреждения цветочных почек Порода, сорт обрастающие первичный вторичный веточки прирост прирост А б р и к о с Искан-Дари 83,5 56,6 50,0 Черный абрикос № 2 48,8 75,0 35,3 Товарищ 69,7 60,8 33,3 А л ы ч а Урожайная Шунтукская 42,0 52,3 19,3 Никитская желтая 83,3 64,4 55,4 тября и залужение люцерной. На участке залужения почвы люцерной колебание влажности было в пределах 15,3—23,3% на сухой вес почвы в слое 0— 100 см; по муЛьчу влажность ко­ лебалась от 19,1 до 28,4%; по поливу — 20,8—27,5'%, по чер­ ному пару — 15,9—26,2%. Амплитуда колебания влажности почвы была соответственно по задернению 8,0%, по мульчу — 10,3%, по поливу — 6,7% и по черному пару самая высокая — 11,2%. Динамика влажности почвы показана на рис: 2. Определение степени повреждения древесины вишни ’Евге­ ния’ морозами — 21° С в зиму 1938/39 года показало наиболь­ шую устойчивость деревьев при мульчировании и поливе. Накопление крахмала в тканях побегов при залужении поч­ вы люцерной было значительно ниже, чем по всем остальным испытывавшимся системам содержания почвы в саду. Одревеснение побегов при задернении почвы происходило быстро и рано. Высокая морозостойкость была в начале зимы, уже в декабре она резко снижалась, и во время морозов в се­ редине зимы и в особенности в конце ее деревья, растущие при задернении, оказывались неустойчивыми. В совхозе «Агроном» деревья черешни, растущие по задер­ нению, отставали в росте, гибель плодовых почек зимой 1941/42 Года была 167%, а урожай 68,8% от соответствующих показате­ лей на черном пару. ' ■ У черешни сорта ’Апрелька’, кроме снижения урожая на де­ ревьях, находившихся в условиях задернения почвы люцерной, т. е. в условиях постоянной засухи, имелось большое количе­ ство деревьев, у которых отдельные, чаще нижние ветви стра­ дали мелкоплодием. На участке, находившемся под черным па­ ром, таких деревьев было значительно меньше, а при поливе и мульче они отсутствовали. Появление ненормальных плодов, 39 которые не увеличивались в размерах, рано покраснели и осы­ пались при малейшем прикосновении, явилось результатом по­ вреждения древесины ветвей и в особенности плодух морозами в конце зимы. Культивирование яблони ’Ренета Симиренко’ при задерне­ нии заметно ускоряло процессы окончания роста, вызревания и укорачивало период зимнего покоя. Морозостойкость в начале зимы, как правило, была высокая, но лишь на короткий срок, Рис. 2. Динамика влажности почвы в слое О— 100 см в саду по различным вариантам содержания почвы. Влажность дана средняя из наблюдений по глубинам: 10; 20; 40; 60; 80 и 100 см. и уже к декабрю резко снижалась. Мульчирование задерживало окончание роста деревьев, листопад этих деревьев затягивался, вызревание древесины было с осени слабым. Но в течение но­ ября-декабря степень одревеснения побегов постепенно возра­ стала, и к концу зимы деревья по мульчу оказывались самыми стойкими. Полив, поддерживая оптимальные условия влажности почвы в корнеобитаемом слое, способствует нормальному ро­ сту, своевременному вызреванию древесины, высокой морозо­ стойкости после прохождения закалки и, главное, длительному сроку сохранения морозостойкости в течение зимы. В опытах (1936— 1942 гг.) с яблоней сортов ’Ренет Сими­ ренко’ и ’Ранет Шампанский’, со сливой ’Анна Шпет’ постоянно 40 отмечалась самая высокая стойкость при поливе, в особенности в засушливые годы. В зиму 1935/36 года в саду учхоза КСХИ (Краснодар) де­ ревья сорта ’Уэльс’ не пострадали только на мульчированных делянках. В колхозе «Известия ВЦИК» Тимашевского района весной 1937 года сохранились от вымерзания плодовые почки у абрикоса в возрасте 4—5 лет благодаря мульчированию уча­ стка летом 1936 года. В колхозе «Знамя марксизма» Геленд- жикского района мульчирование почвы на участке сливы сорта ’Венгерка Итальянская’ в течение всего лета задержало в 1938 году весенний рост деревьев на три дня. В период цвете­ ния сливы в 1938 году были сильные туманы, которые погубили цветки, и плодоношение было только на мульчированном в 1937 году участке вследствие более позднего его цветения. Необходимо учитывать, что в агротехнике плодового сада шаблона быть не может. Поливы осенью не должны затягивать рост деревьев. Их надо прекращать в сентябре. Насколько вред­ ны несвоевременные осенние поливы, можно видеть на примере Октемберянского плодового совхоза Армянского консервтреста, где в 1949 году провели обильные поливы в октябре, чем затя­ нули рост у персиков и абрикос. Деревья пошли в зиму с не­ вызревшей древесиной и нацело вымерзли. В соседних же не орошавшихся в октябре садах погибли только плодовые почки, а деревья полностью сохранились. При недостатке влаги в летний период у всех пород зимой часто повреждается скелетная часть деревьев. В обследованных садах большинства районов Краснодарского края наблюдались массовые ожоги и растрескивание стволов и оснований скелет­ ных сучьев у деревьев яблонь, черешен, реже груш, слив, алы­ чи, абрикоса, айвы при задернении почвы, но они полностью от­ сутствовали при мульчировании и поливе. Деревья, растущие по задержанию, как правило, заканчи­ вают рост очень рано, в августе они уже вступают в покой, но выходят из него рано и сильно повреждаются в конце зимы. Например, вишня ’Владимирская’ в совхозе «Агроном» в зиму 1951 и 1952 г. рано заканчивала рост и при морозе в — 14,8° 19/11 1951 г. потеряла 76%, а 9/111 1952 г. при —9,8° погибло 82% плодовых почек. Внесение минеральных удобрений в ноябре месяце повышало зимостойкость плодовых почек и урожайность персиков. При внесении минеральных удобрений рост деревьев персика усиливается, закладка плодовых почек запаздывает на большой срок, в результате зимой имеются плодовые почки с различной зимостойкостью, часть из них оказывается наиболее стойкой в конце зимы и урожай повышается. В Лабинском совхозе при сочетании удобрения и полива по- 41 еле очень суровой зимы 1955/56 года был получен урожай слив 173 ц/га, а отдельные звенья получили даже по 293 ц/га. Большое значение в повышении зимостойкости и урожайно­ сти имеют зеленые удобрения (сидераты). Лучшими сидератами для засушливых условий всего юга, в особенности в неорошае­ мых хозяйствах, являются озимые горохи — пелюшка (австрий­ ский горох). При посеве в конце сентября — начале октября и запашке 10— 15 мая получается зеленой массы не меньше 34—40 тонн на гектар, что заменяет внесение 20—22 тонн на­ воза. Урожайность сливы ’Ренклода Альтана’ в саду Опытно­ селекционной станции ВИР в г. Крымске повысилась по сиде- рату в среднем на 27%. Общее состояние деревьев после суровой зимы 1955/56 года на участках сидерации было хорошее. Деревьев с отмирающи­ ми скелетными ветвями по пелюшке было 8,7%, а по черному пару 25,6%. В целях повышения зимостойкости косточковых плодовых пород рекомендуем: внесение удобрений, полив, мульчирование, летнюю обрезку, а также все приемы, улучшающие рост плодо­ вых деревьев и в связи с этим задерживающие процесс оформ­ ления плодовых почек, способствующие более глубокому покою в особенности в конце зимы, когда плодовые деревья чаще всего повреждаются даже небольшими морозами. ЛИТЕРАТУРА Г е н к е л ь П. А., О к н и н а Е. 3. Диагностика морозоустойчивости расте­ ний по глубине покоя их тканей и клеток. Изд. АН СССР, 1954. Д у р м а н о в Д. Н. Некоторые физиологические особенности различных по зимостойкости сортов яблони. Автореферат канд. дисс., 1963. П о п л а в с к и й К. М. Динамика запасного крахмала у яблони. Тр. Плодо­ овощного ин-та им. И. В. Мичурина, т. VI, 1950. П р о ц е н к о Д. Ф. Морозостойкость плодовых культур СССР. Киев, 1958. С е р г е е в Л. И. Выносливость растений. М., 1953. С е р г е е в Л. И. и С е р г е е в а К. А. О роли крахмала при повреждении растений морозами. Бюл. Главн. бот. сада, в. 25, 1956. ОБ У СЛО ВИ ЯХ ФОРМИРОВАНИЯ УСТОЙЧИВО СТИ ЯБЛОНИ К Н Е Б Л А ГО П Р И Я Т Н Ы М ФАКТОРАМ В. В. Гриненко, Е. Г. Бютнер, Ю. С. Бондарева, И. И. Стеценко Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства На Северном Кавказе, с его многообразием и контрастностью условий, не везде и не всегда биологические требования яблони находятся в соответствии с факторами внешней среды. Отсут­ ствие такого соответствия приводит к нарушению корреляции 42 между отдельными звеньями обмена веществ. Следствием обра­ тимых нарушений является снижение биологической продуктив­ ности растения. Глубокие, необратимые нарушения вызывают гибель растения. Явления устойчивости и продуктивности функ­ ционально зависимы. Оптимальные условия в пределах Северного Кавказа для яблони складываются в предгорьях Кабардино-Балкарии (Наль­ чик) с умеренным климатом и плодородными почвами. На Чер­ номорском побережье, в западной его части (Анапа), лимити­ рующим фактором является слишком высокая для яблони тем­ пература. В центральной части Краснодарского края (Красно­ дар), в зоне с относительно засушливым летом, летние депрес­ сии ассимиляционного процесса и торможение цикла приспосо­ бительных процессов препятствуют формированию устойчивости и определяют возможность повреждений в зимний период. В этой зоне часты повреждения штамба и скелетных ветвей у широко распространенного стандартного сорта яблони ’Ренета Симиренко’, при полной сохранности однолетних побегов и по­ чек. Сорт ’Кальвиль снежный’ таких повреждений не имеет. Исследования процесса формирования устойчивости расте­ ний к неблагоприятным факторам в контрастных эколого-гео- графических условиях (Гриненко, 1961) показали, что способ­ ность растения к мобилизации защитных механизмов прояв­ ляется в изменении легкости отдачи воды клетками, вследствие структурной перестройки элементов клетки (Лебедев, 1963) и ограничения свободного передвижения молекул воды. Для бо­ лее стойких растений нужно большее напряжение повреждаю­ щих факторов, вызывающее перестройку. В начале вегетации, при благоприятных условиях, различия в физиологических функ­ циях этих сортов не наблюдается. Но уже на первое проявле­ ние элементов засухи реакция сортов не одинакова (табл. 1). ’Кальвиль снежный’ легко переносит указанную в табл. 1 степень напряженности факторов. У него свободно обменивает- Та бл ица 1 Состояние воды в листьях яблони сортов 'Ренет Симиренко' и ’Кальвиль снежный’ (июль 1961 г., Краснодар) Содержание различных форм воды в % от общего содержания сорт свободн. связан ­ осмоти­ структ. относит. ная чески связан ­ температ. связан­ ная воздуха в л а ж ­ вода ностьвода ная вода вода (в °С) ’ воздуха Ренет Симиренко 16,27 83,73 32,95 50,78 25 52 Кальвиль снежный 51,46 48,54 38,57 9,97 25 52 43 ся вода. Гипертонический раствор сахарозы с сосущей силой в 64 атмосферы может отнять более половины содержащейся в тканях воды. При этом только 9% воды удерживается био­ коллоидами. ’Ренет Симиренко’ более чувствителен. Клетки листьев прочно удерживают воду, главным образом за счет структурного связывания (50% содержащейся в тканях воды). Силой в 64 атм. удается отнять лишь небольшую часть воды (16,3%). Всякое сокращение водообмена обычно снижает физиологи­ ческую активность растений (Максимов, 1952; Петинов, 1952), что полезно в конце вегетации, но ослабляет синтез органиче- MrCOj/jM1- - чгСОл/дм* 8 час - t час Ü Рис. 1. Суточные изменения интенсивности фото­ синтеза (мг СОг на дм 2 в час) у яблони в р а з ­ ных зонах. --------- К р а с н о д а р , ---------- — Анапа, - - - Нальчик. I — Кальвиль снежный; II — Ренет Симиренко ских соединений в середине вегетационного периода. У ’Каль­ виля снежного’ фотосинтез не угнетается, в течение всего дня листья интенсивно ассимилируют. Дневной депрессии фотосин­ теза не наблюдается. У ’Ренета Симиренко’ происходит явное угнетение фотосинтеза (рис. 1) с падением его в дневные часы ниже компенсационной точки. В зонах с достаточным увлажне­ нием (предгорья Кабардино-Балкарии и Черноморское побе­ режье) этой депрессии не наблюдается. Однако в Кабардино- Балкарии в качестве лимитирующего фактора выступает повы­ шенная влажность при умеренной температуре. Здесь уровень фотосинтеза снижен по сравнению с Черноморским побережьем. Оптимальные условия в этой зоне устанавливаются в августе, когда интенсивность ассимиляции доходит до 15—20 мг СОг в час на дм2 листовой поверхности. В этот период напряжен­ ность всех элементов засухи в Краснодаре вызывает резкую де­ прессию физиологических процессов. Процессы окисления и де- 44 гидратации сопровождаются освобождением воды, которая бы­ стро испаряется. Интенсивность транспирации от 700—800 мг в предыдущий период доходит до 1200 мг у ’Кальвиля снежного’ и 1345 мг у 'Ренета Симиренко’. Такое интенсивное испарение воды не может предохранить лист от перегрева. Температура освещенных солнцем листьев поднимается до 38°, намного пре­ вышая критический порог. Даже внутри кроны нагревание доходит до 34°. Активность хлоропластов подавлена. Фотосин­ тез остается выше компенсационной точки только в утренние часы (1—3 мг С 0 2 в час на дм2). Все остальное время дня ас- Рис. 2. Накопление запасных веществ и со­ стояние воды в кольчатках и штамбе яблони в разных зонах. I Краснодар; Щ Анапа; [] Нальчик. 1, 2, 3 — кольчатки; 4, 5 — штамб. 1 — содержание крахмала (в % к абс. сух. вещ .); 2 — содержание белков (в % к абс. сух. вещ .) ; 3 — связанная вода (в % от общего ее со­ держания при водоотнимающеи силе 64 атм.); 4 — содержание крахмала; 5 — связанная вода (в % от общего ее со­ держ ания). симиляционно-диссимиляционный баланс проходит с отрица­ тельным знаком, в результате чего к концу вегетационного пе­ риода ткани древесины и коры яблони в Краснодаре оказыва­ ются заметно беднее запасными веществами, чем в двух других зонах (рис. 2). О задержке синтеза высокомолекулярных сое­ динений под влиянием засухи можно судить по связыванию в белках лишь 33% азота, остальная часть его представлена не­ белковыми соединениями. В Анапе в белковой фракции нахо­ 45 дится более половины азота, а в Нальчике почти весь азот представлен белком. В соответствии с этим находится и степень ограничения подвижности молекул воды. Менее всего этот про­ цесс ограничен в Краснодаре — до 70—80% воды может быть отнято гипертоническим раствором сахарозы с сосущей силой в 64 атмосферы. При этом только 2% воды удерживается био­ коллоидами. У ’Кальвиля снежного’ в аналогичных условиях удерживается половина воды. На долю воды, удерживаемой коллоидами, приходится 30%. Различий в осмотическом погло­ щении воды в зональном разрезе почти нет. Основные различия относятся к структурному связыванию воды. У ’Ренета Сими­ ренко’ в этом процессе участвуют слабо гидратированные сое­ динения (степень гидратации 0,05). У ’Кальвиля снежного’ сте­ пень гидратации биоколлоидов составляет 0,5. В этот период основные защитные функции выполняют коллоиды углеводной природы. Известно, что крахмал не обладает прочными связями с молекулами воды. Эти связи сравнительно легко нарушаются при усилении водоотнимающего фактора. Предшествующими работами с рядом культур было показано, что подобного рода защитное приспособление используется растениями лишь на первых порах. В дальнейшем защитные функции переходят к белкам протоплазмы. Запаздывание в перестройке обмена ве­ ществ вследствие продолжительной летней депрессии, задержка активного оттока метаболитов в штамб до периода, когда пере­ движение веществ затруднено обособлением протопласта клеток (Генкель, Окнина, 1952), имеет, по-видимому, решающее значе­ ние в неустойчивости и повреждаемости штамба в зимний пе­ риод. Продукты ассимиляции остаются в кольчатках, почках и однолетних приростах, обеспечивая им успешную закалку и устойчивость. Биоколлоиды однолетнего прироста и кольчаток ’Ренета Симиренко’ отличаются более высокой термостойкостью. Температурные пороги дегидратации, определяемые электроли­ тически после термостатирования тканей .в бидистилляте, сме­ щены у сорта ’Ренет Симиренко’ в зону более высоких темпе­ ратур. После понижения температуры до —21° в январе, терми­ ческий порог дегидратации у ’Ренета Симиренко’ лежит в зоне 57°, у ’Кальвиля снежного’ — в зоне 53—55°. В феврале первые термические пороги совпадают, но последующие отличаются на 7° (65° и 58°). Смягчение остроты несоответствия между потребностями рас­ тения и условиями может быть достигнуто разными путями воздействия на корневое и воздушное питание растений. Одной из таких возможностей в плодоводстве является обрезка. Фи­ зиологическая ее роль двояка: с одной стороны, влияние на фо­ тохимическую фазу фотосинтеза за счет изменения условий по­ глощения солнечной радиации; с другой стороны, перераспреде^ 46 ления ассимилятов между вегетативными и репродуктивными органами. Плодовые насаждения с принятым в садоводстве редким размещением деревьев на площади и большой загущенной внут­ ри кроной с точки зрения использования падающей солнечной радиации представляют собой одну из самых несовершенных оптических конструкций. Большие потери радиации, падающей на незанятые листовым пологом междурядные пространства; небольшая доля использования ее листовым аппаратом, распо­ ложенным внутри кроны; ингибирование фотосинтетической дея­ тельности периферийных листьев избытком радиации в дневные часы, — все это в значительной мере снижает коэффициент по­ лезного использования солнечной энергии. Разница в освещен­ ности листьев периферийной и расположенной внутри кроны листовой поверхности крайне велика. В утренние часы она раз­ нится в 10 раз, а дневные — в 30—35 раз (85—88 тыс. люксов на периферии и только 3—2,5 тыс. люксов внутри кроны). Внут­ ренняя часть кроны у таких деревьев, как правило, бесплодна. Все плоды размещаются на периферийных плодовых органах. Возможно, что помимо прямого недостатка света имеет значе­ ние его качественный состав, так как падающий внутрь кроны рассеянный свет содержит относительно больше коротковолно­ вых лучей, несущих меньший запас энергии, и может иметь ме­ сто недостаток длинноволновой радиации — наиболее фотосин­ тетически активной части спектра. Пространственное располо­ жение листьев в посевах и насаждениях с созданием наиболее совершенной конструкции поглощающего солнечную радиацию аппарата — это один из наиболее сложных вопросов (Ничипо- рович, 1961, 1963), связанный с многими факторами. Он может в значительной мере корректироваться как условиями внешней среды, так и внутренними процессами растительного организма, особенно у многолетних древесных растений. Обрезку и форми­ рование кроны плодовых деревьев следует рассматривать как способ создания оптико-физиологических систем насаждений, предназначенных для наиболее полного поглощения солнечной радиации с наиболее высоким коэффициентом ее использования. Специальная обрезка с уменьшением объема кроны, снижением ее до 4—4,5 метров и осветлением внутренней затененной ее масти, разрабатываемая и успешно применяемая Н. П. Донских (1961) в садах Кабардино-Балкарии, изменяет условия работы листового аппарата. Разница между освещенностью листьев периферийной и внутренней частей кроны заметно сглаживает­ ся и попадающая внутрь кроны солнечная радиация усиливает­ ся в 4— 10 раз (табл. 2). Естественным результатом такого способа формовки кроны является повышение ассимиляционной активности листьев внут­ ри кроны. Однако это не единственное следствие изменения 4.7 Т а б л и ц а 2 Степень освещенности листьев в разных частях кроны п лодовы х деревьев (август 1963 г., Кабардино-Балкария) Освещенность (в тыс. люкс.) В а р и а н т ы часы 9 11 13 15 17 Контрольное плодонос, дерево: периф. часть 55 88 88 85,5 6,3 внутрен. часть 5 12,5 10 7,5 2,9 Контрольн. неплодонос. дерево: периф. часть 55 88 88 85,5 6.3 внутрен. часть 55 7,5 2,5 5 2,4 Специальн. обрезка: периф. часть 5 88 88 85,5 6,3 внутрен. часть 12,5 25 25 20 4.4 условий поглощения солнечной радиации. Уменьшение внутрен­ ней затемненной части кроны и вовлечение ее в активный обмен повышает общую фотосинтетическую активность всех ассимили- «РЯШООЬ! з л е ы я9 /о ц 15 iS /7 •Кгнпеяотура 20 2/.Л д* 2бо 2*2 25?\ СтнэсипЗляк 93 90 90 а‘ л з 90 ! Освещенность ъ ты сячах *иисгг>£ ÖHyrpvrjcn Крон* 86 Г У Рис. 3. Суточные изменения интенсивности фотосинтеза (мг СОг на дм2 в час) у обре­ занных и контрольных деревьев яблони в р а з ­ ных частях кроны. 1 контроль, внутренняя часть кроны; 2 контроль, периферийная часть кро­ ны; 3 ----------- обрезка, внутренняя часть кро­ ны; 4 --------- обрезка, периферийная часть кроны. рующих органов плодового дерева (рис. 3). Активизируются процессы роста и новообразований органов. У обрезанных де­ ревьев увеличивается количество и размер листьев и общая ас­ симиляционная площадь как во внутренней части кроны, так и на периферии (табл. 3). 48 Т а б л и ц а 3 Количество и площадь листьев у яблони в зависимости от типа обрезки Специальн. обрезка Контроль неплод. Контроль плод, дерева дерева Показатели внутрен. периф. внутрен. периф. внутрен. периф. часть часть часть часть часть часть кроны кроны кроны кроны кроны кроны Количество листьев 364 698 328 547 287 30£ Площадь листьев 32 760 62 320 23 025 3 839 17 428 18 765 Возрастание фотосинтетического потенциала плодового де­ рева с оптимальным ходом роста площади листьев под влия­ нием обрезки увеличивает результаты ассимиляционной деятель­ ности растения. Приблизительные подсчеты суммарного фотосинтеза равных секторов кроны, проведенные в 1963 г. на сорте ’Мантуанер’, у контрольных и обрезанных деревьев устанавливают значи­ тельную разницу (табл. 4). Т а б л и ц а 4 Суммарный фотосинтез листьев различных секторов кроны (в мг С 0 2 в час) Внутрен. часть Периф. часть Варианты Дата кроны кроны максимум| минимум максимум минимум 1 Контроль 21/VII 3910 1 679 9216 1 843 Обрезка 5 559 2655 13 627 2 907 В % от контроля 142 158 147 157 Контроль 15/VIII 6 969 2 323 15513 1 943 Обрезка 12 164 8 534 31 776 21 100 В % от контроля 174 ! 367 204 в 10 раз В июле, независимо от положения листьев в кроне, интен­ сивность суммарного фотосинтеза, рассчитанная на весь листо­ вой аппарат сектора с учетом разной интенсивности фотосин­ теза внутренних и периферийных листьев, увеличивается в связи с обрезкой в полтора раза. В августе, при напряженном температурном и световом ре­ жиме, разница максимальной величины интенсивности фотосин­ теза у обрезанных деревьев превышает в 1,7—2 раза разницу у контрольных деревьев. Изменение микроклимата внутри кроны смягчает депрессирующее его действие и сближает величины 4 З а к а з № 4752 49 дневных максимумов и минимумов. У обрезанных деревьев ми­ нимальные величины интенсивности фотосинтеза в дневные часы внутри кроны составляют более 70%, у контрольных только 33% от максимальной величины и 12% на периферии. Есте­ ственно, что равномерность суточного хода интенсивности фото­ синтеза повышает степень продуктивности работы листового аппарата и определяет более высокий уровень фотосинтетиче- ской активности плодового дерева. Следовательно, специаль­ ная обрезка со снижением и ограничением кроны плодового дерева создает более совершенную функциональную структуру, обеспечивающую повышение коэффициента использования па­ дающей на растение солнечной радиации. Потери на теплоот­ дачу листа сокращаются. Температурный градиент периферий­ ных листьев контрольных деревьев доходит при 38° до -{-1,1 — 1,4°, у обрезанных деревьев температура листа выше темпе­ ратуры воздуха только на 0,9—0,4° на периферии и на 0,3° внутри кроны. Учитывая решающее значение в формировании урожая ра­ диационных и энергетических режимов насаждений (Ничипоро- вич, 1960), положительный эффект от этого приема основан на практическом использовании данного принципа. В этих условиях создаются благоприятные предпосылки для формирования устойчивости яблони за счет активного притока метаболитов к запасающим органам. Изменение продуктивности зоны листового аппарата меняет характер плодоношения ябло­ ни. У обрезанных деревьев плодовые почки размещаются как на периферии, так и во внутренней части кроны. Создаются предпосылки для чередования плодоношения кольчаток и еже­ годной закладки цветочных почек. Резюме Отсутствие соответствия между биологическими требования­ ми растения и условиями внешней среды в отдельные этапы онтогенеза вызывает нарушение корреляции в организации об­ мена веществ отдельных органов растения и не обеспечивает условий для формирования устойчивости. Нарушение водооб­ мена, подавление фотосинтеза, изменение направления исполь­ зования ассимилятов как следствие депрессирующего влияния элементов засухи, лимитирует процесс подготовки и закалки растения и является причиной снижения устойчивости и нали­ чия повреждений в зимний период. Создание более совершен­ ной структуры насаждений и кроны плодового дерева, обеспе­ чивающей более полное поглощение солнечной радиации и по­ вышение коэффициента полезного ее использования, создают благоприятные предпосылки для формирования устойчивости растения к неблагоприятным факторам. 50 Снижение несоответствия между условиями среды и биоло­ гическими требованиями растения, достигаемое специальными приемами, восстанавливает ритмичность и согласованность процессов обмена веществ, повышает устойчивость и продуктив­ ность растения. ЛИТЕРАТУРА Г е н к е л ь П. А., О к н и н а Е. 3. Диагностика морозоустойчивости расте­ ний по глубине покоя их тканей и клеток. Методические указания. Изд. АН СССР, 1954. Г р и н е н к о В. В. Изменение водного режима как приспособительная реак­ ция растений. Сб. Водный режим растений в засушливых районах СССР. Изд. АН СССР, М., 1961. Д о н с к и х Н. П. Ускорение плодоношения плодовых насаждений. К абар ­ дино-Балкарское книжное изд., Нальчик, 1961. Л е б е д е в Г. В., С а б и н и н а 3. Д., Ч у ч к и н В Г. Состояние воды в растительной клетке. О подвижности коллоидной и кристаллически связанной воды. Физиология растений, т. 10, в. 1, 1963. М а к с и м о в Н. А. Избранные работы по засухоустойчивости и зимостой­ кости растений, т. 1, изд. АН СССР, 1952. Н и ч и п о р о в и ч А. А. О путях повышения продуктивности фотосинтеза растений в посевах. Сб. Фотосинтез и вопросы продуктивности расте­ ний. Изд. АН СССР. 1963. Н и ч и п о р о в и ч А. А., С т р о г а н о в а Л. E., Ч м о р а C. H., В л а с о ­ в а М. H., Фотосинтетическая деятельность растений в посевах. Изд. АН СССР, М., 1961. П е т и н о в Н. С. Современное состояние и пути дальнейшего развития научно-исследовательских работ по орошению и теория водного ре­ ж има сельско-хозяйственных растений. Сб. Биологические основы оро­ шаемого земледелия. Изд. АН СССР, 1952. ФИЗИОЛОГИЯ Ц ВЕТОЧНЫ Х ПОЧЕК ПЛОДОВЫХ Р АСТЕНИЙ В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ Е. 3. Окнина, Т. Н. Пустовойтова Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР Одним из многочисленных факторов, обеспечивающих уро­ жайность плодовых растений, является устойчивость цветочных почек к осенне-зимним условиям. Формирование цветочных по­ чек начинается летом предшествующего года цветения с обра­ зования меристематической ткани и кроющих чешуй листовой природы. Развитие почек происходит на фоне интенсивного при­ тока всех необходимых для дифференциации почек питательных веществ, поступающих из листьев и корней. Меристематические ткани богаты нуклеиновыми кислотами, в них осуществляется активное митотическое деление клеток. ' К сентябрю зачатки цветков заметно разрастаются, и даль­ нейший рост их идет вплоть до поздней осени. Митотическое де­ ление клеток раньше прекращается в оси соцветия и кроющих 4* 51 листьях. Последние редкие митозы отмечены в конце октяоря. С осени намечаются будущие цветоножки. В октябре зачатки цветка заложены, но без половых элементов. Пыльца и зароды­ шевые мешки образуются весной (рис. 1). Прекращение роста и переход в состояние покоя клеток цветочных почек сопровож­ дается изменением свойств протоплазмы, ее обезвоживанием, образованием на ее поверхности липоидов и дубильных ве­ ществ, разобщением плазмодесм и обособлением протоплазмы (рис. 2) (П. А. Генкель и Е. 3. Окнина, 1954; Е. 3. Окнина, 1948; Е. 3. Окнина и Е. И. Барская, 1957; И. М. Ряднова, 1960; А. М. Бобрышева и Е. 3. Окнина, 1961). Образующиеся липоиды блокируют протоплазму, что сопро­ вождается снижением ее проницаемости и набухаемости. Сни­ жение степени набухаемости протоплазмы, определяемой по времени наступления колпачкового плазмолиза, служит крите­ рием для суждения о глубине покоя и морозоустойчивости. От­ ложенный в запас крахмал, особенно в клетках сердцевины поч­ ки и кроющих листьев, переходит в сахара и жиры. Жировые включения часто окружаются белком, образуя белково-липоид- ные соединения. Чем в более глубокое состояние покоя впадают почки, тем резче выражены в их клетках приспособительные реакции. Снижается содержание нуклеиновых кислот, особенно рибонуклеиновой кислоты (Т. П. Петровская, 1954; Е. И. Бар­ ская, Е. 3. Окнина, 1959; JI. П. Сарапуу, А. Я. Перк, 1962; Ю. JI. Цельникер, 1962). Уменьшается количество свободных аминокислот (табл. 1) и накапливается большое количество Т а б л и ц а 1 Содержание свободных аминокислот в цветочных почках плодовых культур Вид и сорт Почки в покое Почки перед цвете­ Бутоны и цветки (январь) нием (апрель) (май) Яблоня Глутаминовая Пролин, аспарагино­ Глутаминовая и аспа­ Райка кислота. вая и глутаминовая рагиновая кислота, кислота, цистин, трео­ аспарагин. нин. Вишня Пролин, серин, Пролин, аргинин, ас ­ Пролин, аргинин, ас­ Полевка аргинин. парагиновая кислота, парагин, гистидин, глютатион, лизин, ги­ глутаминовая киспо- стидин, валин, а л а ­ та. нин, глутаминовая кислота. Вишня Пролин, серин. Пролин, тирозин, глю­ Пролин, тирозин, глю­ Любская татион, цистин, аспа­ татион, цистин, аспа­ рагин, гликокол, глу­ рагин, гликокол, глу­ таминовая кислота, 2 таминовая кислота. неидентифицирован- ные кислоты. 52 Рис. 1. Дифференциация цветочных почек вишни сорта ’Любская ' (1—4) и ’Полевка’ (5). 1 — июль (увел. 80 X ) ; 2 — август (увел. 80 X ) ; 3 — сентябрь (увел. 80 X ) ; 4, 5 — октябрь (увел. 400 X ) Рис. 2. Состояние протоплазмы клеток сердцевины почек вишни сорта 'Полевка’. Увел. 1800 X- 1 — Клетки обособлены, состояние покоя; 2 — Выход из покоя, период вегетации. <■ & p u .H <*-[>ЫМ.иМ. i>uem.u*i Л Ct̂ n-H, 33/И s f i 7/r Z5/Ü s/£ zljxy 5/y 19ß ISS 8 г -1355 А. Рис. 3. Изменение содержания связанных амино­ кислот в цветочных почках яблони сорта ’Р ай ка’. связанных аминокислот (рис. 3), содержание которых опреде­ ляли хроматографически в почках после экстракции свободных аминокислот и последующим гидролизом с 6n НС1 (Е. 3. Ок­ нина и Т. Н. Пустовойтова, 1962). Ферменты адсорбируются на клеточных элементах, и актив­ ность их резко падает. Резко снижается транспирация особенно после листопада. Обезвоживание тканей и снижение активности окислительных ферментов обусловливает резкое снижение ин­ тенсивности дыхания. Н. А. Максимов (1913) показал, что в со­ стоянии покоя дыхание снижается до 7юо—V2 0 0 от дыхания растения во время вегетации. Снижение интенсивности дыхания почек древесных растений, в том числе и плодовых, в сильной степени зависит от температуры воздуха (табл. 2) (Ф. В. Шати­ лов, 1950; 3. Г. Ракитина, 1960). Морозоустойчивость цветочных почек зависит от срока зало­ жения и от степени их дифференциации осенью. Цветочные поч­ ки яблони, по сравнению с вишней, черешней, абрикосом зи­ муют, как правило, в менее дифференцированном состоянии и распускаются весной обычно позже, что обусловливает их более высокую морозоустойчивость. Под действием пониженных тем­ ператур цветочные почки закаливаются и морозоустойчивость их повышается. И. И. Туманов и О. А. Красавцев (1959), И. И. Туманов (1960) доказали неограниченную способность древесных растений повышать морозоустойчивость при закали- Т а б л и ц а 2 Интенсивность дыхания цветочных почек яблони и вишни Температура воздуха (°С) Название Мг С 0 2 на Сухой вес ) Д ат а во растений 1 г сырого 100 почек до веса в час (в г) опыта времяопыта 15/IX 1959 г. —5 + 12 Яблоня Райка 0,303 0,801 Вишня Полевка 0,490 0,306 Вишня Любская 0,285 0,726 3/XI 1959 г. + 1 + 8 Яблоня Райка 0,276 0,570 Вишня Полевка 0,300 0,387 Вишня Любская 0,269 0,812 11/1 1960 г. — 12 — 14 Яблоня Райка 0,004 0,749 Вишня Полевка 0,003 0,413 Вишня Любская 0,000 0,806 12/11 1960 г. —3 - 7 Яблоня Райка 0,107 0,641 Вишня Полевка 0,096 0,369 Вишня Любская 0,113 0,832 25/1V 1960 г. + з + 19 Яблоня Райка 1,453 1,717 Вишня Полевка 1,249 0,768 Вишня Любская 1,095 1,366 53 вании под ступенчатым действием пониженных температур. Чем более морозоустойчива порода и сорт, тем в более сложной форме откладываются запасные питательные вещества в клет­ ках цветочных почек. Например, гидролиз крахмала у плодовых растений может происходить по-разному, в зависимости от мо­ розоустойчивости сорта и суровости зимы: чем морозоустойчи­ вее сорт, тем в более сложной форме образуются сахара при гидролизе крахмала (сахароза, рафиноза, стахиоза). У морозоустойчивых сортов происходит большее накопление белков; свободных аминокислот откладывается в запас значи­ тельно меньше, чем у менее устойчивых растений. В создании морозоустойчивости большую роль играет устой­ чивость липоидных слоев к обогреву; под влиянием солнечного обогрева происходит выход клеток почек, побегов и штамбов из состояния покоя и снижение морозоустойчивости. Под дей­ ствием понижения температуры (особенно ночью) наблюдается повреждение растений, ведущее часто к гибели цветочных почек и появлению морозобоин на побегах и штамбах. В длительные периоды оттепелей почки могут развиваться дальше и зимой, тем сильнее, чем менее глубоким покоем они обладают. Однако в большинстве случаев в то время происхо­ дят скрытые процессы роста, названные эмбриогенными про­ цессами. Нами было установлено, что во время длительных от­ тепелей у слабо устойчивых растений и рано весной в марте- апреле в цветочных почках плодовых растений происходят про­ цессы синтеза нуклеиновых кислот, в результате чего появля­ ются клетки, имеющие много ядер, или ядра со многими ядрыш­ ками (Е. 3. Окнина и Е. А. Барская, 1954). При выходе почек из состояния покоя происходит набухание коллоидов протоплазмы, распад липоидов и дубильных соедине­ ний на ее поверхности, восстановление протоплазматической связи, повышение интенсивности дыхания (табл. 2). Распад белково-липоидных соединений происходит постепен­ но. При этом в клетках наблюдается отделение липоида от белка и появление зерен крахмала. Увеличивается содержание сво­ бодных аминокислот и растворимых углеводов и уменьшается количество связанных аминокислот в клетках цветочных почек. Естественно, что образованию крахмала в белке предшествуют промежуточные реакции и сложное биохимическое превращение белка, как-то:' дезаминирование, фосфорелирование и другие реакции. Нуклеиновые кислоты, накопившиеся в период эмбриоген- ного процесса, а затем образующиеся при распаде запасных пи­ тательных веществ, обеспечивают активный рост и дальнейшую дифференциацию почек, прерванную в осенне-зимний период. Корневая система выходит из состояния покоя раньше, чём почки. Активность корневой системы в это время высокая. По- 54 ступающие азотистые вещества из корневой системы вступают в синтез новых белковых веществ, необходимых для образова­ ния клеток и тканей (Капля, 1961). В апреле начинается активная дифференциация цветочных почек, которая заканчивается к маю образованием всех органов цветка. В это время в клетках органов цветка протекает пред- эмбриональный рост, характеризующийся образованием много­ ядерных клеток. Возникновение многоядерных клеток в органах цветка до цветения не только обеспечивает их бурный рост, но и служит резервом нуклеиновых кислот, которые используются во время цветения. Окончательная дифференциация цветочных почек протекает при большом содержании углеводов, свободных аминокислот (табл. 1), образующихся при гидролизе запасных питательных веществ. Таким образом, в заключение можно отметить, что глубина покоя цветочных почек плодовых растений определяется харак­ тером изменения свойств протоплазмы, снижением физиологи­ ческих процессов и степенью превращения запасных питатель­ ных веществ. Данные, полученные при изучении превращения запасных питательных веществ, свидетельствуют о существова­ нии прямой зависимости между превращением веществ, пере­ ходом их из одной формы в другую и степенью глубины покоя. Превращение таких веществ, как крахмал, жиры, липоиды и белки происходит неодинаково у плодовых растений, обладаю­ щих различной морозоустойчивостью. Цветочные почки морозоустойчивых сортов плодовых расте­ ний характеризуются более глубоким изменением свойств био­ коллоидов протоплазмы, вследствие чего они меньше реагируют на временные потепления, наступающие зимой. В качестве диагностического признака морозоустойчивости можно вполне использовать метод определения свойств прото­ плазмы, ее обособление, исчезновение плазмодесм, устойчивость липоидов к обогреву, набухаемость сухого вещества почек и коры, а также степень превращения и отложения запасных пи­ тательных веществ (П. А. Генкель и Е. 3. Окнина, 1954). ЛИТЕРАТУРА Б а р с к а я Е. И. , О к н и н а Е. 3. Роль нуклеиновых кислот в процессах роста и состояния покоя почек плодовых культур. Физиология расте­ ний, т. 6, в. 4, 1959. Б о б р ы ш е в а А. М. и О к н и на Е. 3. Осенне-зимнее развитие цветочных почек Ribes n igrum L. Ботан жунр., т. 46, № 3, 1961. Г е н к е л ь П. А. и О к н и н а Е. 3. Диагностика морозоустойчивости рас­ тений по глубине покоя их тканей и клеток. Методические указания. Изд. АН СССР, 1954. К а п л я А. П. Направленность физиолого-биохимических процессов в кор­ невой системе различных по морозостойкости подвоев плодовых куль­ тур. Автореферат, Киев, 1961. 55 М а к с и м о в Н. А. О вымерзании и холодостойкости растений, Изв. Им- пер. Л есного ин-та, № 25, 1913. О к н и н а Е. 3 . О плазм одесм ах в растительных клетках, находящ ихся в состоянии покоя. Д А Н СССР, т. 62, № 5, 1948. О к н и н а Е. 3. и Б а р с к а я Е. И. М ногоядерность в клетках семян и почек плодовы х культур. Изв. АН СССР, сер. биол., № 5, 1954. О к н и н а Е. 3. и Б а р с к а я Е. И. И зучение физиологии состояния покоя и морозоустойчивости плодовых культур. Сб. статей «Памяти акад. Н. А. М аксимова». И зд. АН СССР, М., 1957. О к н и н а Е. Я. и П у с т о в о й т о в а Т. Н. С оотнош ение в содержании свободны х аминокислот и аминокислот гидролизатов почек плодовых растений в зависимости от глубины состояния покоя. Тезисы докл. конф. «П ути и методы повышения стойкости акклиматизируемых растений», Киев, 1962. П е т р о в с к а я Т. П. И зменение нуклеиновых кислот в цветочных почках в состоянии покоя. Д А Н СССР, т. 99, № 3, 1954. Р а к и т и н а 3 . Г. Влияние температурны х воздействий на процесс дыха­ ния древесны х растений. Ф изиология устойчивости растений, Изд. АН СССР, М., 1960. Р я д н о в а И. М. Качественные изменения в плодовы х почках в зимний период. Ботан. ж урн., т. 45, № 10, 1960. С а р а п у у Л. П. , П е р к А. Я. Сезонная динамика содерж ания нуклеино­ вых кислот в побегах яблони. II научная конференция по нуклеиновым кислотам растений. Рефераты докладов, Уфа, 1962. Т у м а н о в И. И. Современное состояние и очередны е задачи физиологии зимостойкости растений. Ф изиология устойчивости растений. Изд. АН СССР, М., 1960. Т у м а н о в И. И. и К р а с а в ц е в О. А. Закаливание северных древесных растений отрицательными температурами. Физиол. растений, т. 6 , в. 6 , 1959. Ш а т и л о в Ф. В. Зимняя гибель и условия ж изни древесны х растений. Автореферат, 1950. Ц е л ь н и к е р Ю. Л. Обмен нуклеиновых кислот в точках роста побегов у деревьев. II научная конфер. по нуклеиновым кислотам растений. Рефераты докладов. Уфа, 1962. Г И С Т О Х И М И Ч Е С К О Е И З У Ч Е Н И Е Ц В Е Т О Ч Н Ы Х ПОЧЕК А Б Р И К О С А В С В Я З И С З И М О С Т О Й К О С Т Ь Ю Т. А. Л ебедев а Северо-Кавказский зональный Н аучно-исследовательский институт садоводства и виноградарства Наша задача заключалась в том, чтобы найти комплекс биохимических веществ в тканях почек, изменяющийся под влиянием понижения температуры. По Зёдингу (1955) физиологически активные вещества аук­ сины способны вступать в соединение с углеводами и белками, оказывая сильное влияние на обмен веществ, на окислительно­ восстановительные ферменты и, в конечном итоге, на процессы роста, активизируя их или затормаживая. Изложенное послужило основанием для изучения локализа ­ ции в тканях цветочных почек гетероауксина, белковых веществ, 56 свободных аминокислот и крахмала. Определение связанных ауксинов производилось по Бояркину (Цингер, 1958) в нашей модификации, белковых веществ по ксантопротеиновой реак­ ции, свободных аминокислот по Саляеву (1961) и крахмала по Люголю (Генкель и Окнина, 1954). Опыты проводились в 1961 — 1963 гг. с абрикосом, почки ко­ торого неустойчивы против колебаний температуры в конце зимы и начале весны. Под наблюдение взяли два сорта кон­ трастной зимостойкости: ’Удачный’ и выделенный Никитским ботаническим садом ’Краснощекий’, принятый за стандарт, сорт западно-европейского происхождения, незимостойкий. Биологическим методом мы установили, что с 11 сентября 1962 года по 18 февраля 1963 года почки не распускались в благоприятных условиях и находились в так называемом «зим­ нем покое». Начало этого периода совпадает с образованием зачатков органов цветка, конец — с оформлением цветка. Развитие цветочных почек в осенне-зимний период у абри­ коса ’Краснощекий’ и локализация исследуемых веществ в них отражены на рис. 1. На рис. 1 видно, что в фазе дифференциации «цветочная почка под общим покровом» (фиг. 1) и в фазе «выход цветоч­ ной почки из-под общего покрова с вегетативной» (фиг. 2), сво­ бодных аминокислот, белковых веществ, связанных ауксинов обнаруживается мало, на крахмал реакция была отрицатель­ ная. Такое состояние обмена веществ в почках наблюдалось при среднесуточной температуре 24° и максимальной — 37,1° (в начале июля). При снижении среднесуточной температуры до 21,7° и мак­ симальной до 33,2° (в конце августа) в вегетативной почке з а ­ метно увеличилось содержание свободных аминокислот и свя­ занных ауксинов; в будущей цветочной почке указанных ве­ ществ было меньше. Крахмал отсутствовал. До конца августа почки медленно росли; возможно, это было связано с влиянием высоких температур и низкой относитель­ ной влажности воздуха (максимальная температура в августе доходила до 37,4°, а минимальная относительная влажность воз­ духа опускалась до 15%), а также вследствие коррелятивного торможения со стороны вегетативной почки и листьев и отсут­ ствия пластических веществ. Когда активные ростовые процессы закончились и прекрати­ лось торможение со стороны вегетативной почки, среднесуточ­ ная температура воздуха снизилась до 20,2°, максимальная тем­ пература была 34,7°, а минимальная относительная влажность воздуха поднялась до 30% (в первой декаде сентября), тогда в цветочных почках начался интенсивный рост метамерных ор­ ганов и они вступили в фазу «выравнивания почек», которая закончилась во второй декаде того же месяца (фиг. 3). 57 В цветочной почке были обнаружены в большом количестве свободные аминокислоты и белковые вещества, а в основании почки — связанные ауксины. Много связанных ауксинов наХо- Рис. 1. Л окализация веществ в цветочных почках а б ­ рикоса ’Краснощ екий’ в период дифференциации. 1 — 6 ф аза развития — -j- ” свободны е аминокислоты — связанные ауксины ЕЖ белки • • • • крахмал. дилось под почкой. В течение этой фазы под точкой роста и в чешуйках накапливался крахмал, в преобладающем количестве в зоне цветочной почки по сравнению с вегетативной. Появление 58 в цветочной почке значительного количества крахмала и друз щавелевокислого кальция предшествовало переходу почки в фазу «образования зачатков цветка». В эту фазу (фиг. 4) точка роста цветочной почки расшири­ лась и появились бугорки — примордии чашелистиков и пе­ стика. Во вновь образующихся органах было много свободных аминокислот и белковых веществ. Связанных ауксинов в осно^ вании почки и под почкой стало меньше. Реакция на крахмал была не типичная. Этот процесс развития почки протекал при температурах среднесуточной 20,2°, максимальной 31,4° и минимальной отно­ сительной влажности воздуха 41% (третья декада сентября). Когда погода изменилась (среднесуточная температура упа­ ла до 16,6°, максимальная до 30,3°, минимальная до 2,8°, а ми­ нимальная относительная влажность воздуха была 34% (пер­ вая декада октября) , тогда цветочные почки вступили в фазу формирования органов цветка (фиг. 5). В начале этой фазы (почка справа) содержание свободных аминокислот в средней части почки увеличилось, они появились в чашелистиках и пыльниках, но в пестике отсутствовали. Со­ держание связанных ауксинов под вегетативной почкой возрос­ ло, но в зоне цветочной почки их было мало. В средней части почки белковых веществ стало меньше, но их содержание зна­ чительно увеличилось в чашелистиках. В заметном количестве крахмал появился у основания почки, и его можно было обна­ ружить также в чашелистиках. Окончательное оформление органов цветка произошло во второй декаде февраля при среднесуточной температуре за де­ каду 3,5°, максимальной — 17,4° и минимальной — 7,5°. Конец фазы оформления органов цветка (фиг. 5, левая поч­ ка) характеризуется наименьшим количеством аминокислот, на­ личием белковых веществ в чашелистиках, в основании пестика и в пыльниках; крахмал заполняет различные ткани цветка. По-видимому, синтез высокополимерных веществ достиг куль­ минационного пункта и начал уменьшаться. При дальнейшем развитии почки содержание свободных аминокислот увеличилось и они были локализованы в сосудах чашелистиков, в пыльниках и в семяпочке. Очень много их было в сосудах почки. Крахмал сначала исчезал из тканей основания почки, а затем из других тканей. Связанные ауксины находились в основании почки, а также в сосудах цветоножки и в пыльниках. В зависимости от внешних условий и от особенностей сорта этот процесс протекает с различной интенсивностью. Если условия благоприятны, то через 5 дней почки способ­ ны раскрываться. При отсутствии же благоприятных условий почки остаются в вынужденном покое (фиг. 6). 59 У почек, способных к распусканию, образуются свободные аминокислоты, дающие с проявителем голубое, синее и фиоле­ товое окрашивание; неспособные раскрываться почки такого многообразия окрасок не дают. В начале осени был короткий период, когда цветочные поч­ ки, расположенные на различных частях годичного прироста абрикоса, находились в разных фазах развития. Такие почки мы заморозили, постепенно снижая температуру до —8°, чтобы выяснить их устойчивость. При таком воздействии часть почек сохранилась, но камбий прироста погиб полностью. Полученные результаты представлены в табл. 1. Т а б л и ц а I Степень гибели цветочных почек на различных ф азах дифференциации (в %) при зам ораж ивании 9/Х 1963 г. Фазы дифференциации Краснощ екий Удачный Вы ход из-под общ его покрова 81,0 76,8 Вы равнивание почек 66,7 69,2 Ф ормирование органов цветка 38,1 43,3 По приведенным в табл. 1 данным почки наиболее устойчи­ вы в фазе формирования органов цветка, что можно объяснить характером процессов обмена веществ, способствующих устой­ чивости протоплазмы, и обилием запасных пластических ве­ ществ. Однако осенью цветочные почки сортов контрастной зимо­ стойкости не различались между собой по устойчивости к мо­ розу, вследствие отсутствия закаливания. Позднее замораживание почек в фазе «формирование орга­ нов цветка» мы провели в конце декабря, полагая, что они уже приобрели закалку после установления среднесуточной темпе­ ратуры во второй декаде октября 1962 г. ниже 10°. Результаты учета поврежденных почек представлены в табл. 2. Несмотря на то, что минимальная температура в ноябре была —0,4°, а в декабре —5,7°, цветочные почки закалились не­ достаточно; замораживание 26 декабря при температуре —20° в течение часа привело к гибели у сорта ’Краснощекого’ 80% почек, у сорта ’Удачный’ — 45%. Последний сорт, по-видимому, лучше мобилизовал свои защитные механизмы при понижении температуры, в результате чего его устойчивость была выше, чем у ’Краснощекого’. Наиболее высокую морозостойкость почки имели 14 января, ввиду того, что минимальные температуры, не опускавшиеся 60 Т а б л и ц а 2 Степень повреж дения цветочных почек прл зам ораж ивании в 1962— 1963 гг. Сорт Темпе­ 26/X1I 14/1 31/1 6 /11ратура 18/II 14/111 30/1II _____ Краснощекиц — 10 8,2 10,0 29,4 70,0 100 — 15 52,3 19,5 40,0 66,7 40,0 100 — 20 80.5 35,8 87,5 97,2 91,2 Удачный — 10 6,9 9,7 — --- 17,6 27,3 100 — 15 11,8 22,7 30,0 37,5 27,3 65,4 — — 20 45,7 24,2 50,0 55,3 46,6 --- '— ниже —7° в течение 10 дней до замораживания почек, очевидно, способствовали процессу перестройки коллоидов протоплазмы в направлении повышения устойчивости к повреждающему ф ак­ тору. После 14 января зимостойкость почек заметно снизилась и продолжала уменьшаться гораздо сильнее у сорта ’Красноще- кий’, чем у сорта ’Удачный’, как это видно из результатов ана­ лиза проб, взятых 31 января и 6 февраля. 18 февраля устойчи­ вость почек у сорта ’Удачный’ была в 1,5 раза выше, чем у сор­ та ’Краснощекий’. В этот срок почки обоих сортов могли распу­ скаться и цвести при помещении их в условия оранжереи. Замораживание 14 марта при — 10° показало, что поврежде­ ние почек морозом у сорта ’Удачный’ в 2,6 раза меньше, чем у ’Краснощекого’. При замораживании почек 20 марта обнаружили одинако­ вую степень повреждения у обоих сортов. По-видимому, потеря почками устойчивости находится в об­ ратной связи с активизацией ростовых процессов, которые про­ текают у ’Краснощекого’ при колебании температуры от 14,8° до — 11,0°, а у сорта ’Удачный’ от 16,0° до —7,5° (табл. 3). Т а б л и ц а 3 Температурные условия за 10 дней до зам ораж ивания почек в 1962—-1963 гг. Температуры 26/Х II 14/1 31/1 6 /11 18/11 14/1II 30/1II Максимальные 15,3 14,3 2,7 3,7 14,8 15,5 16,0 Минимальные —5,7 - 7 , 4 - 1 7 ,1 - 1 7 ,1 — 11,0 — 5,5 — 7,5 Искусственное замораживание является жестким методом испытания устойчивости растительного организма и требует осторожности в оценке получаемых результатов, вследствие 61 большого значения скорости понижения температуры и быстро­ ты оттаивания. Для того, чтобы правильнее охарактеризовать степень устой­ чивости изучаемых сортов, мы проводили учет поврежденных почек в естественных условиях. Результаты учета приведены в табл. 4. Т а б л и ц а 4 П овреж дение цветочных почек абрикоса в естественных условиях 1963 года (в % ) Сорт Даты К расно­ щекий Удачный 21/1 33.3 16.0 2 5 /11 70.0 45.2 6/ 1II 76.0 85.3 14/111 30.0 16.6 Согласно приведенным данным, устойчивость сорта ’Удач­ ный’ совпадает с его характеристикой, полученной методом за­ мораживания, за исключением даты 6 марта. В ночь на 6 мар­ та 1963 года, после потепления, было значительное похолода­ ние до — 14° и оба сорта сильно пострадали, в последующие дни было прохладно, температура не поднималась выше 11% (табл. 5). Эти условия благоприятно влияли на восстановление обратимо поврежденных тканей. Т а б л и ц а 5 Температура за 10 дней до зам ораж ивания почек в 1963 г. Д ата Температура 21/1 25/II 6 /III 14/111 М аксимальная 11.6 17.4 5.1 11.6 Минимальная — 22.2 — 9.0 — 14.5 — 5.5 Проверка состояния почек 14 марта показала, что количе­ ство поврежденных почек уменьшилось у обоих сортов. Про­ цесс восстановления поврежденных тканей у зимостойкого сор­ та протекал в два раза интенсивнее, чем у незимостойкого: у ’Краснощекого’ количество поврежденных почек уменьшилось в 2,5 раза, у сорта ’Удачный’ — в 5 раз. Повреждение почек устанавливалось визуально. Считали почки погибшими, если на поперечном срезе ткани пестика или основания почки были бурые. Под микроскопом пострадавшие ткани были окрашены в коричневый цвет, иногда наблюдались разрывы. 62 Изучение состояния почки до похолодания и после в есте­ ственных условиях гистохимическим методом позволило уста- 1 :_•' с^? К Т-10 У /̂ 7 & к т-ю ° ш к < 5 Т-10° Рис. 2 . Л окализация веществ в почках при зам ораж ивании 14 марта 1963 г. 1 — Краснощекий П — Удачный К — Контроль Т — 1СР — Температура — 10" — [- — Свободны е аминокислоты S — Связанные ауксины . . . . — Крахмал. новить, что оно было идентично с тем, что мы наблюдали по­ сле искусственного замораживания. Направление наблюдаемых 63 изменений в состоянии почки под влиянием за мора ж ив ания в различные сроки опыта было одно и тоже. Ввиду того, что в наших условиях колебание температуры наиболее опасно для почек в зимне-весенний период (весна 1963 г. была затяжной), рассмотрим гистохимическую картину распределения в почках свободных аминокислот, связанных ауксинов и крахмала на 14 марта 1963 года, представленную на рис. 2. До замораживания у сорта ’Краснощекий’ свободные амино­ кислоты были найдены в различных тканях почки: в чешуйках, в сосудистой системе, в пестике и пыльниках; связанные аук­ сины находились в сосудах почки, в ее основании и под почкой; крахмал был в клетках цветоножки. После замораживания у этого сорта свободные аминокис­ лоты находились в тех же тканях, но в меньшем количестве; связанные ауксины обнаружены в основании почки и под поч­ кой; крахмал отсутствовал. У сорта ’Удачный’ до замораживания свободные аминокис­ лоты локализованы в тех же тканях, кроме пестика, что и у сорта ’Краснощекий’, но их было меньше; связанные ауксины находились в тканях под почкой; крахмал заполнял клетки цве­ тоножки, чашелистиков, пестика. После замораживания сво­ бодные аминокислоты найдены только в сосудах почки; связан­ ные ауксины не были обнаружены; крахмал в виде следов на­ ходился в цветоножке и в основании пестика. Судя по локализации веществ, у зимостойкого сорта ’Удач­ ный’ до замораживания в тканях почки было мало аминокис­ лот и ауксинов и больше крахмала, чем у сорта ’Краснощекий’. Это указывает на преобладание процессов синтеза высокополи­ мерных веществ над процессами гидролиза, которое сохраняет­ ся при понижении температуры и характерно для зимостойкого сорта. Резюме В период так называемого «зимнего покоя» в условиях юж­ ной мягкой зимы у абрикоса происходит дифференциация цве­ точной почки. В местах новообразований в цветочной почке ло­ кализованы свободные аминокислоты и белковые вещества, в почке уменьшается содержание крахмала и связанных ауксинов вследствие расхода их в процессе скрытого роста. К концу периода покоя в цветочных почках наблюдается наименьшее количество свободных аминокислот, очень много крахмала в различных тканях и органах цветка и очень мало ауксинов под почкой. Вероятно, преобладание синтетического направления превращения углеводных и азотистых веществ до­ стигло предела. В дальнейшем в различных тканях почки уве­ 64 личивается содержание свободных аминокислот, связанных ауксинов и уменьшается содержание крахмала, очевидно, ввиду того, что активизируются гидролитические процессы. Усиление процесса гидролиза происходит с различной интенсивностью в зависимости от внешних условий и свойств сорта. Если условия благоприятны, то почки раскрываются через 5 дней, если же необходимые для распускания условия отсутствуют, то почки удерживаются в состоянии вынужденного покоя. По гистохимической картине локализации веществ в почке, зимостойкий сорт ’Удачный’ по сравнению с незимостойким сор­ том ’Краснощекий’ характеризуется преобладанием в зимний период синтетических процессов, сохранением синтетической ак­ тивности при похолодании и активизацией гидролитических про­ цессов весной при более высоких температурах. Л И Т Е РА Т У РА Б у т е н к о Р. Г. Культура изолированных тканей и клеток растений. В ест­ ник Академии наук СССР, № 2, 1963. Г е н к е л ь П. И. и О к н и н а Е. 3 . Д иагностика морозоустойчивости рас­ тений по глубине покоя у тканей и клеток. М., 1954. З ё д и н г Г. Ростовые вещества растений. И зд. И Л , М., 1955. С а л я е в Р. К. Быстрый метод гистохимического определения свободны х аминокислот в растительных объектах. Бот. оп., т. XV I, № 8 , 1961. Ц и н г е р Н. В. Семя, его развитие и физиологические свойства. М., 1958. О В Ы З Р Е В А Н И И Д Р Е В Е С И Н Ы В С В Я З И С М О Р О З О У С Т О Й Ч И В О С Т Ь Ю Н Е К О Т О Р Ы Х Д Р Е В Е С Н О ­ К У С Т А Р Н И К О В Ы Х П О Р О Д Е. И. Барская Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР Работами ряда авторов (Генкель и Окнина, 1948; Проценко и Полищук, 1948; Генкель и Ситникова, 1953 и др.) установле­ но, что морозоустойчивость древесных пород тесно связана с состоянием покоя тканей растений. В настоящее время разработан и широко применяется мик­ роскопический метод определения морозоустойчивости растений по глубине состояния зимнего покоя их клеток и тканей (Ген­ кель и Окнина, 1954). Кроме лабораторного метода до настоящего времени широко распространен также полевой метод определения готовности древесных растений к перезимовке в условиях их обитания и издавна применяемый практиками — плодоводами, лесоводами и другими. Этот метод основан, главным образом, на опреде­ лении степени вызревания побегов; при этом показателями яв­ ляются гибкость или ломкость побегов, а также окраска коры. Многолетний опыт специалистов, имеющих дело с древесными 5 З а к а з № 4752 65 растениями, позволяет им иногда безошибочно устанавливать степень подготовленности растений к перезимовке. Однако не­ редки случаи, когда вызревание побегов, определяемое полевым методом, у разных пород не коррелирует с морозостойкостью. Литература по данному вопросу по существу отсутствует, за исключением единичных работ, где исследованы отдельные стороны процесса вызревания побегов и подчеркивается важ­ ность изучения его в связи с морозоустойчивостью (Проценко, 1940; Проценко и Полищук, 1948; Ряднова, 1957; Орлов, 1960; Меликян, 1960; Кондря, 1959; Мийдла, 1960). В настоящее время назрела необходимость научной разра­ ботки полевого метода определения вызревания побегов, кото­ рый в сочетании с уже имеющимся лабораторным методом диаг­ ностики состояния покоя мог бы дать практике садоводства, лесоводства и т. п. более точные данные о степени морозоустой­ чивости древесных пород. Принято считать, что вызревание побегов (древесины), обес­ печивающее высокую морозостойкость, связано в основном с процессом лигнификации клеточных оболочек древесины. По­ этому, приступая к изучению процессов вызревания побегов (древесины), мы поставили своей целью прежде всего провести наблюдения за формированием и лигнификацией клеточных обо­ лочек древесины. Были предприняты следующие основные определения в одно- и двухлетних побегах некоторых древесно-кустарниковых по­ род, отличающихся между собой по степени вызревания побе­ гов и морозоустойчивости. Исследовались растения, произра­ стающие в условиях Москвы и Кишинева. * В течение годичного цикла в 1958— 1962 гг. гистохимически изучались строение и состав клеточных оболочек древесины и других анатомических элементов. Данные по изучению процесса лигнификации клеточных сте­ нок при вызревании древесины опубликованы нами ранее (Бар­ ская, 1962). В работе мы пользовались в основном двум я, наиболее характерными гистохимическими реакциями, открывающими две больш ие группы лигнина, по терминологии Бояркина (1934), компоненты лигнина «Ф» и «М». Фло- роглюциновая реакция открывает компонент «Ф», а реакция М еуле (или перманганатная) — компонент «М». Ф лороглюциновая реакция. Срезы из воды помещ ают на предметное стекло в 2— 3 капли 5% спиртового раствора флороглюцина. Ч ерез 1— 2 мин. добавляю т 1— 2 капли 25% H 2SO 4 и накрывают покровным стеклом. Через 5 — 7 минут (но не позж е, чем через 12— 15 мин., во и збеж ани е изменения * Большую помощь в выборе объектов и предоставлении опытного ма­ териала оказала нам старший научный сотрудник, зав. отделом дендрофлоры Кишиневского Ботанического сада АН М ССР Б. Г. Х олоденко, которой вы­ раж аю глубокую благодарность. И скренне благодарю директора Киш инев­ ского Ботанического сада АН М ССР Т. С. Гейдеман за предоставление в о з­ можности работы в Саду. 66 интенсивности окраски), срезы рассматривают под микроскопом. Флороглю- цин окраш ивает компонент лигнина «Ф» в малиновые тона различной интен­ сивности. Перманганатная реакция (М еул е). Срезы из воды помещ ают на пред­ метное стекло и заливаю т 2— 3 каплями 1■% водного раствора К М п 0 4 на 5 минут, затем раствор удаляю т фильтровальной бумагой и срезы заливают слабой НС1 (примерно 15%) до их обесцвечивания. НС1 удаляю т фильтро­ вальной бумагой, здесь ж е на стекле 2— 3 раза срезы промывают дестилли- рованной водой и после ее удаления наносят 2 — 3 капли крепкого аммиака, накрывают покровным стеклом и сразу ж е рассматривают под микроскопом. Оболочки, содерж ащ ие лигнин «М», окрашиваются в томатно-красны е тона. Морозоустойчивость древесины побегов определяется не только состоянием клеточных оболочек, но также и их содержи­ мым; поэтому параллельно исследованию процесса лигнифика­ ции (одревеснения) мы изучали также динамику запасных ве­ ществ в тканях побегов в течение годичного цикла; крахмал и жиры определялись гистохимически, а сахара — хроматогра­ фически. Крахмал определяется с помощью раствора Л юголя (1% иод в 2% растворе KJ); жиры обнаруж ивались после обработки срезов раствором ш ар­ лаха, который готовили следующ им образом : 0,2 г ш арлаха растворяют в 50 мл ацетона, затем добавляю т 50 мл 70% спирта. Приготовленный таким образом раствор ш арлаха отличается от обычно применяемого насыщенного спиртового раствора вполне определенной концентрацией, что повышает д о ­ стоверность получаемых при его применении результатов. Раствор хранят в склянке с притертой пробкой, для работы отливают небольшое количество в капельницу, предварительно его профильтровав. Срезы с бритвы помещ ают в 70% спирт на 2 — 3 минуты, после чего пере­ носят в раствор ш арлаха, который долж ен быть накрыт стеклом во и збе­ жание его испарения. Ч ерез 10 минут срезы промывают 2— 3 минуты в 70% спирте и рассматривают под микроскопом в глицерине. Проведенное исследование позволяет заключить, что поня­ тия «вызревание побегов» и «вызревание древесины», которые обычно в практике идентифицируются, следует четко разграни­ чить. Под «вызреванием древесины» следует понимать совокуп­ ность двух процессов: дифференциацию клеток древесины из камбиальных клеток и их лигнификацию. Под «вызреванием побегов» следует понимать совокупность процессов, охватывающих «вызревание древесины», опробкове­ ние (суберинизацию), физиолого-биохимические изменения кол­ лоидов плазмы в их клетках и накопление в них запасных пи­ тательных веществ. Изучение процесса лигнификации при вызревании цобегов показало, что дифференциация древесинных клеток из камбиаль­ ных и их лигнификация наступают не внезапно, как это утверж­ далось ранее (Костычев, 1920 и др.), а постепенно. Притом эти процессы не всегда взаимно связаны, между ними может на­ блюдаться разрыв во времени. Так например, дифференциация древесинных клеток всегда сопровождается лигнификацией их компонентом лигнина «М», в то время как компонент лигнина 5* 67 «Ф» может появляться несколько позже или вовсе отсутство­ вать. При наблюдении поперечных срезов побегов даже при ма­ лом увеличении микроскопа обнаруживается, что в процессе созревания древесины во второй половине лета компонент «М», сопровождающий дифференциацию, появляется раньше и в большем количестве, чем компонент «Ф» (рис. 1, а, б). Рис. 1. Вызревание древесины (июль), а — кизил, пермангаиатная реакция; б — то ж е, но флороглюциновая реакция; в — яблоня, флороглюциновая реакция, ув. 1 0 X 4 0 ; г — то же, но пермангаиатная реакция, ув. 1 0 X 4 0 68 Обращает на себя внимание, что компонент «Ф» появляется в срединных пластинках, постепенно проникая в толщу вторич­ ной оболочки, в то время как компонент «М» появляется со стороны содержимого клетки (рис. 1, в, г). Обнаруженное нами явление указывает на возмож­ ность существования разных путей биосинтеза лигнинов «Ф» и «М», что согласуется с предположением М. С. Бар- динской (1959). Обычно по мере созревания древесины эти компоненты вза ­ имно дополняют друг друга, заполняя собою межмицелляр- ные пространства вторичной оболочки, как это имеет место, Рис. 2. Флороглюциновая реак­ например, у яблони, клена, ция клеточных стенок древесины ясеней и других растений. побегов дерена белого (Cornus Гистохимический анализ на alba) зимой. Компонент лигнина «Ф» в сосудах и срединных пла­ запасные вещества показал, стинках, во вторичных оболочках что в зимнее время у морозо­ он отсутствует. Ув. 1 0 X 4 0 стойких пород, характеризую­ щихся хорошей лигнификацией древесины (морозостойкие яблони, клен остролистный, ясень обыкновенный и другие), жиры, обусловливающие, как из­ вестно, высокую морозоустойчивость, сосредоточены в значи- чительном количестве в камбии, в то время как в тканях древе­ сины и сердцевины они не обнаруживаются; здесь в это время присутствует крахмал. Наблюдаются, однако, случаи,когда „компонент «Ф», образовавшись в срединной пластинке, не переходит во вторичную оболочку; тогда основная масса древесины таких пород лигнифицирова- на только компонентом лиг­ нина «М». Нами было уста­ новлено, что лигнины «Ф» и «М» придают клеточным оболочкам различные свой­ ства. Наблюдения показы­ вают, что в присутствии Рис. 3. Капли жиров в клетках сердцевинных лучей дерена белого компонента «М» сохраняет­ (Cornus alba). Окраска ш арла­ ся эластичность оболочек хом. Ув. 1 0 X 4 0 69 ся эластичность оболочек и гибкость побега, в то время как при лигнификации компонентом «Ф» побег становится хрупким и ломким. Определяя вызревание древесины полевым методом по лом­ кости побегов, плодоводы, дендрологи и другие косвенно опре­ деляют, таким образом, в побегах присутствие компонента «Ф», который, по-видимому, и обусловливает во многих случаях мо­ розостойкость. Однако наблюдаются случаи, когда подобная корреляция нарушается. Так, например, дерен белый (Cornus alba L.), вы­ сокий кустарник, отличающийся значительной морозоустойчиво­ стью и широким ареалом распространения, охватывающим Ев­ ропейскую часть СССР, Сибирь и Дальний Восток, характери­ зуется весьма гибкими, плохо вызревающими побегами, с почти травянистыми верхушками. Анализ на лигнификацию показал отсутствие лигнина «Ф» в толще вторичных оболочек древесины (рис. 2). Аналогичное явление было обнаружено в очень гибких молодых побегах березы, одной из самых зимостойких листвен­ ных пород, а также и у ивы. Анализ на запасные вещества в зимнее время у этих расте­ ний показал значительное содержание жиров в сердцевинных лучах и перимедуллярной зоне, при отсутствии в них крахмала (рис. 3, табл. 1). Представляется, что в данном случае высокая морозоустой­ чивость древесины дерена белого, березы и ивы при недостаточ­ ной лигнификации обусловлена, помимо прочих возможных при­ чин, значительными запасами жиров, сосредоточенными именно в этих тканях. Наряду с видами, отличающимися высокой морозоустойчи­ востью при слабой лигнификации, большой интерес представ­ ляло изучать процесс вызревания древесины у растений с вы­ зревающими побегами (по данным полевых наблюдений), но отличающихся низкой морозоустойчивостью. Побеги фисташки настоящей (Pistacia vera) отличаются ис­ ключительной твердостью, в конце лета они приобретают вид вполне вызревших даже в условиях Кишинева, где фисташка приближается к северной границе возможного своего произра­ стания. Однако, как известно, морозостойкость фисташки весь­ ма низкая. В результате наблюдений установлено, что древесина фи­ сташки характеризуется средней степенью лигнификации, кро­ ме того, не редки случаи, когда процесс дифференциации дре­ весины у нее не завершается. Наши данные показывают, что именно степень завершения дифференциации древесины в процессе ее вызревания играет особенно важную роль в морозостойкости побега. Неполностью дифференцированная древесина, с которой побеги фисташки 70 приходят к зиме, является одной из причин низкой морозостой­ кости растения (табл. 1). Аналогичная картина неполной дифференциации наблюда­ лась нами у молодых растений скумпии (Cotinus coggygria ) , южного кустарника, принадлежащего, как и фисташка, к се­ мейству сумаховых, но относительно более зимостойкого. Таблица 1 Морозостойкость некоторых древесны х растений в зависимости от степени вызревания древесины и содерж ания запасны х веществ в зимнее время (в баллах) Вызрев, древ е­ Запасны е питат. сины вещества I Степень Н азвание растения, . * ч ж и р ы м ор озо­семейство Д и ф ф е­ о ■О- г о 1 крах­ устойчи­ренциа­ ция кам­ д р е ­ мал вости бий веси­ - на Клен остролистный полная 5 4 0 2 Яблоня Грушовка 5 4 0 2 М осковская Высокая Береза пуш истая -»*■ 2 2 5 1 (М осква) Береза бородавчатая 2 2 5 1 (Кишинев) Д ерен белый 0 2 5 1 Ö ‘ о с Свидина полная 5 3 0 4 Средняя о Кизил полная 3 3 0 3 Низкая Скумпия * неполная 3 0 0 3 Фисташка неполная 2 0 0 4 очень низкая Катальпа (3 вида) неполная 2 2 0 1 низкая * За последние годы выведены морозостойкие формы. При этом анализировались побеги растений скумпии как из зоны ее естественного произрастания (Кишинев), так и на се­ верном пределе ее возможной культуры (Москва). Чрезвычайно большая твердость побега фисташки и поэтому Bignoni- Апосаг- aceae diaceae Betulaceae Rosa- Асега- ceae сеае Лигни кация втор. кажущееся его вызревание вызвано значительным содержанием в древесине гемицеллюлоз, которые могут являться причиной твердости ткани. Так, например, исключительная твердость пло­ дов одной из пальм, называемой растительной слоновой костью, обусловлена не лигнином, которого не имеется в оболочках этих плодов, а присутствием гемицеллюлоз (Никитин, 1951). Кроме того, твердость побегов фисташки обусловлена наличием сильно лигнифицированного склеренхимного (механического) кольца в коре. Что касается запасных веществ, то фисташка и скумпия в зимнее время накопляют в своих тканях не жиры, а крахмал, свойственный мало зимостойким породам. Вещества, красящие шарлахом в коре, относятся к веществам типа эфирных масел и смол, продуцирующимся в особых вместилищах в коре. Проба с насыщенным железным купоросом подтвердила наличие смол у этих растений. Содержание указанных веществ в отличие от жиров не изменяется в течение годичного цикла. Д ля большей достоверности полученных выводов было очень важно проанализировать процесс вызревания побегов у близ­ ких видов со сходным анатомическим строением древесины, но отличающихся по степени зимостойкости. С этой целью помимо уже упоминавшегося дерена белого (Cornus alba) были исполь­ зованы еще два вида, относящихся к роду Cornus из сем. Сог- пасеае : свидина (C. sanguinea) и кизил (С. mas). Кроме того исследовались еще три вида рода Catalpa из сем. Bignoniaceae: C. speciosa, C. bignonioides, C. ovata. В таблице 1 сведены данные этого анализа. При хорошей, вполне закончившейся дифференциации, сте­ пень лигнификации древесины у трех видов Cornus весьма раз­ лична. Они также отличаются по содержанию и локализации в разных тканях запасных веществ — жиров и крахмала. В то время как высокоморозоустойчивый дерен, о чем ска­ зано выше, содержит значительные запасы жиров в древесине при отсутствии лигнина «Ф» в ее вторичных оболочках, мало­ морозостойкий кизил отличается средней степенью лигнифика­ ции древесины при небольшом содержании жиров только в кам­ бии. Свидина, занимающая промежуточное положение по моро­ зостойкости между дереном белым и кизилом, характеризуется довольно сильной лигнификацией древесины при среднем содер­ жании жиров в камбии, но несколько большими по сравнению с кизилом запасами крахмала. Таким образом, у всех этих ви­ дов степень лигнификации, взятая сама по себе, еще не харак­ теризует зимостойкость растений. Изучение процесса одревеснения побегов у трех видов рода Catalpa (С. speciosa, С. bignonioides , C. ovata), характеризую­ щихся в общем низкой морозоустойчивостью, показал среднюю или в отдельных случаях слабую степень лигнификации древе- 72 сины, причем нередко обнаруживается отсутствие лигнина «Ф» в прикамбиальной зоне древесины при незавершенной диффе­ ренциации последней. Крайне низкое содержание в зимнее вре­ мя жиров и крахмала в сочетании с довольно слабой лигнифи- кацией является, по-видимому, одной из причин низкой морозо­ устойчивости катальпы. Следует, однако, отметить, что катальпа способна иногда выдерживать низкие температуры (до —30°), как это имело ме­ сто, например, в Кишиневе в суровую зиму 1963 г. Хроматогра­ фический анализ обнаружил в это время у катальпы значитель­ ные запасы различных сахаров, в том числе моно-, ди- и олиго­ сахара, которые, по-видимому, и позволили перенести этим ра ­ стениям сильные морозы. Таким образом, проведенное исследование показало, что только лишь по состоянию оболочек клеток древесины, по сте­ пени их лигнификации, нельзя судить о морозоустойчивости р а ­ стений, как это делается при определении вызревания побегов полевым методом по их гибкости или ломкости. Это согласуется с мнением ряда исследователей, неоднократ­ но подчеркивавших, что состояние покоя и морозоустойчивость растений нельзя определять по какому-либо одному признаку; только совокупность ряда свойств, возникающих в растениях при переходе их в состояние покоя, обусловливает морозостой­ кость растений. Сложные физиолого-биохимические изменения содержимого клеток, сочетающиеся с различными изменениями состояния оболочек клеток древесины, обусловливают ту или иную степень морозоустойчивости побегов. Гистохимическое изучение морозостойкости ряда древесных растений в зависимости от степени вызревания древесины по­ зволило нам выяснить причины несовпадения у некоторых ви­ дов растений морозостойкости с вызреванием побегов, опреде­ ляемым полевым методом. Отсюда следует, что определение полевым методом вызревания побегов различных видов древес­ но-кустарниковых пород должно контролироваться микроско­ пическим анализом. Выводы 1. Следует отличать «вызревание побегов», которые пред­ ставляет собой совокупность процессов «вызревания древеси­ ны», опробковения (суберинизации), накопления запасных ве­ ществ в тканях побегов и физиолого-биохимических изменений коллоидов плазмы, от «вызревания древесины»: совокупности сопутствующих друг другу или разделенных во времени процес­ сов дифференциации древесины из камбиальных клеток, и лиг­ нификации оболочек клеток древесины, главным образом ком­ понентом «Ф». 73 2. Морозоустойчивость древесины обеспечивается либо глу-' боким покоем ее клеток (дерен белый, береза, ива), либо хоро­ шим вызреванием древесины (зимостойкие яблони, клен остро­ листный и др.). Отсутствие полного вызревания древесины у некоторых морозостойких растений компенсируется высоким содержанием запасных веществ (жиров) в тканях древесины (дерен белый, береза, ива). 3. «Вызревшая древесина», определяемая полевым мето­ дом, далеко не всегда является действительно вызревшей (диф­ ференцированной и лигнифицированной). Исключительная твер­ дость побега может достигаться растением и иным путем, как например, у фисташки, твердость побега у которой обусловлена значительным содержанием гемицеллюлоз в древесине и сильно лигнифицированным склеренхимным кольцом в коре. Настоящая работа выполнена в лаборатории физиологии устойчивости И Ф Р АН СССР под руководством проф. П. А. Ген- келя, которому приношу глубокую благодарность. Л итература Б а р д и н с к а я М. С. К вопросу об образовании одревесневш их клеточных стенок. Физиол. раст. 6, в. 3, 1959. Б а р с к а я Е. И. Гистохимическое изучение процесса лигнификации при созревании древесины. Физиол. раст., т. 9, в. 2, 1962. Б о я р к и н А. Н. О пределение одревеснения растительных оболочек. Тр. ин-та Нов. луб. сырья, 8, в. 1, 1934: Г е н к е л ь П. А. и О к н и н а Е. 3 . Состояние покоя у растений как про­ цесс обособления протоплазмы клеток. Тр. И Ф Р АН СССР, т. VI, в. 1, 1948. Г е н к е л ь П. А. и О к н и н а Е. 3 . Диагностика морозоустойчивости расте­ ний по глубине покоя их тканей и клеток (методические указания). И зд. АН СССР, М., 1954. Г е н к е л ь П. А. и С и т н и к о в а О. Л . Состояние покоя у растений и морозоустойчивость. Тр. И Ф Р АН СССР, т. V III, в. 1, 1953. К о с т ы ч е в С. П. Строение и утолщ ение стебля двухдольны х. Ж урн. Русск. Бот. о-ва, 1920. К о н д р я С. М. М икрохимический метод определения степени вызревания побегов винограда. С адоводство, виноградарство и виноделие М олда­ вии, № 4, 1960. М е л и к я н Н. М. Структурные изменения и накопление лигнина в расте­ ниях в связи с условиями среды. И зд. Ереванск. гос. унив., 1959. М и й д л а X. И. О процессе вызревания побегов винограда в условиях Эстонской ССР. Уч. зап. Тартуск. гос. унив., в. 82, Тр. по физиол. раст., Н и к и т и н В. М. Химия древесины и целлюлозы. Г ослесбум издат, 1951. О р л о в Н. Д . Вы зревание побегов и период покоя у виноградной лозы. Тр. конф. устойчив, раст., 1960. П р о ц е н к о Д . Ф. О зимостойкости донских сортов винограда. Виноделие и виноградарство СССР, № 11, 1940. П р о ц е н к о Д. Ф, и П о л и щ у к Л . К. О физиологических и биохими­ ческих особенностях морозостойкости плодовы х культур. И зд. Киевск. гос. унив., 1948. Р я д н о в а И. М. О древеснение побегов плодовы х деревьев и их м орозо­ устойчивость. Физиол. раст., т. 4, 1957. 74 А К Т И В Н О С Т Ь А У К С И Н О В И И Н Г И Б И Т О Р О В В У К О Р Е Н Я Ю Щ И Х С Я Ч Е Р Е Н К А Х Ф А С О Л И И ИВЫ P. X. Турецкая, В. И. Кефели, Э. М. Коф И нститут физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР За последнее время представления о процессе роста расте­ ний несколько изменились в связи с установлением фактов о том, что в регуляции ростового процесса принимают участие не только ауксины, но и ингибиторы (Hankock, Barlow, Laccey, 1961; Wareing, 1961; Турецкая, Кефели, 1963). Сознавая всю сложность и многоплановость проблемы ро­ стовой регуляции, мы ограничили круг интересующих нас воп­ росов следующими двумя определенными задачами: проследить изменения активности ауксинов и ингибиторов, совпрождающие интенсивно протекающий ростовой процесс при органогенезе, и выяснить, какова роль введенного синтетического регулятора роста — индолилуксусной кислоты (ИУК) в изменении соотно­ шений между природными ауксинами и ингибиторами в тканях черенка. Объектами исследований служили черенки двух легко укореняющихся растений: ивы и фасоли. Методика и условия проведения опытов Черенки ивы белой Salix alba брались весной (апрель) 1962 года с по­ бегов прироста прошлого года с нераспустивш имися листьями и набухш ими почками. Опыты с фасолью проводились в марте— апреле 1962 г. Д ля этой цели выращивались 10-дневные проростки фасоли (Phaseolus vulgaris) сорта Сакса, с которых и нарезались черенки. С целью усилить корнеобразование у черенков ивы и фасоли исполь­ зовалась синтетическая ИУК в виде водного раствора. ИУК для обработки черенков ивы бралась в концентрации 200 мг/л, и черенки вы держивались в этом растворе 18 часов. Д ля укоренения черенков фасоли концентрация ИУК составляла 50 мг/л, срок обработки 4 часа. Ауксины и ингибиторы определя­ лись: 1) в свеж есрезанны х черенках, 2) сразу после обработки черенков, 3) при появлении корневых зачатков (бугорков) и 4) после образования корней. М атериал для анализа фиксировался жидким азотом, лиофильно высушивался и хранился в эксикаторе над хлористым кальцием при 0°. Навеска тканей фасоли составляла 0,3 г сухого вещества в пятно на хр о­ матограмме, а ивы — 0,15 г. Ауксины и ингибиторы определялись методом хроматографии на бумаге в смеси растворителей н-бутанол-уксусная кисло- та-вода 4 0 : 1 2 : 2 8 (К ефели, Турецкая, 1963). Активность элюатов из зон хроматограммы определялась методом биотеста (Бояркин, 1948). Под термином ауксины мы понимали соединения, стимули­ рующие рост отрезков колеоптилей пшеницы. Ингибиторами считались соединения, подавляющие рост этих колеоптилей. 75 Результаты опытов I. Ф а с о л ь Проведенный хроматографический анализ экстракта фасоли показал, что ауксины в свежесрезанных черенках отсутствуют. Этим обстоятельством, может быть, и объясняется повышенная чувствительность черенков фасоли к стимуляторам роста. Собственные природные ауксины (Rf 0,24—0,35) обнаружи­ ваются в фасоли после появления на стебле корневых зачатков и исчезают к моменту образования корней (рис. 1 и 2, а). ■ >4 а неполна» & после оЛеллойлнч» I 1*0- =□_ л погл( ойчьоемли I I *о»нн1 tat W«*■ ‘ Ч ого оtiПt- Рис. 1. Гистограмма экстракта из укореняю щ ихся черенков фасоли. Ингибитор роста (Rf 0,92) присутствует только в свежесре­ занных и в укоренившихся черенках (рис. 1 и 2, б). Следова­ тельно, периоду интенсивного заложения корневых бугорков соответствует возникновение в тканях черенка природных аук­ синов и исчезновение природных ингибиторов. В случае же, когда ростовые процессы еще не активизировались или уже закончились, ауксины отсутствуют, а природные ингибиторы вновь появляются, причем тормозящее действие их на рост ко­ леоптилей оказывается значительным. Таковы изменения, про­ исходящие в составе ауксинов и ингибиторов контрольных че­ ренков. Введение в черенок раствора ИУК резко усиливает образо­ вание корней на стебле. Эта стимуляция корнеобразования со­ провождается одновременным торможением роста эпикотиля. Изменения в ростовом процессе, вызванные введением в че­ ренок ИУК, сопровождаются смещениями в активности природ­ ных ауксинов и ингибиторов (рис. 2). 76 На основании полученных данных (рис. 2, а) следует заклю­ чить, что ауксины появляются в обработанных черенках сразу после введения ИУК, т. е. через 4 часа. Синтетическая ИУК в черенках не обнаруживается. Появившиеся ауксины исчезают из обработанных черенков в период заложения корневых зачат- Рис. 2. И зменение активности природных ауксинов и ингибиторов в контрольных и обработанны х ИУК черенках фасоли, а — ауксины, б — ингибиторы. ков, т. е. как раз в тот момент, когда они возникают в конт­ рольных черенках. Такое различие во времени образования ауксинов у контрольных и обработанных черенков позволяет объяснить факт ускоренного заложения корневых зачатков у обработанных черенков. Трудно предположить, что обработка черенков ИУК может привести за 4—5 часов к ускоренному синтезу природного аук­ сина. Сопоставляя быстрое исчезновение ИУК из обработанных черенков с быстрым возникновением активных соединений с Rf 0,35, было бы более справедливым заключить, что ИУК в тканях черенков подвергается каким-то изменениям и, не те­ ряя своей активности, превращается в стимулирующий комп­ лекс. Введение в черенок ИУК приводит к исчезновению ингиби­ торов. Они не обнаруживаются на протяжении всего процесса укоренения черенка. 77 II. И в а В коре весенних свежесрезанных черенков ивы обнаружи­ ваются природные ауксины (Rf 0,5). В период заложения кор­ невых бугорков их активность исчезает и вновь появляется только после образования корней (рис. 3 и 4, а). I *М 0 05,1 0 о О ТО & & <*./> 0 J S 0.0.Г if исходные бе\ Щ I после ofrojoMHH?■и Ч: * теле OteAdOAAHHji м шш Рис. 3. Гистограмма экстракта из укореняю щ ихся черенков ивы. Наряду с ауксинами в коре ивы обнаруживаются ингибито­ ры флавоноидной и фенольной природы (рис. 4, б). Идентифика­ ция их химической природы была проведена по схеме, описан­ ной нами ранее (Кефели, Турецкая, 1963). В период образования корневых бугорков и роста корней тормозящая активность ф^авоноидного ингибитора возрастает, а фенольный ингибитор исчезает. Обработка черенков ивы ИУК привела, также как и у фасоли, к немедленной активации природного ауксина (Rf 0,50). Содержание этого стимулирующего соединения посте­ пенно уменьшалось и полностью исчезло в период образования корней. В отличие от фасоли, в тканях ивы синтетическая 78 6 5 IЧ »■* ** 40 0 <п I1 Vо« w 1 . Рис. 4. И зменение активности природных ауксинов и ингибиторов в контрольных и обработанны х черенках ивы; а — ауксины, б — ингибиторы. -СvО) прирост отрезков колеоптилей в У* % к к о н т ро л ю ИУК обнаруживалась через 5 дней после ее введения и харак­ тер ее изменения в черенке совпадал с характером изменения природного ауксина (рис. 5). Под действием ИУК активность природного флавоноидного ингибитора резко уменьшилась и оставалась почти на одном уровне в течение всего процесса укоренения (рис. 4, б), Рис. 5. И зменение уровня синтетической ИУК в укореняю ­ щихся черенках ивы. III. И з м е н е н и я п р и р о д н ы х р е г у л я т о р о в р о с т а и с и н т е т и ч е с к о й и н д о л и л у к с у с н о й к и с л о т ы в т к а н я х ч е р е н к о в и в ы и ф а с о л и . Сопоставление данных по активности ауксинов и ингибито­ ров в тканях черенков ивы и фасоли позволяет сделать ряд об­ щих заключений: 1. Как в иве, так и в фасоли ауксины тратятся в процессе корнеобразования. 2. Активность ингибиторов в тканях фасоли возрастает после окончания корнеобразования. 3. Введение синтетической индолилуксусной кислоты вызывает резкое усиление процессов корнеобразования. 80 4. Усиление этих процессов сопровождается повышенной а к ­ тивацией природных ауксинов и уменьшением тормозящего действия природных ингибиторов. 5. Синтетическая ИУК в тканях ивы и фасоли быстро разру­ шается. Притом, если следы биологической активности ИУК в иве можно уловить еще через 5 дней после ее введения в черенок, то в тканях фасоли ИУК не обнаруживается уже через 4 часа. Какова же судьба ИУК в растительной ткани? Сама ИУК быстро исчезает, но ее исчезновение приводит к немедленному появлению других активных соединений. ИУК не обнаружива­ ется в фасоли через несколько часов после ее введения, а ро­ стовой эффект, выражающийся в усиленном образовании кор­ ней, мы можем наблюдать только спустя 5 дней после исчезно­ вения ИУК- Все эти факты заставляют предположить, что ин- долилуксусная кислота образует в растительных тканях какой- то промежуточный комплекс, который, предохраняя ИУК от быстрого ферментативного разрушения, создает условия для ее равномерной траты. Идея связи ИУК с различными метаболитами растений не является новой. Давно распространено представление о комп- лексировании ИУК с аскорбиновой кислотой, с белком или даже с отдельными аминокислотами (Gordon, 1946; Kutacek, Valenta, leha, 1957; Zenk, 1960). Недавно появилась работа Леопольда, подробно разбирающая вопрос о возможном био­ логическом значении индольно-полифенольных комплексов (Leopold, Plumer, 1961). Образование таких сложных комплек­ сов индольно-полифенольного типа могло быть вполне возмож­ ным как в случае ивы, кора которой содержит большое число фенольных соединений, так и в случае фасоли, в которой, хотя и в меньшей степени, но все-таки обнаруживаются соединения полифенольного типа. Для доказательства вероятности такого взаимодействия ИУК с полифенолами мы поставили серию до­ полнительных модельных опытов, сущность которых заключа­ лась в следующем. В стаканчики объемом в 5 мл наливали растворы полифенольных соединений: флороглюцина или пи­ рокатехина в концентрации 10~2 М. К ним добавляли ИУК в той же концентрации. В стаканчики после добавления ИУК помещали черенки фасоли и оставляли их на экспозиции в те­ чение 1 часа. Сок тканей, поглотивших смесь, и остаточный раствор затем анализировались. Контролями к опытному вари­ анту служили: 1) растворы полифенолов без черенков, 2) раст­ воры полифенолов в смеси с ИУК без черенков, 3) раствор ИУК без черенков, 4) растворы полифенолов с черенками и 5) раствор ИУК с черенками. Проверка изменений, проходящих с ИУК, осуществлялась с помощью реактива Сальковского, а изменений полифено- 6 З а к а з № 4752 81 лов — с помощью ванилинового реактива и пробы на хлорное железо (Кефели, Турецкая, 1963). В таблице I представлены результаты этих опытов. Таблица I Изменение окраски ИУК с реактивом Сальковского в присутствии полифенолов и тканей черенка фасоли Окраска Варианты сока из тканей раствора с че­ раствора без че­ренками ренков ИУК розовая малиновая малиновая И УК + пиро­ катехин бесцветная ж елто-розовая ж елтая ИУК + флоро- глюцин бесцветная ж елто-розовая оранж евая Как видно из таблицы 1, ИУК легко вступает во взаимодей­ ствие с фенольными соединениями, причем в некоторых слу­ чаях это взаимодействие может протекать даже при отсутст­ вии растительной ткани. Нами не проводилась работа по доказательству того, что полученные изменения в молекуле ИУК являются результатом комплексообразования. Эти исследования были ранее прове­ дены Леопольдом, причем в качестве активирующего фермента была выбрана как раз полифенолоксидаза фасоли. Для нас достаточно ценным обстоятельством оказался тот факт, что в присутствии полифенолов ИУК меняет окраску и не идентифицируется в тканях фасоли с помощью реактива Сальковского. Именно с этим явлением мы и столкнулись при анализе активных соединений ивы, когда биологическая актив­ ность введенной в черенки ИУК была очень высокой, а цветной реакции с реактивами на индолы получить не удавалось. Об су ж д ен и е результатов Итак, опыты, проведенные с укореняющимися черенками фасоли и ивы, позволяют заключить, что активность природ­ ных ауксинов и 'ингибиторов заметно изменяется в процессе усиления и замедления роста. Введение синтетической ИУК в черенки приводит к стиму­ ляции корнеобразования. При этом ИУК в растительных тка­ нях химическими методами обнаружить не удается. Метод био­ теста показывает, что в фасоли ИУК исчезает уже через 4 часа после ее введения. В черенках ивы ИУК сохраняется до 5 су­ ток. Сразу же после поступления ИУК в черенок, активность 82 природных ауксинов возрастает. Такое быстрое возникновение активности трудно объяснить биосинтетическими процессами; активность обусловливается, по-видимому, комплексированием ИУК с метаболитическими продуктами черенка. Скорее всего такие промежуточные комплексы, согласно Леопольду (1961), осуществляются между ИУК и полифено­ лами. Как показали наши модельные опыты, при этом проис­ ходит исчезновение окрашивания ИУК с реактивом Сальков­ ского, т. е. наблюдается именно то явление, с которым мы сталкиваемся при анализе тканей опытных черенков ивы. В а ж ­ ность комплексирования ИУК с полифенолами, по-видимому, состоит в том, что ростовое вещество предохраняется от быст­ рого ферментативного разрушения и обладает способностью, медленно высвобождаясь из комплекса, использоваться в про­ цессе роста. Именно в связи с комплексированием и можно объяснить тот факт, что ИУК, введенная в черенок фасоли, ис­ чезает уже через несколько часов, а ростовой эффект обнару­ живается только на 5-ые сутки. Вероятнее всего, в этом слу­ чае в работу вступает активный комплекс (с Rf 0,35), который возникает немедленно после исчезновения ИУК. Представлен­ ные рассуждения, естественно, не могут быть категоричными, они лишь должны рассматриваться как одна из возможных ги­ потез, объясняющих связь между быстрым исчезновением сти­ мулятора из тканей и резким усилением ростового процесса, наблюдаемым через несколько дней после этого исчезновения. Выводы 1. В тканях свежесрезанных черенков фасоли ауксины от­ сутствуют. Они появляются только в период интенсивного заложения корневых зачатков. В то же время природные ингибиторы, присутствовавшие ранее в исходном черенке, исчезают. 2. После образования корней ауксины в черенках фасоли не обнаруживаются, а ингибиторы вновь появляются и актив­ ность их резко возрастает. 3. В весеннем черенке ивы имеется запас природных ауксинов, который тратится при органогенезе и восстанавливается к моменту образования корней. 4. В корне черенка ивы содержатся 2 типа фенольных ингиби­ торов — флавоноид и простой фенол. Флавоноид постоянно присутствует в тканях, и его активность несколько возра­ стает в процессе укоренения черенка, в то время как про­ стой фенол при органогенезе и в процессе вытягивания кор­ ней теряет свою ингибиторную активность. 6* 83 5. После введения ИУК в черенки фасоли и ивы активность природных ауксинов резко возрастает, а активность инги­ биторов заметно уменьшается. Сама ИУК исчезает из тка* ней фасоли через 4 часа после ее введения, а из тканей ивы — после 5 суток. 6. На основании модельных опытов можно предположить, что быстрое исчезновение ИУК из тканей объясняется связыва­ нием ее с полифенолами. Л И Т Е РА Т У РА Б о я р к и н А. Н. Н екоторые усоверш енствования метода количественного определения активности ростовых веществ. Докл. АН СССР, 59, 9, 1948. К е ф е л и В. И. , Т у р е ц к а я P. X. К м етоду определения свободны х аук­ синов и ингибиторов в тканях древесны х растений. Физиология ра­ стений, 10, 4, 1963. Т у р е ц к а я P. X. , К е ф е л и В. И. О некоторых свойствах природных ин­ гибиторов роста растений. Физиология растений, 10, I, 98— 103, 1963. G o r d o n , A uxin-protein com plexes of the w h eat grain. Amer. J. Bot., 3, 3, 1946. H a n k o c k C., B a r l o w H. , L a c e y H. The behaviour of phloridzin in the coleoptile stra igh t-grow th test. I. Exptl. Bot. 12, 401, 1961. K u t a c e k M. , V a l e n t a M. , I c h a F. U ntersu ch ungen über den Ascorbin- geh a lt von Kohlrabi. E xperientia 13, 7, 1957. L e o p o l d A. C. , P l u m m e r Т. H. A uxin-phenol com plexes. P lant Physiol., 36t 5, 1961. W a r e i n g P. Эндогенны е вещ ества, тормозящ ие рост древесны х растений. В кн. Секционные сообщ ения V М БК, II, 135, 1961. Z e n k М. E nzym atische A ktivierung von Auxinen und ihre K onjugierung mit G lycin. Zeitschr. für N aturforschung, 15, 7, 1960. СУТОЧНАЯ Д И Н А М И К А П Р О Д У К Т О В М Е Т А Б О Л И З М А Ф Л О Р И Д З И Н А В О Д Н О Л Е Т Н И Х П О Б Е Г А Х У Я Б Л О Н И В С В Я З И С П О Д Г О Т О В К О Й Д Е Р Е В Ь Е В К ПОКОЮ J1. Сарапуу, Т. Вардья Тартуский госуниверситет Нашими предыдущими работами (Сарапуу, 1964а, 19646, 1965) были установлены некоторые закономерности сезонной динамики и физиологического действия флоридзина при росте и покое у однолетних побегов яблони. Выяснилось, что флорид- зин является ингибитором роста, обусловливающим торможе­ ние ростовых процессов во время глубокого покоя растений. Содержание флоридзина в побегах изменяется противоположно изменению интенсивности их роста. В период покоя изменение содержания флоридзина находится в тесной зависимости от температурного фактора, а в период роста — от фотопериода. Однако неизученным оставался вопрос о суточной динамике 84 продуктов метаболизма флоридзина у побегов яблони. Изуче­ ние последнего вопроса приближает нас к пониманию тех пер­ вичных реакций в метаболизме флоридзина, которые происхо­ дят в побегах под влиянием смены света и темноты и, следо­ вательно, обусловливают остановку роста побегов и переход их в покой. Материал и методика Изучение суточной динамики метаболизма флоридзина проводили б коре, листьях и древесине однолетних побегов деревьев яблони сорта ’Антоновка’ в 1964 году. Пробы для анализа брали в три срока: в течение вегетационного периода по шесть раз в сутки из плодопитомника совхоза «Вазула» Тартуского района ЭССР. Первый раз пробы брали в начале весеннего роста побегов (8 июня); второй раз — в период, когда в верх­ ней части побега продолж ался ещ е интенсивный рост, а в нижней части рост уж е заканчивался (29 июня); в третий раз исследовали побеги, нахо­ дившиеся в ф азе глубокого покоя (12 августа). Д ля выяснения влияния удлинения продолж ительности темного периода суток на метаболизм ф ло­ ридзина ветки яблони покрывали на 20 часов черной бумагой, окрашенной с наружной стороны в белый цвет. Для опрыскивания листьев использовали 0,2% раствор флоридзина и 0,01% раствор гиббереллина. Опрыскивание листьев проводили еж едневно с 29 июня до 20 июля. О дновременно покрывали растения бумагой, чтобы укоротить ф отопериод д о 10 часов. Пробы для анализа взяли 24 августа. Опытными объектами служили трехлетние сеянцы яблони карликового п од­ воя Эаст Морнинг IX. Свободными ф лавоноидами считали условно те вещества, которые при комнатной температуре экстрагируются эфиром, а связанными соединения­ ми — вещества, которые переходят при 80° С в метанол и воду. Для проведения количественного анализа продуктов метаболизма ф ло­ ридзина нами выработана следую щ ая методика. Свежий измельченный с помощью лабораторной мельницы материал (10 г) экстрагировали трижды по два часа эфиром. П осле этого материал оставляли для экстракции на ночь. Эфирные экстракты соединяли и дов о­ дили эфиром до 100 мл. Эфирный экстракт (1 мл) наносили в трех повтор­ ностях на линию старта хроматографической бумаги и разгоняли раствори­ телем изопропанол-аммиак-вода (80 : 5 : 15) в течение 30 часов. П оследова­ тельность располож ения фенольных соединений на хром атограмме была сле­ дующей: флавонолы, флоридзин, флоретиновая кислота, флоретин, флорин. В связи с тем, что все флавонолы имеют низкий Rf (0,05— 0,25), их содер ­ жание определяли суммарно при длине волны 260 млмк. При высоком содерж ании в экстрактах пигментов, которые при исполь­ зовании изопропанола маскируют флоретин, в качестве растворителя брали п-бутанол-ацетат-вода ( 1 0 : 8 : 8 2 ) . При этом растворителе пигменты оста­ ются на линии старта. Н едостатком этого растворителя является то, что при высоком содерж ании флоретин оставляет хвосты и, в случае со д ер ж а ­ ния в листьях флоридзина, последний не отделяется от кверцетинглюкозиаа. Связанные соединения экстрагировали из мязги, оставш ейся после из­ влечения свободны х соединений, один раз метанолом и четыре раза водой при 80° С. М етанолом необходим о пользоваться для полноты экстрагирова­ ния и уменьшения потемнения экстракта при вакуумдистилляции. С оеди­ ненный теплый экстракт (иначе флоридзин мож ет частично осаж даться) фильтровали через вату для отделения пигментов, затем сгущали до 5 мл и доводили 50%-ным метанолом до 10 мл. Сгущенный экстракт наносили по 0,10 мл на хроматограмму. 85 Во фракции связанных соединений из молоды х побегов яблони содер­ ж алось много сахаров и других мешающих хром атограф ированию веществ. В этом случае из экстрактов отгоняли метанол, и фенольные соединения пе­ реводили в делительной воронке четыре раза в этилацетат. Этилацетатный экстракт доводили до 50 мл и наносили (1 мл) на хроматограммы. П осле хром атографирования отмечали в ультрафиолетовом свете пятна веществ. К вырезанным пятнам в колбах прибавляли 50 мл 50% раствора метанола, встряхивали их и через шесть часов определяли с помощью спектроф отометра оптическую плотность ф лоридзина, флоретина, флореги- новой кислоты (все при 283 млмк), кверцитрина (260 млмк) и кемпферола (310 млмк). Результаты вычислялись на основании соответствующ их моляр­ ных экстинкционных коэффициентов и по формулам, приведенным в другой нашей работе (С арапуу, 1965). М етодика качественного анализа хромато­ грамм такж е приведена в нашей работе (С арапуу, 19646). Ошибка коли­ чественного определения ф лоридзина при массовом анализе не превышает 5%. Результаты исследования Полученные результаты (рис. 1) показывают, что в суточной динамике флоретина в листьях наблюдаются два минимума (ут­ ром и вечером) и два максимума (днем и ночью). Содер­ жание флоретина в листьях противоположно динамике флорид­ зина. В растущих побегах содержание свободного флоретина в первую половину дня уменьшается, к полудню снова повыша­ ется и достигает максимума в вечерние часы. После этого уро­ вень флоретина снижается, особенно в ранние утренние часы. С уменьшением содержания флоретина одновременно отмеча­ ется некоторое повышение содержания флоридзина. Ночью со­ держание флавонолов в растущих побегах обычно низкое. Ут­ ром содержание их повышается и достигает максимума днем. Искусственное удлинение темного периода суток весной вызы­ вает в молодых листьях резкое повышение содержания флорид­ зина и резкое уменьшение содержания флавонолов. Следова­ тельно, темнота обусловливает изменение метаболизма флаво- ноидов в направлении накопления флоридзина. В конце июня содержание свободного флоретина и флорид­ зина в коре приходит в равновесие, и их максимумы отмеча­ ются вечером. Ночью уровень флоридзина и флоретина снижа­ ется. Утром содержание флоретина повышается, а содержание флоридзина снижается. Это объясняется изменением в направ­ ленности метаболизма флавоноидов и усилением лигнификации клеточных стенок на свету. Ночью наблюдается резкое повы­ шение связанного флоридзина в древесине за счет уменьшения свободного и связанного флоридзина в коре, а также свобод­ ного флоретина в коре. Удлинение темноты обусловливает по­ вышение содержания флавоноидов в листьях и уменьшение со­ держания их в коре, а также повышение содержания связан­ ного флоридзина в древесине. Все вышеуказанные изменения 86 обусловливают повышение содержания связанного флоридзина, прежде всего в древесине и позднее уже в коре. ____ C b o fio g ч&й р ториуЗин „__ СЬ* Зйннь'й Флоридзин — — C boFognbiu рлоретич — » СЬя зонн ый флоретин — о Cbo&og w.vjs ф 1оЬо ч o n bi _, СЬязоччо/е ф.-аЬоыолы .... Ь тепнпте с 1^И' до 11 ' 29 и н] н я /\ / ' / \ / V / > • \s / . . ' X . . . > '60 иА<5» ■ !* I 50 / I П 4 з I* \*. » - i\ / \ /* \ .- • II I» * I ♦ вЛЛ‘ \ ! 1 / \ \ . / ' * У-r-rr/.Ч о 4 1 / • / -=— = - — --------- ’.т;?гл / 4 . . . т Ц И А Л А Ш л А л т Ц ' « и r n L Ч " и 1.1Г |Г I 14 18 гг г в « г* <а гг S 6 • (авцшхся для их распускания, на разных фазах периода покоя —I- черешчатый Лещина обыкнов. Черемуха обыкнов. Ольха серая Осина Жимолость лесная Смородина красная 8/5р 1959/60 1960/61 1958/59 1959/60 1960/61 1958/59 1959/60 1960/61 1958/59 1959/60 1960/61 1958/59 1959/60 1960/61 1958/59j 1959/60 1960/61 1958/59 1959/60 1960/61 А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б А Б , Ч 21 57 26 44 31 87 39 54 31 27 35 3 18 18 31 10 20 88 27 84 24 97 43 43 39 35 26 30 41 62 35 31 31 59 30 1 29 6 25 11 13и 28 20 23 28 21 28 6 29 8 30 — — 9 20 134 45 97 29 71 26 63 28 47 32 33 28 19 34 21 25 36 21 23 28 4 35 8 26 4 29 и 7 25 11 34 29 29 22 26 162 25 19 6 27 28 43 27 36 28 3 41 12 27 31 1 18 И 18 9 17 95 27 — — 11 19 4 27 1 27 г Г 3 78 4 85 5 65 20 112 17 122 3 123 7 74 8 85 1 30 _ _ 41 96 19 89 3 88 _ _ 3 54 4 87 _ _ 3 53 _ _ _ _ 1 79 1 — — — — 2 79 3 58 4 56 10 53 8 37 11 26 12 74 22 80 17 65 9 72 6 58 7 54 4 45 4 41 1 37 — — 2 61 4 56 \ _ _ _ — 3 44 1 65 3 55 24 45 3 15 15 18 1 56 20 69 20 75 3 33 3 49 5 44 15 32 9 26 17 18 5 37 19 45 6 49 1 3 58 2 50 16 43 8 48 10 48 32 27 25 27 19 28 8 93 26 52 32 57 16 40 4 43 5 42 27 2° 16 30 8 20 9 26 7 44 4 34 5 9 45 4 35 10 36 11 45 15 44 58 17 16 25 26 23 13 53 16 79 14 44 4 38 7 39 9 37 24 15 15 28 6 18 6 25 20 39 6 23 5 7 43 11 38 6 34 5 32 22 41 41 20 22 20 31 16 10 50 16 66 41 49 7 47 6 32 6 38 21 23 8 32 18 24 18' 34 29 30 12 32 7 16 37 6 27 19 30 19 34 22 25 50 8 30 13 26 8 33 56 20 46 20 37 10 34 6 24 11 22 10 23 12 18 7 33 6 27 23 27 28 23 ) 4 35 13 34 27 22 23 28 17 22 16 5 28 13 18 15 12 30 27 33 41 36 10 22 2 24 9 22 22 19 10 24 6 16 17 22 28 28 9 17 1 3 23 4 25 15 18 22 21 21 15 20 8 27 7 31 11 34 21 25 42 46 22 21 15 8 26 1 16 7 31 1 11 3 14 31 11 27 17 22 15 ) 2 27 9 21 18 12 11 15 27 8 34 И 30 7 22 7 26 22 52 21 28 26 9 28 11 23 13 18 12 26 13 21 19 11 32 17 17 23 23 17 J 5 19 22 18 21 7 12 12 33 И 87 2 32 9 35 10 33 15 37 12 67 11 10 26 14 21 15 18 20 27 12 9 23 10 87 12 27 17 63 13 1 обыкновенная (Sorbus au cupar ia) , ильм ( Ulmus scabra) , сирень обыкновенная (Syr inga vulgaris) , лещина обыкновенная (Cory- lus av e l l ana ), черемуха обыкновенная (Prunus r a ce m o s a ) , ольха серая (Ainus inc a na ) , дуб черешчатый (Quercus robur), осина (Populus t remula) , жимолость лесная (Lonicera x y los teu m ), и смородина красная (Ribes vulgare) . Полученные результаты приведены в табл. 1. В начале лета закладывающиеся в пазухах листьев почки имеют вид зеленой чешуйки и остаются в таком малозаметном состоянии в течение лета. В наших опытах, начиная с первой половины июня, через каждые две недели у трех-четырех моло­ дых деревьев вышеназванных видов, не повреждая пазушных почек, отрывались полностью листья и отмечалась дата распу­ скания этих почек. В естественных условиях они распустились бы весной следующего года. Если же удалить листву, то почки распускаются в год их заложения. Наблюдается это в течение сравнительно непродолжительного времени, от конца эмбрио­ нального роста почек до середины лета, и находится в зависи­ мости от вида и возраста дерева. Если растения возрастно еще молодые или происходят из более южных районов, то им свой­ ственен длительный период роста побегов и, следовательно, тем более длительное время почки сохраняют способность к распу­ сканию после удаления листового аппарата. Распускание почек после удаления листового покрова находится, таким образом, в прямой зависимости от продолжительности роста побегов. Как только заканчивается рост побегов, то прекращается также и распускание почек. Нужно отметить, что распускаются не все заложившиеся почки, а только часть их. В результате удаления листьев образуется новый листовой покров, уступающий однако по мощности развития весеннему покрову. Количество распу­ стившихся почек уменьшается по мере того, чем позже произ­ водится удаление листьев, и, наконец, совершенно прекращает­ ся. Первыми распускаются почки на верхушке побега или близ­ лежащие к ней. Биологическая целесообразность способности растения к замене утраченного листового покрова новым оче­ видна. Имеют место случаи, когда весенний листовой покров дерева уничтожается поздними весенними заморозками или в результате массового поедания гусеницами. При отсутствии та ­ кой способности растение было бы поставлено в условия голо­ дания и в конечном итоге погибло бы. Надо отметить, что поч­ ки, спровоцированные к распусканию в первой половине лета, не содержат еще зачатков цветков или соцветий. Следовательно, заложение зимующих почек совершается рано. В год заложения зимующие почки для растения играют роль резервных органов. После непродолжительного эмбрио­ нального роста и дифференцировки они вступают в период по­ коя и, следовательно, уже в первой половине вегетационного пе­ 117 риода мы находим у древесных растений части, находящиеся в фазе начального покоя, который принято называть ф а з о й п р е д в а р и т е л ь н о г о п о к о я . Наличие листьев (возможно, наряду с другими причнами) заставляет только что образовав­ шиеся почки вступить в период покоя. Удалением листьев за ­ держивающий распускание почек фактор устраняется. Как уже отмечалось, распускание почек после удаления листового покрова может продолжаться до середины лета или. точнее, до конца июля — начала августа. С этого времени начинается и массовое отложение крахмала в запас в тканях, что мы склонны рассматривать также в качестве одной из воз­ можных причин прекращения роста побегов и.распускания по­ чек. Из других причин следует указать на ростовые вещества, изменения в деятельности ферментов, а также уменьшение длины дня. Наступает следующая фаза периода покоя ф а з а г л у б о к о г о п о к о я . В фазе глубокого покоя почки замыкаются темнобурыми чешуями и внешне их рост стано­ вится мало заметным. Вес сухого вещества почек остается такж е в течение некоторого времени стабильным. Однако про­ цессы внутренней дифференциации почек происходят особенно активно до тех пор, пока наступят устойчивые зимние морозы. Фаза глубокого покоя и период покоя в целом максимальной интенсивности достигают к началу листопада, т. е. в сентябре. Начиная с сентября мы были вынуждены изменить мето­ дику дальнейшего исследования периода покоя. Для продол­ жения опытов с подопытных деревьев срезали ветки с трехго­ дичным приростом и после этикетирования их ставили в банки с водой в теплой комнате или в лаборатории, где продолжали наблюдения за скоростью распускания почек. Воду в банках систематически меняли через два дня, и один раз в неделю обновляли поверхности срезов. Глубокая фаза покоя в опытах считалось законченной, когда почки на побегах распускались в течение 100— 150 дней от начала опыта.. Почки приобретали снова способность к рас­ пусканию с ноября, а у клена остролистного — с декабря. Таким образом, по данным наших опытов и многих других исследователей (Нестеров, 1956, 1951; Быльда, 1952; Гужев, 1957), фаза глубокого покоя не приходится на самый холодный период года. Основная биологическая роль ее заключается в том, чтобы предохранять почки от распускания в предзимний период, когда для этого имеются еще благоприятные внешние условия. К концу вегетационного периода сдерживающее влия­ ние листьев на распускание почек уменьшается и с началом листопада полностью прекращается. Как только наступает ус­ тойчивая зимняя погода, то отпадает необходимость во «внут­ реннем тормозе» роста и почки начинают постепенно восста­ навливать способность к распусканию. В естественных усло- 118 виях однако прорастания почек не происходит из-за отсутствия необходимых условий. Следует отметить, что искусственно пре­ рвать фазу глубокого покоя у древесных пород обычно не уда­ ется. Все известные практические приемы прерывания покоя оказываются эффективными, если их использовать на расте­ ниях, завершивших фазу глубокого покоя, т. е. применять с ноября или с декабря месяца. Таким образом, прохождение фазы глубокого покоя связано с наступлением устойчивой зим­ ней погоды, что указывает на ведущее значение пониженных температур в прохождении этой фазы. Дополнительные опыты, проведенные автором в 1957/58 гг. (Перк, 1960), показали, что не подвергавшиеся воздействию пониженных температур рас­ тения не могут своевременно закончить фазу глубокого покоя и остаются в безлиственном состоянии в течение всего после­ дующего лета. Известно, что с понижением температуры усили­ ваются процессы превращения запасных веществ. Крахмал пе­ реходит в сахар или в масло. Так как фаза глубокого покоя начинается и заканчивается задолго до наступления зимних неблагоприятных условий, то ее нельзя непосредственно свя­ зывать с повышенной морозоустойчивостью растений. Следует считать несостоятельными и те выводы, согласно которым мо­ розоустойчивым растениям обязательно должна быть свойст­ венна продолжительная фаза глубокого покоя. В действитель­ ности же у типичных северных древесных пород, как правило, фаза глубокого покоя обычно менее продолжительна, чем у растений из более южных районов. Объясняется это тем, что в южных районах переход от лета к зиме более постепенный и, следовательно, необходима более продолжительная фаза глу­ бокого покоя для сдерживания почек от преждевременного про­ растания. В северных районах осень короткая и необходимость в продолжительной фазе глубокого покоя у растений здесь от­ падает. Связь между степенью морозоустойчивости и периодом покоя растений, несомненно, существует. Осенью при низких температурах происходит закалка растений и превращение з а ­ пасных веществ в защитные. У северных пород с относительно непродолжительной фазой глубокого покоя превращения запас­ ных веществ в защитные совершаются быстрее и они происхо­ дят глубже, чем у южных пород. По-видимому, этим и можно объяснить высокую морозоустойчивость северных древесных по­ род. Как уже отмечалось, почки начинают снова распускаться с ноября или с декабря, а у березы бородавчатой даже с ок­ тября. Наступает третья фаза периода покоя, которую по пред­ ложению Перетолчина (1904) называем ф а з о й п о с л е д у ю ­ щ е г о или п о с л е п о к о я . Характеризуется она тем, что на этой фазе распускание почек ставится все в большую зависи­ мость от внешних условий. Растения постепенно освобождаются 119 от внутреннего тормоза роста, причем этот процесс совершается не плавно, и в январе, например, отмечается даже частичный возврат фазы глубокого покоя. В этой фазе первыми трогаются в рост также верхушечные и содержащие зачатки цветков или соцветий почки. Цветки и соцветия к этому времени оказыва­ ются значительно оформленными и дифференцированными, что могло произойти во время предшествующей фазы периода по­ коя. Почки, распускающиеся первыми после глубокой фазы по­ коя, обычно через некоторое время погибают. По-видимому, не все ткани способны в одинаковой мере после фазы глубокого покоя сразу приступить к активной жизнедеятельности. Прора­ стающие почки останутся без достаточного притока к ним из других тканей питательных веществ и воды и отмирают. Не­ смотря на то, что по мере прохождения фазы последующего покоя число дней, необходимое для распускания первых по­ чек, будет неуклонно уменьшаться, количество распустив­ шихся почек может значительно колебаться. На фазу после покоя приходятся самые неблагоприятные условия года. Содер­ жание крахмала в тканях растений достигает минимума, а со­ держание защитных веществ — максимума. Древесные расте­ ния достигают максимальной морозоустойчивости. В природ­ ных условиях в почках с января начинаются очень слабые ро­ стовые процессы (зимний рост), которые постепенно все уси­ ливаются. Особенно заметно это в мягкие зимы у ряда видов (ильм, черемуха и др.) и, в первую очередь, у генеративных почек. Искусственное прерывание покоя в фазе после покоя пу­ тем теплых ванн, эфиризации и других приемов уже не пред­ ставляет затруднения, и в это время указанные приемы с целью ранней выгонки растений находят применение. Неустойчивое распускание почек длится, в зависимости от вида, до начала февраля, а у некоторых видов до марта меся­ ца. Фазой после покоя заканчивается период о р г а н и ч е ­ с к о г о п о к о я . Эти три фазы периода покоя необходимы в цикле развития многолетних растений и, не проделав хотя бы одну из них, растения не могут перейти в следующую фазу. Ор­ ганический покой обусловливается главным образом внутрен­ ними причинами, которые остаются пока еще слабо изучен­ ными. С марта месяца у всех древесных пород почки готовы к рас­ пусканию, но этому препятствуют еще продолжающиеся небла­ гоприятные внешние условия. Распускание почек зависит теперь главным образом от внешних условий. Отзывчивость растений на внешние воздействия возрастает, а поэтому весенние морозы и резкие колебания температуры особенно опасны. Период по­ коя завершается ф а з о й в ы н у ж д е н н о г о п о к о я и естест­ венным распусканием почек весной. Распусканием почек начи­ нается новый вегетационный период и закладываются новые зи­ 1 2 0 мующие почки. Создаются условия и предпосылки для нового цикла развития. Схематически этот процесс изображен на рис. 1. Таким образом, под периодом покоя следует понимать пре­ обладающую часть годичного цикла развития почек у древес­ ных растений, обусловленного комплексом внутренних и внеш­ них факторов, значительная часть которого протекает парал­ лельно с периодом вегетации. Изучение цикла развития почек древесных пород обогащает наши знания о биологии многолетних растений и дает возмож- { 1. Схема годичного цикла развития почек. ность максимальнее удовлетворять их требования в необходи­ мых условиях. Для садоводческой и лесоводческой практики необходимо знать, в какое время года плодовые и другие древесные породы находятся в периоде покоя, так как в это время можно применить соответствующие агроприемы и другие воздействия на растений в целях ускорения процессов вызре­ вания побегов и закалки к неблагоприятным внешним усло­ виям без опасения пробудить их к росту в нежелательное вре­ мя. Вся агротехника древесных пород должна быть направлена на то, чтобы растения своевременно закончили свой вегетатив­ ный рост и приступили бы к накоплению запасных веществ, необходимых для успешной перезимовки. Умение управлять 121 ритмом роста растений является также первостепенной задачей при осуществлении успешной акклиматизации древесных пород. При акклиматизации необходимо уметь изменять годичный цикл развития в соответствии с ритмом изменения климатических условий в новых условиях обитания. Таким образом, знания о годичном цикле развития древесных пород могут оказать не­ оценимую услугу садоводам и селекционной работе. ЛИТЕРАТУРА Б ы л ь д а А. 3 . О годичном цикле развития у плодовы х растений. Природа, № 2, 1952. Г у ж е в Ю. Л . И зучение периода покоя у плодовых растении. Ж урн. об ­ щей биол., т. X V III, № 4, 1957. Н е с т е р о в Я. С. П ериод покоя у плодовы х культур. Докл. АН СССР, т. 108, № 4, 1956. Н е с т е р о в Я. С. П ериод покоя и зимостойкость плодовых культур. Докл. АН СССР, т. 117,. № 3, 1957. П е р е т о л ч и н К. И зменение запасных веществ наших деревьев в период зимнего покоя. И звест. Импер. лесного ин-та, вып. 11, 1904. П е р к А. О причинах вступления почек древесны х пород в состояние покоя. Ученые записки Тартуского гос. ун-та. Труды по ботанике III. Труды по физиологии растений, вып. 82, 1960. В Л И Я Н И Е З А М О Р А Ж И В А Н И Я НА П Р Е В Р А Щ Е Н И Я Л И Г Н И Н А И ЕГО П Р Е Д Ш Е С Т В Е Н Н И К О В В О Д Н О ­ Л Е Т Н И Х ПОБ Е Г АХ Я Б Л О Н И X. Мийдла, Т. Вардья Тартуский госунивереитет В нашей ранее опубликованной работе (Мийдла и Вардья, 1964) указывалось, что температура воздуха оказывает влия­ ние на содержание лигнина у однолетних побегов яблони. Мы констатировали, что у культивированных в течение всего года при различных температурных режимах (в неотапливаемых и отапливаемых теплицах) яблонь отмечается различное содер­ жание лигнина, причем последний показатель оказывается бо­ лее высоким у яблонь, выдержанных при низких температурах. При этом отмечалось также, что содержание лигнина у немо­ розоустойчивого сорта яблони было ниже, чем у морозоустой­ чивого. Из вышеприведенного видно, что лигнин в растениях нельзя характеризовать только как неизменяющееся вещество, откла­ дывающееся в стенках клеток для придания им опоры и опре­ деленной формы, но его следует рассматривать также в каче­ стве высокомолекулярного вещества, образующегося в резуль­ тате сложных биохимических процессов, содержание которого 1 2 2 продолжает повышаться также в зимние месяцы в связи с по­ нижением температуры воздуха. В связи с этим представляло значительный интерес просле­ дить более детально динамику содержания лигнина и его пред­ шественников в однолетних побегах яблони. Благодаря нали­ чию последних и происходит биосинтез лигнина, и, следователь­ но, по данным количественного и качественного изменения со­ става предшественников лигнина можно судить о его содержа­ нии у древесных растений. В настоящее время предполагают, что синтез лигнина в ра­ стениях совершается по следующей схеме (Никитин, 1961): глюкоза I седогептулоза I хинная кислота I шикимовая кислота I префеновая кислота 4 фенилпировиноградная кислота I 4 р-оксифенилпировиноградная фенилаланин кислота 4 4 4 промежутчные тирозин ароматические мета- кислоты ксилированные кислоты первичные структурные единицы лиг­ нина (конифериловый, синаииновый и р-океикоричный спирты). Из предшественников лигнина большой интерес представ­ ляют хинная и шикимовая кислоты, которые являются проме­ жуточными продуктами между углеводами и ароматическими предшественниками лигнина. По своей структуре указанные две кислоты очень сходны, друг с другом. 123 соон ноч / соон с С НС сн< Н 2С / Ч | С Н 2 Н О Н С !х / снон НОНС ч Jснон СНОН снон шикимовая кислота хинная кислота Хинная кислота была впервые выделена Кизелем в 1886 году из японского аниса (Il l icum rel ig iosum ) , а шикимовая — Эйкманом из молодых побегов ели (Манская и Кодина, 1958). Позднее эти кислоты были найдены и во многих других расте­ ниях. Например, шикимовая кислота была выделена из моло­ дых растений садового боба мунго (Phaseolus mango) (Ishikawa и др., 1957), из древесины и камбия эвкалиптов (Hills и др., 1958), листьев табака (Nagasawa, 1958) и листьев чайного ку­ ста (Запрометов и Силина, 1960). Шикимовая и хинная кис­ лоты были выделены также из ягод крыжовника и черной смо­ родины (Whiting, 1958), побегов ели (Манская и Кодина, 1958) и некоторых видов растений семейства Anacardaceae (Plouvier, 1960). Никитин (1961) указывает, что хинная кислота находится в генетической связи с глюкозой. Хинная кислота превращается далее под влиянием ферментов в шикимовую кислоту. Девис (1955) и многие другие авторы указывают, что хин­ ная кислота является только побочным продуктом при биосин­ тезе ароматических соединений, а метаболически имеет зна­ чение дегидрохинная кислота. Балинский и Девис (1962) указывают, что дегидрохинная кислота под действием фермента дегидрохиназы (I) превра­ щается в дегидрошикимовую кислоту. Последнюю фермент ре- дуктаза (II) дегидрошикимовой кислоты в присутствии трифос- форпиридиннуклеотида (ТПН) переводит в шикимовую кис­ лоту: НО. Х О О Н СООН / \ -Н20 ; (I) ТПН; Н+; (II) --------------------> О ОН о он он ОН дегидрохинная кислота дегидрош икимовая кислота 124 соон ОН шикимовая кислота В опытах с инфильтрацией меченой по углероду (С14) хин­ ной кислоты в листья розы обнаруживали радиоактивную ши­ кимовую кислоту (Weinstein и др., 1959а, 19596). Шуберт и Норд (1957), проводя опыты с сахарной свеклой, нашли, что шикимовая кислота является предшественником со­ ставной ароматической части лигнина. Хазегава и Хигучи (I960), применяя радиоактивный угле­ род, наблюдали в древесине эвкалиптов возникновение шики- мовой кислоты из глюкозы и дальнейшее ее превращение в лиг­ нин. Мак Калла и Нейш (1959) подобным же методом пока­ зали, что шикимовая кислота является предшественникогл двух ароматических предшественников лигнина — тирозина и фенил­ аланина. Плувиэ (1961), Вейнштейн и др. (1962) в своих работах указывают, что хинная кислота, являясь предшественником шикимовой кислоты, почти полностью исчезает из опадающих листьев Ginkgo biloba. В то же время в них увеличивается со­ держание шикимовой кислоты, причем значительная ее часть теряется при опадении листьев. Учитывая вышеприведенное, на кафедре физиологии и био­ химии растений Тартуского государственного университета про­ водились специальные опыты по замораживанию однолетних побегов яблони с целью выяснения влияния низкой темпера­ туры на содержание и метаболизм лигнина, а также его алифа­ тических и ароматических предшественников. М атериалом для наших опытов служили однолетние побеги 15-летней яблони сорта ’Антоновка’. Срезанные олиственные побеги выдерживались в холодильном ш кафу при температуре — 15° С в течение 7 суток (при мень­ шей продолжительности изменения в содерж ании изучаемых веществ не улавливаю тся). После промораживания побеги фиксировались в автоклаве. Затем от­ деляли кору, почки и древесину, которые после высушивания в термостате при температуре 105°С размельчались. Д л я определения лигнина бралась навеска 1 г (достаточно д а ж е 0,5 г), а для определения шикимовой и хин­ ной кислоты — 4 г абсолютно сухого вещества. Сернокислотный лигнин определялся путем центрифугирования по весу. Хинная и шикимовая кислоты определялись по методике Крейцберга (1961), причем осаж дения пигментов водой не проводилось, так как со дер ­ ж ание их в древесине и коре незначительно. Пигменты отделяю тся в основ­ ном у ж е при экстрагировании раствором бензола-хлороф орм а, и при после­ дую щ ем обесцвечивании этанолового экстракта активированным углем они полностью удаляю тся. Д ля определения ароматических соединений использовалась методика Бардинской (1951 и Хенке (1962). Из таблицы 1 видно, что относительное содержание лигнина в коре значительно выше, чем в древесине. Под влиянием за­ мораживания побегов содержание лигнина повышается как в коре, так и в древесине. Таким образом, результаты опыта с замораживанием побегов подтверждают полученные в суровую зиму 1962 года в природных условиях данные (Мийдла и Вардья, 1964) относительно повышения содержания лигнина под влиянием пониженных температур. На повышение содер­ жания лигнина под влиянием низких температур указывают также Уайс (1944) и Ряднова (1957). Таблица 1 Содержание лигнина в однолетних побегах яблони (в % на абсолютно сухой вес) Контроль Подвергнутые замораживанию М есяц побеги древесина кора древесина кора август 18,41 21,50 сентябрь 19,62 30,0 20,82 31,24 октябрь 21,82 30,36 24,81 31,12 ноябрь 22,64 31,80 23,30 32,10 При замораживании содержание хинной и шикимовой кис­ лоты в коре и древесине уменьшается или эти кислоты совсем исчезают (табл. 2). В листьях яблони содержание шикимовой кислоты при за­ мораживании повышается, однако содержание хинной кислоты остается без изменения. Такое поведение последней кислоты, очевидно, обусловлено ее незначительным содержанием, вслед­ ствие чего изменения ее содержания трудно поддаются учету. Таблица 2 Содержание хинной и шикимовой кислот в однолетних побегах яблони (мг/100 г абс. сух. вещества) Контроль Подвергнутые замораживанию побеги М есяц древесина кора листья древесина кора листья 1 хин. шик. хин. шик. хин. шик. хин. шик. хин. шик. хин. шик. сентябрь 4,58 6,84 8,54 8,30 — 2,61 следы 7,43 — 5,2 октябрь 6,70 4,80 2,83 следы ноябрь 4,75 4,75 = 4,23 4,23 126 На основании вышеизложенного можно утверждать, что з а ­ мораживание оказывает сильное влияние на содержание али­ фатических предшественников лигнина, способствуя образова­ нию ароматических соединений. Из свободных ароматических предшественников лигнина удалось идентифицировать в коре и древесине флоридзин и продукты распада его — флоретин и флоретиновую кислоту, а также кверцитрин. Данные количественного изменения их со­ держания при замораживании побегов в октябре представлены в таблице 3. Таблица 3 Изменения ароматических соединений в коре побегов, подвергнутых замораживанию в октябре (в мг на г сырого вещества) Ф лоридзин Кверцитрин Варианты древесина кора древесина кора Контроль (незам оро­ женные побеги) 6,88 . 30,97 1,63 Подвергнутые зам ор а­ живанию побеги 1,73 17,32 — 1,08 Как видно из табл. 3, содержание флоридзина в древесине и коре при замораживании значительно уменьшается. Флоретин и флоретиновая кислота образовались при замо­ раживании в коре, однако их содержание было слишком незна­ чительно для количественного определения. Из фенольных соединений в связанном виде в побегах иден­ тифицировали кофейную и протокатеховую кислоты. В их со­ держании улавливаемых изменений при замораживании не на­ блюдалось. Таким образом, можно предположить, что часть фенольных соединений, особенно находящихся в свободном состоянии, ис­ пользуется при понижении температуры для биосинтеза лиг­ нина. В Ы В О Д Ы 1. Низкие температуры оказывают влияние на лигнифика- цию клеточных стенок побегов яблони в положительном на­ правлении. 2. Под влиянием низких температур значительно снижается содержание свободных фенольных соединений (флоридзина), причем отмечается накопление продуктов их распада (флоре­ тин и флоретиновая кислота). 3. Низкие температуры снижают содержание хинной и ши­ кимовой кислоты в побегах. 127 ЛИТЕРАТУРА Б а р д и н с к а я М. С. К вопросу образования лигнина в растениях. Докл. АН СССР. т. 76, № 3, 435— 437, 1951. З а п р о м е т о в М. Н. и С и л и н а E. Н. Ш икимовая кислота в листьях чайного куста. Докл. АН СССР, 132, 304— 707, 1960. К р е й ц б е р г 3 . Н. И зучение образования и распределения хиннои и шики­ мовой кислот как предполагаемы х предш ественников ароматических соединений в растениях. Отчет Л абор . химии лигнина Института лесо- хим. проблем и химии древесины АН Л атв. ССР. Рукопись, 1961. М а н с к а я С. М. и К о д и н а Л . А. Хинная и шикимовая кислоты в расте­ ниях. Д окл. АН СССР, 123, 733— 736, 1958. М и й д л а X. и В а р д ь я Т. О динамике превращ ения лигнина в побегах яблони. Ученые записки ТГУ, вып. 151. Труды по физиологии и био­ химии растений I. Тарту, 1964. Н и к и т и н Н. И. Химия древесины и целлюлезы. И зд. АН СССР, М., 1961. Р я д н о в а И. М. О древеснение побегов плодовы х деревьев и их морозо­ устойчивость. Физиол. раст., т. 4, вып. 2, 1957. В а 1 i n s к у D. and D a v i e s D. D. A rom atic B iosy n th esis in H igher P lants IV. The distribution of D ehydroshikim ic R eductase and Dehydroquinase. J. of experim ental B otany, 13, Nr. 39, 414— 421, 1962. D a v i s B. D. B io sy n th esis of the arom atic am ino acids. Sym phosium on am ino acid m etabolism . Johns H opkins P ress. B altim ore, 799— 811, 1955. H a s e g a w a M. and H i g u c h i T. Form ation of lign in from g lucose in eu calyp tus tree. N ippon R ingakau K aishi, 42, 305— 308, 1960. H i l l s W. E. and Ann C a r l e . The polyphenole and shikim ic acid of eucalypt cam bium and w ood. H olzforsch un g, 12, 136— 141, 1958. I s h i k a w a H. , T a k a i c h i K-, K i t a g a w a S. and O k i T. L ignin and lign ifica tion . III. The form ation of lig n in in the youn g plant. Nippon N ogu-K agaku K aishi, 31, 375— 379, 1957. M e C a l l a D. R. and A. C. N e i s h. M etabolism of phenylpropanoid com ­ p ounds in Sa lv ia . B iosy n th esis of P h en y la lan in e and T yrosine. Can. J. B iochem . and P hysio l. 37, 531— 536, 1959. N a g a s a w a M. M icrocolorim etric m ethod for the determ ination of quinic acid and its content in flue-cured tobacco. Bull. A g Chem. Soc. Japan, 22, 205— 207, 1958. P l o u v i e r V. In v estig a tio n of quinic and shikm ic acids of som e Anacardi- aceae. Com pd. rend., 250, 1721— 1723, 1960. P l o u v i e r V. Sur les acides quinque et shikikique dans quelques groupes v eg eta u x . Bull. Soc. franc, physio l, v eg et., 7, nr. 1, 44— 46, 1961. S c u b e r t W. J., and N o r d F. F. M echan ism of lign ifica tion . Ind. Eng. Chem. 49, 1387, 1957. W e i n s t e i n L. H. , C l a r e к, P o r t e r H. and L a u r e n c o t H. J. E vi­ dence for the conversation of quinic acid to shikim ic acid in roses. Nature, 183, 326, 1959a. W e i n s t e i n L. H. , P o r t e r C. A. and L a u r e n c o t H. J. Q uinic acid as a precursor in arom atic b io sy n th esis in the rose. Contribs. B oyce Thom p­ son Inst. 20, 121— 134, 1959b. W e i n s t e i n L. H. , P o r t e r C. A. , L a u r e n c o t H. J. B iosyn th esis of uniform labeled shikm ic and quinic acids in leaves of Ginkgo biloba L. Contribs. B oyce T hom pson Inst., 21, nr. 7, 439— 445, 1962. W h i t i n g G. C. N o n vo la tile organic acids of som e berry fruits. J. Sei. Food. Agr., 9, 244— 248, 1958. W i s e L. E. W ood chem istry, N. Y., 652— 656, 1944. 128 С Е З О Н Н Ы Е И З М Е Н Е Н И Я С О Б С Т В Е Н Н О Й Ф Л У О Р Е С ­ Ц Е Н Ц И И Р А С Т И Т Е Л Ь Н Ы Х Т К А Н Е Й А. В. Брайон Киевский госуниверситет им. Т. Г. Ш евченко Способность хлорофилла к флуоресценции была открыта бо­ лее ста лет назад. Однако роль этого процесса в фотосинтети- ческих реакциях и энергетическом балансе растительного орга­ низма до конца не выяснена и до настоящего времени. В то же время необходимо отметить, что проявление флуо­ ресценции хлорофилла in vitro и даже in vivo листьев и водо­ рослей изучено довольно обстоятельно. В отношении же изуче­ ния хлорофилла и других пигментов, находящихся в феллодер- ме, коровой паренхиме, молодой древесине, почках, семенах и т. д., сделано еще очень мало, несмотря на явную значимость подобных исследований. О наличии хлорофиллоносных тканей в стеблях растений из­ вестно давно, но этот чрезвычайно интересный факт лишь в по­ следнее время начинают изучать. Так, Курсанов с сотр. (1952) указывает, что биологическое значение хлорофилла в стеблях состоит в ассимиляции СО 2 , поступающего через корни. Выде­ ляемый 'при этом кислород расходуется живыми элементами стебля в процессе их дыхания. Исследованию флуоресценции нативного хлорофилла или целого растения посвящены работы Дарчия (1956), Краснов- ского (1959), Бабенко и Власенко (1959), Кикнадзе (1960), -Красавцева (1962) и др. Флуоресценция хлорофилла — исключительно важный пока­ затель состояния растения, так как она находится в тесной связи с важнейшей функцией растения — фотосинтезом. К тому же, флуоресценция хлорофилла, пожалуй, единственный пока­ затель, который поддается учету одновременно с фотосинтезом. Работы по изучению фитохромных пигментов побегов расте­ ний (Любименко, 1916; Проценко и Полищук, 1948; Александ­ ров и Савченко, 1950; Казарян и Авуджян, 1955; Кецховели, 1958) показывают, что существует тесная взаимосвязь пигмен­ тов фотосинтетических органов, и, если можно так сказать, ор­ ганов нефотосинтетических. Но вполне возможно, что «глубин­ ный» хлорофилл может иметь свои особенности вследствие раз­ личий в световых условиях по сравнению с листовым хлорофил­ лом. Свойства его могут отличаться благодаря различиям в сопутствующих пигментах и веществах, в температурном ре­ жиме и т. д. Целью нашей работы и было выяснение некоторых особен­ ностей этого хлорофилла глубинных тканей и сезонных измене­ ний его способности к флуоресценции. Исследования нроводи- 9 Заказ № 4752 129 лись путем микроскопических наблюдений с последующим мик­ рофотографированием собственной флуоресценции свежих, иногда слабо увлажненных 0,1 М раствором глюкозы срезов в падающем сине-фиолетовом свете. Использовался люминесцент­ ный осветитель ОИ-18, возбуждающий светофильтр ФС-1, оку­ лярный светофильтр — ЖС-17. Как литературные данные, так и наши наблюдения позво­ ляют считать наблюдения флуоресценции при освещении пре­ парата сверху (в падающем свете) более точными и удобными, чем в проходящем свете. В этом случае мы лишаемся самопо- глощения света флуоресценции самим срезом; падающий свет дает возможность делать толстые срезы, тем самым они не так быстро подсыхают; при возбуждений сверху флуоресценция бо­ лее интенсивная и контрастная. Проводившиеся круглогодично наблюдения дали возмож­ ность все исследованные растения разбить по способности к флуоресценции на три группы. I г р у п п а . Хлорофиллоносные ткани побегов растений этой группы не обладают красной, типичной для хлорофилла флуо­ ресценцией. Вместо нее на протяжении всего года ткани имеют интенсивно желто-зеленую, синюю или зелено-голубую флуо­ ресценцию. Распределительной хроматографией на бумаге ус­ тановлено, что эта флуоресценция обусловливается наличием большого количества веществ типа флавоноидов и некоторых алкалоидов: эскулин, эскулетин, антрахиноны, производные флоридзина (у яблонь) и берберин. Обладая собственной яр­ кой флуоресценцией, эти вещества вызывают тушение флуорес­ ценции хлорофилла, так как по своим оптическим свойствам они выступают своеобразными конкурентами зеленых пигментов за сине-фиолетовый участок спектра и перехватывают свет, ко­ торый предназначался; для возбуждения хлорофилла. (В есте­ ственных условиях эти вещества обедняют приходящий к пла-. стидам свет сине-фиолетовыми лучами). Растений, у которых отсутствует флуоресценция хлорофиллоносных тканей, немного: из 170 исследованных видов дендрофлоры выявлено всего 16 видов, относящихся к родам барбариса (B erber is ) , конского каштана (A esc u lus ) , ясеня (Fraxinus ) , диервиллы (D ie rw i l la ) , жестра (Rhamnus) , бархата амурского (Ph el lodendron) , яблони (Malus) и некоторых других. Правда, у некоторых из этих растений — бархата амур­ ского (Phel lodendron amurense Rupr. ), яблони флорентийской (Malus florent ina C. K. Scheid.), в июне—августе некоторая часть клеток феллодермы имеет флуоресценцию хлорофилла. Молодые растущие побеги этой группы растений имеют флуо­ ресценцию хлорофилла, а также небольшое количество флуб- ресцирующих веществ. С началом одревеснения флуоресцен- 130 ция хлорофилла прекращается, параллельно с увеличением флуоресцирующих веществ. Интересно, что в паренхиме листьев этих растений почти нет флуоресцирующих веществ, находящихся в побегах, однако их можно обнаружить по яркой флуоресценции в крупных жил­ ках и черешках. Особенный интерес представляют растения двух следующих групп, так как именно у них четко проявляется сезонная из­ менчивость интенсивности флуоресценции хлорофилла. II г р у п п а . К этоц группе относятся (в случае наличия нескольких видов указан только род): бирючина (L ig u s t ru m ) , вишня (Cerasus), верба плакучая (Sal ix alba f. v i tel ina) , гле­ дичия (Gledi t sch ia ) , клены (Acer) , липы ( Til ia), платаны (Pla- tanus), сирени (S y r i n g a ), тополь туркестанский (Populus Bolleana Lauche), форзиция (F orsyth ia ) , шелковица (Morus), катальпа (Cata lpa) , принсепия (P r in sep ia ) , церцис канадский (Cercis canadensis L.) и др. (всего 58 видов). Сезонность флуоресценции хлорофилла у представителей этой группы растений проявляется в следующем: в летнее вре­ мя года их хлорофиллоносные ткани имеют интенсивно крас­ ную флуоресценцию, в холодное время года (декабрь—фев­ раль) красная флуоресценция отсутствует полностью. Увеличе­ ния количества сопутствующих веществ — тушителей не наблю­ дается, поэтому говорить о тушении флуоресценции хлорофилла повышенным количеством этих веществ нет оснований. Это под­ тверждается и тем фактом, что оттепели или отращивание сре­ занных побегов этих растений приводит к появлению флуорес­ ценции хлорофилла. Целесообразнее говорить здесь о переходе хлорофилла побегов этой группы растений под воздействием минусовых температур в какое-то особое состояние, сопровож­ дающееся прекращением флуоресценции, и только имитирова­ ние весенних условий или начало настоящей вегетации ведет к выходу хлорофилла из этого состояния и появлению у него флуоресценции. III г р у п п а . К этой группе растений относятся: айлант вы­ сочайший (Ai lantus a l t i ss ima Schwingle) , акантопанакс (Akani- hopanax sessi li florum Seem.), акация желтая (Caragana arbores- cens Zem.), бересклеты ( E v o n y m u s ) , боярышники (C ra lveg u s ) , бук восточный (Fagus orientalis Lipsky.), виноградовники (A mphe lopsis ) , виноград (Vit is ) , груши (Pyrus) , дубы (Quercus), жимолости (Lonicera) , инжир (Ficus carica L.), каштан съедоб­ ный (Castanea sa t iva Mill.), кизил (C o rn us ) , лох (E laeagn us ) , лимонник китайский (Schizandra chinensis Baill.), мушмула (Mespi lus germanica L.), магнолия Ленне (Magnol ia Lennei Jopf.), орехи (Juglans) , ольха (Ainus incana Moench) , омела (Viscum), пираканта (Piracantha sp.), плющ (H ed e ra ), спирея (Sp irea ), смородина (R ib es ), сумахи (Rhus) , шиповники и розы 9* 131 (Rosa) , экзохорда (Exochorda Alber ti Rgl), яблони культур­ ные, а также большинство диких, и др. (всего 96 видов). У этих растений на протяжении всего года наблю дается крас­ ная флуоресценция хлорофиллоносных тканей побегов. По с нас­ туплением устойчивых похолоданий (декабрь) интенсивность флуоресценции хлорофилла вновь значительно уменьшается. Ког­ да же минусовые температуры сохранялись длительное время, без резких суточных колебаний, что наблюдалось, в частности, зи­ мой 1962/63 года, у многих растений этой группы исчезла флуо­ ресценция хлорофилла. И чем дальше к весне продолжался мо­ розный период, тем у большего количества видов хлорофилл переставал флуоресцировать. Таким образом, интенсивность флуоресценции хлорофилла тканей побегов этой группы расте­ ний также подвержена сезонным изменениям. Следует отме­ тить, что у ряда растений этой группы в зимнее время ткани теневой части побегов имеют более яркую флуоресценцию хло­ рофилла, чем ткани сильнее освещаемой верхней части. Как уже отмечалось, у листьев теневая сторона также сильнее флуоресцирует. Исследуя анализируемые группы растений, можно сделать вывод, что именно у тех растений хлорофилл не переходит, или с трудом переходит в нефлуоресцирующее состояние, которые имеют меньший период органического покоя, а также у вечно­ зеленых травянистых и древесных растений (ем. III группу ра­ стений) . Кроме того, типично неморозостойкие в условиях Киева ра­ стения также идут на зиму, обладая флуоресценцией хлоро­ филла, хотя и меньшей интенсивности, чем летом. Одновременно у представителей II группы под воздействием минусовых температур прекращается флуоресценция хлоро­ филла, и неблагоприятные условия зимовки хлорофилл пере­ носит в нефлуоресцирующем состоянии. Как видно, в эту груп­ пу растений входит большинство местных пород, а также ак­ климатизированные растения. Исходя из результатов наших наблюдений, можно предполо­ жить, что переход хлорофилла тканей в нефлуоресцирующее или слабо флуоресцирующее состояние от воздействия минусо­ вых температур является приспособительным признаком. Вследствие каких же причин хлорофиллоносные ткани зи­ мующих побегов с наступлением холодов прекращают или силь­ но уменьшают флуоресценцию? Возможно, определенную роль в этих процессах играют з а ­ щитные вещества типа липоидов, но вполне вероятно, что в дан­ ном случае изменения интенсивности флуоресценции могут быть связаны с энергетическим балансом хлорофиллоносных и окружающих их тканей. Можно предположить, что в зимнее время происходит тон- 132 кая перестройка пластидного аппарата хлорофиллоносных тк а­ ней, направленная на обеспечение растения успешной перези­ мовкой, что и проявляется в наблюдаемом ослаблении и дажех прекращении флуоресценции хлорофилла зеленых тканей побе­ гов растений. ЛИТЕРАТУРА А л е к с а н д р о в В. Г., С а в ч е н к о М. И. О хлоропластах коры деревьев зимой. М орфология и анатомия растений (Труды Ботанического ин-fa им. В. J1. К ом арова), сер. V II, 1950. Б а б е н к о В. И. , В л а с е н к о И. А. Явление флуоресценции некоторых вечнозеленых растений. Научные записки О ГП И , кафедр физики, м а­ тематики и естествознания, т. 24, в. I, 1959. Д а р ч и я Ш. П. Ф луоресценция растений при облучении светом разной длины волны. М., 1956. К а з а р я н В. О. , А в у н д ж я н Э. С. О перемещении хлорофилла в расте­ ниях. Докл. АН СССР, т. 101, № 1, 1955. К е ц х о в е л и Э. Н. Пластидные фитохромы коры и древесины. А втореф е­ рат канд. диссертации, 1958. К и к н а д з е Г. С. Ф луоресцентно-микроскопическое исследование хлорофил­ ла в листьях Campanula persicifolia L. при различных повреж даю щ их воздействиях. Цитология, т. 2, № 2, 1960. К р а с а в ц е в О. А. Ф луоресценция клеток древесны х растений в зам ерз­ шем состоянии. Физиология растений, т. 9, в. 3, 1962. К р а с н о в с к ий А. А. Люминесценция хлорофилла и фотосинтез. Биофи­ зика, т. IV, в. I, 1959. К у р с а н о в А. Л. , К р ю к о в а H. H. , В а р т а п е т я н Б. Б. Д виж ение по растению углекислоты, поступающей через корни. Д окл. АН СССР, т. 85, № 4, 1952. Л ю б и м е н к о В. Н. О превращениях пигментов пластид в живой ткани листа. Записки Императорской АН, т. 33, № 12, 1916. П р о ц е н к о Д. Ф. , П о л и щ у к Л . К. О физиологических и биохимиче­ ских особенностях морозостойкости плодовы х культур. И зд. КГУ, 1948. В Ы Ц В Е Т А Н И Е Р А С Т В О Р О В П И Г М Е Н Т О В Р А З Л И Ч Н Ы Х ПО М О Р О З О С Т О Й К О С Т И С ОР Т ОВ ГРУШИ Е. И. Шнюкова Киевский госуниверситет им. Т. Г. Шевченко Задача овладения природой растений требует всестороннего изучения влияния окружающей среды на их жизнедеятельность. Поэтому интересно было установить действие внешних факто­ ров на стойкость растворов растительных пигментов. Среди этих факторов, в первую очередь, мы остановились на выясне­ нии влияния света на исследуемые пигменты. Известно, что первые наблюдения, проведенные над спирто­ выми растворами хлорофилла, показали, что они несветоустой­ чивы. При действии света на хлорофилл происходит выцвета­ ние пигмента — процесс, связанный с целым рядом сложных превращений. 133 Исследованиями ряда ученых (Сидорин, 1942; Ивановским, 1950; Красновский и др., 1951) установлено, что выцветание вызывается фотоокислением, хотя, как указывает Е. Рабино­ вич (1951), возможна и фоторедукция в легко окисляемых растворителях или в присутствии окисляемых примесей. Названные работы затрагивали вопросы влияния света на зеленый пигмент — хлорофилл. Но в пластидах растений по­ стоянными спутниками хлорофилла являются желтые пигмен­ ты. Однако роль этих важнейших компонентов пигментной си­ стемы во многом неясна, и поэтому их функция в пластиде трактуется по-разному. Известно, что свет, поглощаемый каро- тиноидами, может использоваться для фотосинтеза. Притом наиболее вероятно, что энергия квантов света, поглощаемых каротиноидами, передается хлорофиллу «а», непосредственно участвующему в процессе фотосинтеза. Кроме того, кароти- ноиды могут принимать участие в реакциях переноса кислорода в процессе фотосинтеза (Сапожников и др., 1957). В настоящей работе поставлена задача исследовать стой­ кость ацетоновых растворов хлорофиллов «а» и «в», каротина и ксантофилла различных по морозостойкости сортов груши к освещению. Прежде всего необходимо было выяснить зависимость вы­ цветания пигментов от экспозиции растворов на свету и исход­ ной концентрации пигмента. С этой целью получили ацетоно­ вые растворы хлорофиллов «а» и «в», каротина и ксантофилла, разделенных методом хроматографии на бумаге (Судына, 1959). Высвечивание производилось между двумя вертикальными стенками люминесцентных ламп ДС-30, спектр которых весьма близок к спектру естественного солнечного света. Освещенность измерялась объективным люксметром, затем единицы освещен­ ности переводились в единицы интенсивности физиологической радиации по таблице А. Ф. Клешнина (1954). Освещенность каждой стенки люминесцентных ламп на расстоянии 15 см со­ ставляла 10 000 люксов, что соответствует 40 300 эрг/см2сек. Пробирки одного диаметра заполнялись растворами пигмен­ тов всегда одного объема (10 мл) , плотно закрывались пробка­ ми и подвергались освещению. Контрольные растворы сохраня­ лись в темноте при тех же условиях. Количество пигментов определялось на фотоэлектроколори­ метре ФЭК-М и на спектрофотометре СФ-4. Спектры поглоще­ ния растворов снимались на спектрофотометрах СФ-2 и СФ-4. Результаты, полученные при выцветании зеленых пигментов различных исходных концентраций, приведены в таблице 1, из которой видно, что количественные изменения содержания хло­ рофилла после освещения варьируют в зависимости от исход­ ной концентрации раствора. Здесь проявляется прямая зависи­ мость между содержанием как хлорофилла «а», так и хлоро- 134 Т а б л и ц а 1 Выцветание растворов хлорофилла «а» и «в» различных исходных концентраций С одерж ание С одерж ание хлорофилла «а» Количе­ хлорофилла «в» Количе­ Экспо­ зиция О бъем в растворе (мг) ство р а з­ в растворе (мг) ство р а з­ раствора руш енно­ руш енно­ на свету (мл) го хлоро­ го хл ор о­ (мин.) до осве­ после филла «а» до осве­ после филла «в» щения освещ е­ (мг) щения освещ е­ (мг)ния ния 60 10 0,157 0,073 0,084 0,116 0,046 0,070 м 0,140 0,064 0,076 0,094 0,036 0,058 *» 0,112 0,050 0,062 0,072 0,026 0,046 0,101 0,039 0,062 0,057 0,021 0,036 tl 0,073 0,022 0,051 0,046 0,015 0,031 ♦ » »> 0 ,0 6 0 : 0,013 0,047 0,033 0,012 0,021 •> — — — 0,028 0,010 0,018 филла «в» до освещения и количеством разрушенного хлоро­ филла на свету: чем большей была исходная концентрация пиг­ ментов, тем больше их разрушилось за одинаковый промежу­ ток времени. Наблюдаемая нами пропорциональная зависи- Т а б л и ц а 2 Выцветание ацетоновых растворов хлорофилла «а» и «в» при различных экспозициях на свету С одерж ание С одерж ание хлорофилла «а» Количе­ хлорофилла «в» К оличе­ Экспо­ зиция на О бъем в растворе (мг) ство р а з­ в растворе (мг) ство р а з­ раство­ руш енно­ руш енно­свету ра (мл) го хл оро­ го хлоро­(мин.) д о осве­ после филла «а» освещ е­ до осве­ после филла «в» щения (мг) щения освещ е­ (мг)ния ния Контроль 10 0,211 0,221 — 0,185 0,185 — (в темноте) 10 0,194 0,027 0,155 0,030 20 0,169 0,052 »» 0,109 0,076 30 »» 0,142 0,079 1» 0,068 0,117 40 »» 0,116 0,105 0,061 0,124 50 tt 0,100 0,121 >> 0,050 0,135 60 м »» 0,073 0,148 »> 0,042 0,143 . 70 9* 0,053 0,168 tt 0,033 0,152 80 0,045 0,176 tt 0,026 0,159 90 ♦ » 0,035 0,186 tj 0,021 0,164 100 1» 0,033 0,188 tt 0,018 0,167 110 » tt 0,030 0,191 tt 0,017 0,168 135 мость между поглощением света и концентрацией светопогло­ щающего вещества может быть объяснена с точки зрения су­ ществующего в фотохимии закона Бугера-Ламберта-Бэра, со­ гласно которому поглощение света пропорционально числу по­ глощающих свет атомов или молекул. плотность Рис. Г. Спектры поглощения освещ енных растворов хлорофилла «а» в ацетоне. 1 — контроль (без освещ ения); 2 — экспозиция на свету 1 час; 3 — „ „ 2 часа; 4 — „ „ 3 часа. Аналогичная картина наблюдалась при выцветании раство­ ров каротина и ксантофилла различных исходных концентра­ ций. Изучение влияния экспозиции освещения на процесс выцве­ тания пигментов проводилось с растворами одинаковых кон­ центраций. Результаты опытов с растворами хлорофилла «а» и «в» приведены в табл. 2. Как видно, с увеличением экспозиции количество пигментов продолжает уменьшаться. Притом, на начальных этапах этот процесс идет значительно интенсивнее, чем на конечных. Это, очевидно, можно объяснить тем, что вследствие квантовой при­ роды света значительная часть поглощающих центров (моле- 136 кул) при достаточно большой энергии света оказывается в воз­ бужденном состоянии, и поглощение света постепенно умень­ шается. Помимо фотометрирования в монохроматическом свете, про­ цесс выцветания изучался повторными определениями по всей ПЛОТНОСТЬ Рис. 2. Спектры поглощения освещ енных растворов хлорофилла «в» в ацетоне. 1 — контроль (без освещ ения); 2 — экспозиция на свету 1 час; 3 — „ „ 2 часа; 4 — „ , , 3 часа. кривой поглощения. Спектры поглощения освещенных ацетоно­ вых растворов хлорофилла «а», снятые через определенные промежутки времени (рис. 1), говорят о количественном умень­ шении хлорофилла в растворах с увеличением экспозиции. Красная полоса через несколько часов освещения почти пол­ ностью исчезает. Более устойчивой оказалась фиолетовая часть, что, по мнению Е. Рабиновича (1951), говорит о сохранении на первых этапах фоторазложения хлорофилла его порфинной структуры. Кроме того, в освещенных экстрактах наблюдалось увеличение поглощения зеленых лучей (область 490—560 ммк). Об этом же говорят результаты работ Фергюсона и Вебба (1941, цит. по Рабиновичу, 1951). 137 При выцветании хлорофилла «в» (рис. 2) наблюдалась та же картина. Однако в наших опытах освещенные растворы хло­ рофилла «в» приобретали розовую окраску. Появление проме­ жуточных продуктов розового цвета с оранжевой флуоресцен­ цией отмечали в своих опытах также Аронов и Маккинней (1943) и И. А. Кухтевич (1959). Спектры поглощения освещенных растворов каротина (рис. 3) и ксантофилла (рис. 4) говорят о количественном уменьшении плотность Рис. 3. Спектры поглощения освещ енных растворов каротина в ацетоне, 1 — контроль (без освещ ения); 2 — экспозиция на свету 1 час; 3 — „ „ 1,5 часа; 4 — „ „ 2 часа. этих пигментов при увеличении экспозиции на свету. Кроме того, наблюдались незначительные сдвиги максимумов погло­ щения в коротковолновую сторону. Наши данные о выцветании желтых пигментов подтверждают исследования Пепковица (1943), наблюдавшего разрушение ацетоновых растворов каро­ тина при действии света. Природа фотохимического взаимодействия между хлорофил­ лом и каротином изучена еще недостаточно. В. Н. Любименко (1916) в результате ряда опытов пришел к выводу, что в растворах хлорофилла, молекулярных и кол­ лоидно-водных, желтые пигменты выцветают на свету быстрее, чем хлорофилл. Зауэр и Кальвин (1962) также считают, что выцветанию хлорофиллов предшествует выцветание кароти- ноидов. 138 При выцветании ацетоновых растворов каротина и ксанто­ филла одинаковых исходных концентраций более стойким в на­ ших опытах оказался каротин. Исследуя влияние примесей каротина и ксантофилла на скорость процесса выцветания растворов зеленых пигментов, нам удалось показать, что желтые пигменты тормозят разру­ шение хлорофилла на свету, причем более действенным ока­ зался каротин. Эффект действия каротина и ксантофилла воз- П Л О Т Н О С Т б Рис. 4. Спектры поглощения освещ енных растворов ксантофилла в ацетоне. 1 — контроль (без освещ ения); 2 — экспозиция на свету 1 час; 3 — „ „ 1 , 5 часа; 4 — „ „ 2 часа. растал с увеличением их количества: так, при объемном отно­ шении хлорофиллов «а» и «в» к каротину и ксантофиллу, рав­ ном 10:1, тормозящее влияние желтых пигментов не проявля­ лось, при отношении 10 :4 оно увеличивалось и было значитель­ ным при отношении 10:6. Исходные концентрации были сле­ дующие: хлорофилла « а » — 0,327 • 10-1 мг/мл; хлорофилла «в» — 0,187- 10-1 мг/мл; каротина — 0,356- 10^2 мг/мл; ксантофилла — 0,354 -10-2 мг/мл. Существенное замедление реакции окисления хлорофилла в присутствии каротина, реагирующего, по-видимо­ му, с фотовосстановленными формами пигмента, отмечали Аро­ нов и Маккинней (1943), А. А. Красновский и др. (1960), изу­ чавшие влияние каротина на фотоокисление хлорофилла в аце­ тоновых растворах в присутствии кислорода. На протяжении вегетации нами было исследовано влияние освещения на стойкость растворов пигментов, извлеченных из листьев различных по морозостойкости сортов груши. Из иссле- дуемых сортов морозостойкими в условиях Киева являются ’Ильинка’ и ’Александровна’; неморозостойкими — ’Кюре’ и ’Бере Арданпон’. Условия опытов всегда были одинаковые: из навески в 1 г пигменты экстрагировались 100 мл ацетона; по 10 мл раствора пигментов бралось на выцветание. Как показы­ вают полученные результаты (табл. 3), стойкость ацетоновых растворов пигментов меняется за время вегетации: уменьшается к середине вегетации и затем снова повышается. Притом, коли­ чество разрушенного хлорофилла зависит от его содержания Т а б л и ц а 3 Выцветание ацетоновых растворов пигментов листьев различных по морозостойкости сортов груши на протяжении вегетации С одерж ание С о д ер ж а ­ хлорофилла ние хл о ­ Количе­в растворе рофилла ство раз­(мг в 10 мл) руш енно­ Сорт (мг на 1 г сы ро­ го хлоро­ 03 го вещ е­ до осве­ после о с ­ филла СНО ства) щения вещения (мг) _______ Ильинка 1,600 0,160 0,098 0,062 Александровка О£//Л V7 11 ип 1,740 0,174 0,112 0,062Бере Арданпон 1,570 0,157 0,103 0,054 Кюре 1,490 0,149 0,092 0,057 Ильинка 2,770 0,277 0,181 0,096 Александровка 11 оо //V\ 7 3,940 0,394 0,274 0,120Бере Арданпон ” 3,080 0,308 0,209 0,099 Кюре 1,910 0,191 0,127 0,064 Ильинка 3,290 0,329 0,230 0,099 Александровка I1 ÄО// VT 1 6,130 0,613 0,360 0,253Бере Арданпон ” 3,350 0,335 0,233 0,102 Кюре 3,730 0,373 0,263 0,110 Ильинка ' 4,030 0,403 0,300 0,103Александровка 7,990 0,799 0,566 0,243 Бере Арданпон 24/VI ” 2,220 0,222 0,149 0,073 Кюр*> 2,240 0,224 0,152 0,072 Ильинка 5,540 0,554 0,320 0,234 Александровка 1 7 /Л/ I 1 5,180 0,518 0,320 0,198 Бере Арданпон 1 / / V 11 ” 3,900 0,390 0,237 0,153 Кюре 4,800 0,480 0.316 0,164 Ильинка 6,860 0,686 0,418 0,268 Александровка 94/VIIII 5,930 0,593 0,346 0,247Бере Арданпон ” 4,900 0,490 0,317 0,173 Кюре 4,940 0,494 0,314 0,180 Ильинка 4,250 0,425 0,310 0,115 Александровка j9lf\jij/ Vv iIIi i1 4,320 0,432 0,311 0,121Бере Арданпон )? 3,200 0,320 0,223 0,097 Кюре 3,370 0,337 0,235 0,102 140 Объем раство­ ра (мл) в растении. Так, вытяжки из листьев груши, отличающихся по­ вышенным содержанием хлорофилла, за одинаковый промежу­ ток времени освещения теряют больше хлорофилла, нежели вы­ тяжки из листьев с более низким содержанием зеленых пиг­ ментов. Эти данные согласуются с описанными выше результатами опытов о пропорциональной зависимости между количеством разрушенного в процессе выцветания хлорофилла и других пиг­ ментов и их исходной концентрацией. На различную устойчивость спиртовых и ацетоновых раство­ ров хлорофилла к ультрафиолетовому свету на протяжении ве­ гетации указывает М. Н. Чрелашвили (1962). По данным авто­ ра, стойкость пигментных растворов меняется с возрастом ли ­ ста: она меньше в молодых листьях, т. е. в весенние и летние месяцы, по сравнению с осенне-зимними. С точки зрения морозостойкости исследованных сортов на первых этапах вегетации не удалось установить какой-либо^ з а ­ кономерности. В середине же и к концу вегетации, в период формирования урожая и подготовки растений к зиме, вытяжки из листьев морозостойких сортов, отличающихся повышенным в этот период содержанием хлорофилла по сравнению с немо­ розостойкими, за одинаковый период освещения теряли больше хлорофилла. Таким образом, исследуя влияние света на ацетоновые рас­ творы хлорофиллов «а» и «в», каротина и ксантофилла, уда­ лось показать сопряженную связь между исходным количеством пигментов в растворе, экспозицией на свету и количеством раз­ рушенных пигментов. Растворы каротина оказались более стойкими по отношению к свету, чем растворы ксантофилла. Каротин и ксантофилл оказывали тормозящее влияние на фотоокисление хлорофилла, причем более действенным был каротин. Снятые спектры поглощения растворов пигментов в процессе выцветания дают возможность проследить последовательные изменения в кривых поглощения названных пигментов. Вытяжки из листьев морозостойких сортов груши, отличаю­ щихся в середине и конце вегетации более высоким содержа­ нием хлорофилла, обладают меньшей стойкостью к свету. ЛИТЕРАТУРА И в а н о в с к и й Д . О хлорофилле в живых хлоропластах. Изв. АН СССР, сер. биол., № б, 1950. К л е ш н и н А. Ф. Растение и свет. И зд. АН СССР, М., 1954. К р а с н о в с к и й А. А. , В о р о б ь е в а Л. М. , П а к ш и н а Е. В. И ссле­ дование фотохимически активной формы хлорофилла у растений р а з­ личных систематических групп. Физиология растений, т. 4, вып. 2, 1957. 141 К р а с н о в с к и й А. А. Д р о з д о в а H. H. , П а к ш и н а E. Д . Действие каротина на фотохимические свойства хлорофилла. Биохимия, т. 25, вып. 2, 1960. К у х т е в и ч И. А. К вопросу о фотохимической устойчивости аналогов хлорофилла — мелаллпроизводны х феофитина. П роблемы фотосин­ теза. И зд. АН СССР, М., 1959. Л ю б и м е н к о В. Н. О превращениях пигментов пластид в живой ткани листа. Записки И мператорской АН, т. 33, № 12, 1916. Р а б и н о в и ч Е. Ф отосинтез, т. 1, И зд. И Л , М., 1951. С а п о ж н и к о в Д. И. , К р а с о в с к а я Т. А. , М а е в е к а я А. Н. И зме­ нение соотнош ения основны х каротиноидов зеленого листа под дей­ ствием света. Тезисы докл. на II В сесою зн. конфер. по фотосинтезу. И зд. АН СССР, М., 1957. С и д о р и н М. И. О выцветании хлорофилла в отмерш их органах и тканях растений. Д окторская диссертация, 1942. С у д ь Л н а О. Г. М етодика визначення активное^ хлороф1лази. Д о п о в ^ АН У Р С Р , № 2, 1959. Ч р е л а ш в и л и М. Н. Влияние ультрафиолетовы х лучей на стойкость хло­ рофилла. Вестник Ботанического общ ества Грузинской ССР, вып. 1, 1962. A r o n o f f S. , M a c k i n n e y G. The P hoto-ox idation of chlorophyll. J. Amer. Chem. Soc., vol. 65, N 5, 1943. P e r k o w i t z L. The sta b ility of carotene in aceton e and petroleum ether extracts of green veg eta tes . J. B iol. Chem., v. 149, N 2, 1943. S a u e r K-, C a l v i n M. A bsorption spectra of sinach guan tasom es and bleach in g of the p igm ents. B iochim . et b iophys. acta, v. 64, N 2, 1962. О С О Б Е Н Н О С Т И Р А З В И Т И Я И З И М О С Т О Й К О С Т Ь О З И М О Г О Р Ы Ж И К А Д. К. Ряхова Институт биологии Баш кирского госуниверситета По степени озимости культурные растения разделяются на три большие группы: озимые, двуручки и яровые, различаю­ щиеся между собой требованиями к температуре на стадии яро­ визации и продолжительностью последней. Однако единого мне­ ния у исследователей по этим вопросам еще не выработалось. Так, Н. В. Турбин (1950) считает, что озимые растения про­ ходят стадию яровизации при температуре 0 ------[—10° в течение 30—70 дней, но более ускоренно при температуре, близкой к 0°; полуозимые способны яровизироваться при температуре -f-3 — + 15° в течение 15—30 дней; яровые — при - f - 5 ------Ь6° в течение 7— 15 дней. По А. А. Авакяну (1960), потребность в комплексе факто­ ров для прохождения стадии яровизации наблюдается у озимых культур в течение 20—60 дней; у полуозимых — 5—20 дней и яровых культур — 5—8 дней. Озимые проходят стадию ярови­ зации при температуре 0 ------1-5°. Двуручки на длинном дне вы­ колашиваются одновременно с яровыми (при посеве яровизи­ 142 рованными и неяровизированными семенами), на коротком дне требуют яровизации в течение 40—45 дней. Имеются и другие данные, говорящие о том, что процесс яровизации озимых культур может проходить и при повышен­ ных температурах (Долгушин, 19.58; Разумов, 1954). Известно, что с особенностями прохождения стадий ярови­ зации и световой в значительной степени связана устойчивость озимых к неблагоприятным осепне-зимним условиям. Литературные данные о времени завершения стадий ярови­ зации и световой у озимых культур в полевых условиях немно­ гочисленны и противоречивы. По мнению одних исследователей (Вояков, 1949; Разумов, 1954 и др.), прохождение стадии яро­ визации у озимых культур начинается осенью и заканчивается в начале зимы при отрицательных температурах или весной. По данным других авторов (Федоров, 1959; Полтарев, 1958; Гирфанов и Виглов, 1959; Топорнина, 1961 и др.) стадия ярови­ зации у озимых растений в полевых условиях в зависимости от сорта, срока посева и условий осени полностью заканчивается в октябре или начале декабря. По мнению некоторых авторов, озимые растения, закончив стадию яровизации в полевых условиях до наступления устой­ чивой зимней погоды, успевают пройти осенью и световую ста­ дию (Долгушин, 1958; Федулова, 1961; Полтарев, 1958 и др.). Изучение степени озимости, времени окончания стадии яро­ визации в полевых условиях, прохождения световой стадии и влияния их на перезимовку растений большинство авторов про­ водило на хлебных злаках и многолетних травах. Объектом же наших исследований был озимый рыжик, биология которого почти не изучена. Изучение указанных вопросов мы проводили на трех сортах: ’Саратовский озимый’, ’Заволжский’ и ’Заря социализма’. Для установления степени озимости различных сортов ози­ мого рыжика семена яровизировали в холодильнике при тем­ пературе от 1—2° тепла в течение 7— 15—21—30—43—52 дней. По истечении срока яровизации семена подсушивали до воз­ душно-сухого состояния и в таком виде хранили до посева. По­ сев проводили одновременно яровизированными и неяровизиро­ ванными семенами. В наших опытах подсушивание яровизированных семян до воздушно-сухого состояния и хранение их в течение летнего пе­ риода при высоких температурах (25—30°) не приводило к их разъяровизации. В опытах 1956— 1962 гг. наблюдалось, что развитие расте­ ний озимого рыжика при весенне-летнем посеве яровизирован­ ными и неяровизированными семенами проходило по типу ози­ мых и зимующих культур. В начале у них развивалась прикор­ невая розетка, а затем появлялась стрелка, тогда как яровой 143 рыжик образует стрелку уже при появлении первой пары на­ стоящих листьев. Яровизация, начавшаяся в семенах при оптимальных усло­ виях для ее прохождения, может заканчиваться в растениях при повышенной температуре. Наличие перерыва между началом прохождения стадии яровизации в семенах и продолжением ее в растениях, вероятно, не является препятствием для полного завершения этой стадии. Таким образом, у недояровизирован­ ных семян прохождение стадии яровизации в растениях являет­ ся продолжением процесса* начавшегося еще в семенах, и, чем больше яровизировались семена, тем быстрее заканчивалась стадия яровизации в растениях. По нашему мнению, стадия яровизации в семенах озимого рыжика проходит полностью в течение 40—45 дней, так как дальнейшее удлинение периода яровизации семян не давало ускорения в развитии растений. Д л я краткости изложения приведем только некоторые дан­ ные по одному сорту ’Саратовский озимый’. Первый посев озимого рыжика неяровизированными семе­ нами в 1956 году был проведен 28 апреля. Всходы появились 3—4 мая, а 3 июня у растений стала появляться стрелка. Сле­ довательно, к началу июня озимый рыжик закончил прохожде­ ние стадии яровизации. Анализ температурных данных третьей декады апреля и мая месяцев показал, что ни в апреле, ни в мае не было оптимальных температур для прохождения ста­ дии яровизации. Начало цветения озимого рыжика было отмечено 21 июня и полное созревание 25 августа. Проведенные подсчеты в опытах 1956 г. количества расте­ ний, имеющих различные фазы развития, показали следующее (в % от общего количества растений): Сроки подсчетов Ф аза С тебле­ Б утони­розетки вание зация Ц ветение Полная спелость 10 июня 7,3 64,6 4,8 23,3 8 сентября — 8,0 2,6 1,6 87,8 Если одни растения (10/VII) находились в фазе розетки, то другие в это время были в фазах бутонизации и цветения. В последующие годы весенне-летний посев озимого рыжика яровизированными и неяровизированными семенами проводили через каждые 10 дней (с мая по сентябрь месяц). Наблюдения за этими посевами показали следующее: чем раньше весной проведен посев неяровизированными семенами, тем более друж­ но растения образуют стрелку и переходят в последующие 144 фазы развития. При наиболее поздних сроках весенне-летнего посева развитие растений замедляется и идет крайне недружно. Так, озимый рыжик, посеянный неяровизированными семенами в мае месяце, плодоносит, но число плодоносящих растений уменьшается по мере приближения срока посева к концу ме­ сяца. При посеве в июне, а в иные годы в первых числах июля месяца, цветут и плодоносят лишь одиночные растения. Расте­ ния июльских сроков посева, как правило, образуют только Рис. 1. Растения озим ого рыжика ’Саратовский озимый’ весен­ него посева (4 мая 1961 года) неяровизированными семенами. Сфотографированы 30 сентября. стрелку, а при посеве в третьей декаде этого месяца часть рас­ тений остается в фазе розетки. Растения озимого рыжика, посеянного яровизированными семенами (в течение 43 дней), цветут одновременно с растения­ ми ярового рыжика (посеянными неяровизированными семена: ми) или позднее на 3—7 дней. Следует заметить, что развитие озимого рыжика, посеянного яровизированными семенами, про­ ходило так же дружно, как и у растений, посеянных с осени. У растений озимого рыжика июньских сроков посева (неяро­ визированными семенами) наблюдалось сильное ветвление с образованием большого числа розеток. Кроме основной верху­ шечной розетки стебля, каждый боковой побег заканчивался розеткой. В большинстве случаев в пазухах листьев также по- IG Заказ Ne 4752 145 являлись розетки. У основания некоторых розеток были обра­ зованы вздутия, утолщения. У некоторых растений озимого рыжика весеннего ̂посева обилие розеток сочеталось с наличием цветущих ветвей. Если одна ветвь заканчивалась репродуктивными органами, то на верхушке остальных ветвей и в пазухах листьев были розетки (рис. 1). Наличие большого количества розеток, а также образование утолщенных наплывов у их основания связано с условиями развития растений. Весенне-летний период является благоприят­ ным для накопления пластических веществ, которые использу­ ются растениями на образование вегетативных органов. Обра­ зование розеток на верхушке стеблей и в пазухах листьев мож­ но рассматривать как результат торможения развития, а не разъяровизации. Учитывая важность вопроса о сроках завершения озимыми культурами стадии яровизации в полевых условиях осенью и влиянии их на перезимовку растений, нами проводилось изуче­ ние этого вопроса в течение трех лет. Перед началом наступления устойчивой зимней погоды, в середине зимы и к весне, растения выкапывали и пересаживали их в сосуды, которые переносили в лабораторию на непрерыв­ ное освещение. При взятии проб 30 октября 1955 г. у растений всех сроков посева (15—20—25—30 августа) через 6 дней началось стрелко­ вание. При последующих сроках взятия проб (12/1 и 10/1V 1956 г.) стрелкование растений было отмечено через 4 дня. В 1956 году при взятии проб 21 ноября все растения друж­ но стрелковали. Растения первых трех сроков посева (15—20— 25 августа) образовали стрелку через 5 дней, а последующих двух сроков посева (30/VIII и 5/IX) — через 8 дней. Растения более поздних сроков посева были слабо развитые и, видимо, в связи с меньшим запасом пластических веществ отставали в развитии. Отставание в росте и развитии растений поздних сро­ ков посева наблюдалось весной и в полевых условиях. В 1957 году при взятии проб 15 ноября все растения дружно стрелковали на 4—7 день после внесения их в лабораторию. Отставали в развитии растения поздних сроков посева (5/IX). При втором сроке взятия проб, 15 января, растения дружно стрелковали на 5—6 день после внесения их в лабораторию. Проведенные наблюдения показали, что стрелкование расте­ ний озимого рыжика происходит через одинаковое число дней, как при внесении растений на непрерывное освещение в ноябре, так и в январе месяцах. Это говорит о том, что озимый рыжик, посеянный в августе и начале сентября (5/IX), уходит в зиму с завершенной стадией яровизации. Нами была сделана попытка изучить влияние продолжитель­ 146 ности осенней вегетации на дальнейшее развитие озимого ры­ жика. С этой целью в январе 1958 года по двум срокам посева (20/VIII и 5/IX) были взяты растения и часть из них была по­ ставлена в условия непрерывного освещения, а другая часть — на короткий день. Стрелкование растений проходило одновре­ менно как на непрерывном освещении, так и на коротком дне (10 часов). Бутонизация растений по первому сроку посева в варианте непрерывного освещения была на 5 дней раньше и по второму сроку посева (5/IX) на непрерывном освещении — на 6— 12 дней раньше, чем на коротком дне. Растения более ранних сроков посева на 5—7 дней раньше приступали к буто­ низации, чем растения более поздних сроков посева. Аналогичные данные были получены в 1961 и 1962 гг. в по­ левых условиях. Весной (27/1II—5/1V ) , в первый же день после схода снега, часть растений была поставлена в условия корот­ кого дня, а остальные растения на делянке находились на есте­ ственном дне. Данные наблюдений приведены в таблице 1. Т а б л и ц а 1 Влияние продолжительности осенней вегетации на развитие озимого рыжика ’Саратовский озимый’ весной при различной длине дня Естественный Короткий О тставание в р а з­ день день витии на коротком дне (в днях) Сроки посева начало начало начало начало начало нача ю бутони­ цвете­ бутони­ цвете­ бутони­ цвете­ зации ния зации ния зации ния 9/VIII I960 г. 16/V 20/V 23/Y 30/V 7 10 31ДГШ 1960 г. 18/V 23/V 1/VI 19/VI 14 27 22/VIII 1961 г. 9/V 12/V 12/V 17 /V 3 5 2/IX 1961 г. 10ДГ 12 /V 18/V 22/V 8 10 13/IX 1961 г. 11/V 14/V 18/V 1/VI 7 17 На коротком дне растения отстают в развитии по сравне­ нию с растениями, находившимися на естественном длинном дне. Притом это различие тем больше, чем меньше растения с осени вегетировали. По нашему мнению, у растений озимого рыжика ранних сроков посева, находившихся на коротком дне, отставание в развитии обусловлено недостаточным количеством ассимилятов. Из литературных данных известно, что зимостойкость ози­ мых растений находится в тесной зависимости от возраста и времени окончания осеннего роста. Для изучения зимостойко­ сти проводили наблюдения за разновозрастными растениями. ю* 147 С этой целью проводили посев озимого рыжика в различные сроки и по различным предшественникам. Проведенными наблюдениями и подсчетами установлено, что наибольшая гибель растений озимого рыжика была на делян­ ках ранних сроков посева. Притом значительное изреживание растений ранних сроков посева наблюдалось лишь при нали­ чии с осени благоприятных условий для интенсивного роста. В годы, когда не было условий для интенсивного роста с осени, различия между ранними и поздними сроками посева по коли­ честву перезимовавших растений были небольшими. При одних и тех же сроках посева, но различных предше­ ственниках, отмечалась также неодинаковая зимостойкость рас­ тений. По лучшим предшественникам растения интенсивнее росли с осени и в зиму уходили более развитыми. На этих по­ севах была отмечена несколько большая гибель растений в осенне-зимний и весенний периоды. Выводы 1. Озимый рыжик имеет непродолжительную стадию ярови­ зации. В наклюнувшихся семенах он полностью ее проходит в течение 40—45 дней. В полевых условиях растения озимого ры­ жика завершают стадию яровизации за более короткий проме­ жуток времени и при более повышенной температуре, чем при яровизации семян в лабораторных условиях. 2. Растения озимого рыжика августовских сроков посева и посева в начале сентября уходят в зиму с завершенной стадией яровизации. В наших опытах окончание стадии яровизации не приводило к резкому снижению зимостойкости растений. 3. Фотопериодические опыты показали, что растения ози­ мого рыжика ранних сроков посева частично проходят свето­ вую стадию еще осенью. 4. В наших опытах (1955— 1962 гг.) почти ежегодно (кроме 1959 г.) наблюдалось значительное изреживание растений ози­ мого рыжика ранних сроков посева. Недостаточная зимостой­ кость растений ранних сроков посева связана с особенностями их стадийного развития. Наиболее зимостойкими являются мо­ лодые, достаточно развитые растения. Работа выполнена под руководством профессора Л. И. Сер­ геева. Л И Т Е РА Т У РА А в а к я н А. А. Биология развития сельскохозяйственны х растений. Гос­ издат с.-х. лит., М., 1960. В о я к о в М. Д . О причинах гибели озимой пшеницы в П редуралье. Совет­ ская агрономия, № 12, 1949. Г и р ф а н о в В. К., В и г л о в Т. Т. Стадийное развитие, зимостойкость и продуктивность озимых хлебов. Агробиология, № 1, 1959. 148 Д о л г у ш и н Д . А. Особенности стадийного развития озимой пшеницы в условиях осеннего посева. Агробиология, № 3, 1958. П о л т а р е в Е. М. П рохож дение стадии яровизации гибридной и негибрид- ной пшеницы в естественных условиях. Агробиология, № 3, 1958. Р а з у м о в В. И. Среда и особенности развития растений. Сельхозгиз, 1954. Р а з у м о в В. И. К итогам исследований по теории стадийного развития. Агробиология, № 5, 1957. Т о п о р н и н а Н. А. П рохож дение стадии яровизации у озимой пшеницы в полевых условиях. Агробиология, № 1, 1961. Т у р б и н Н. В. Генетика с основами селекции. Госиздат «Сов. наука», М., 1950. Ф е д о р о в А. К- О собенности развития зимую щ их растений. И зд. АН СССР, М., 1959. Ф е д у л о в а Н. М. Стадийное развитие озимого ячменя в условиях осен­ него посева. Агробиология, № 3, 1961. Н Е К О Т О Р ЫЕ Р Е З У Л Ь Т А Т Ы ПО П Р Е Д П О С Е В Н О М У З А К А Л И В А Н И Ю П Л О Д О В Ы Х Р А С Т Е Н И Й К З А С У Х Е Т. Н. Пустовойтова, Е. 3 . Окнина Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР Повышение засухоустойчивости сельскохозяйственных расте­ ний имеет большое значение в засушливых районах Советского Союза. Метод предпосевного закаливания семян к засухе, разрабо­ танный П. А. Генкелем, с успехом применяется на многих одно­ летних культурах. Метод основывается на положении Мичурина (1934) о высокой пластичности растения и особенно гибридных растений в начальный период их жизни, способности легко при­ спосабливаться к неблагоприятным условиям внешней среды. Работами Генкель И;Марголнной (1954) и Генкель, Морозовой, Прониной (1962) на примере подсолнечника и томатов установ­ лено, что закаливание сохраняется в течение 3—6 поколений. В связи с отсутствием данных по повышению засухоустойчи­ вости плодовых растений мы использовали метод предпосевного закаливания семян плодовых растений с целью получения з а ­ сухоустойчивых подвоев и направленного воспитания гибрид­ ных растений. В качестве опытного материала служили семена различных сортов яблони, алычи, сливы, абрикоса и персика. Семена после стратификации в период наклевывания отмывали от песка, сни­ мали воду с поверхности семян фильтровальной бумагой и под­ сушивали при комнатной температуре до различной потери веса — от 5 до 38% (веса семян после стратификации). Опыты проводили в Москве и на Опытно-селекционной станции В И Р ’а в г. Крымске. Наблюдения за выживаемостью сеянцев на 34-ый день после высева показали, что выживаемость сеянцев закаленных расте- 149 ний на 15—40% выше, чем у незакаленных (табл. 1). Исследо­ ваниями Деминой (1955) установлено, что лабораторная и по­ левая всхожесть и энергия прорастания семян кукурузы в ре­ зультате закалки увеличивается. По нашим данным закалка семян плодовых растений благоприятно влияет на интенсив­ ность роста сеянцев плодовых растений и увеличение диаметра корневой шейки как в условиях оптимальной влажности, так и в условиях засухи. Т а б л и ц а 1 Выживаемость и интенсивность роста предпосевно закаленных сеянцев плодовых растений В ы ж ивае­ Диаметр мость сеян­ Высота корневой Характеристика растений цев в % на (в см) шейки 34 день по­ (в см) сле высева на 120 день после высева Алыча сорта ’Риони’ Контроль 35,2 64,7 0,7 Закалка 5% 78,9 79,5 1,1 Закалка 10% 75,0 70,9 0,9 Закалка 25% 30,0 72,3 0.7 Слива Т а р к уш а’ (Венгерка италь­ янская) Контроль 42,8 13,8 0,3 Закалка 5% 52,6 38,1 0,7 Закалка 10% 57,8 21,0 0,4 Закалка 30% 55,0 20,4 0,6 Персик дикий Контроль 46,0 77,3 _ Закалка 5% 64,0 74,1 _ Закалка 10% 72,0 74,2 _ Закалка 15% 55,0 84,0 _ Закалка 23% 55,0 79,7 _ Закалка 30% 54,0 87,2 — Закалка приводит к более интенсивному росту корневой си­ стемы плодовых растений, что является одной из приспособи­ тельных особенностей плодовых растений к засухе (табл. 2). Т а б л и ц а 2 Объем корневой системы предпосевно закаленных сеянцев абрикоса на 135 день после высева Степень закалки О бъем корневой системы (см 3) Контроль 2,96 Закалка 5% 4,10 Закалка 10% 3,35 150 По данным Красовской (1935) практически более засухо­ устойчивыми плодовыми растениями являются те, которые об­ ладают мощной, глубоко идущей корневой системой. Демина (1955) показала, что корневая система закаленных растений кукурузы по мощности развития превышает корневую систему контрольных растений. В наших опытах наиболее интенсивный рост сеянцев отмечен при подсушивании после стратификации семян алычи, сливы и абрикоса до потери ими 5% веса, а се­ мян персика до 30%. Интенсивный рост сеянцев, полученных из закаленных семян, вероятно, свидетельствует о большем на­ коплении нуклеиновых кислот в растениях. Сатарова и Творус (1962) наблюдали большее накопление нуклеиновых кислот в листьях закаленных растений картофеля. Н. А. Гусев (1959) выявил большее накопление фосфора и нуклеопротеидов в листьях закаленных растений пшеницы. Исходя из этих данных, мы предположили, что изменения в содержании нуклеиновых кислот происходят в семенах уже в процессе закалки при подсушиваини. С этой целью семена контрольные и закаленные фиксиро­ вали смесью Карнуа. После соответствующей обработки, при­ нятой в микроскопической технике, препараты красили основ­ ным фуксином (реактив Шиффа) по Фельгену для выявления ДНК и метилгрюн-пиронином по Унна для обнаружения в тк а ­ нях РНК. Наблюдения за содержанием Р Н К в точке роста по­ чечки и корня, в прососудистой системе зародыша закаленных и незакаленных семян абрикоса и яблони показали, что в про­ топлазме клеток закаленных семян накапливается больше РНК, что можно объяснить возможным подавлением активности ри- бонуклеазы в результате возрастания водного дефицита. По данным В. Кесслера (1961) значительное подавление активно­ сти рибонуклеазы наблюдалось при возрастании водного дефи­ цита до 18% у листьев яблони и других растений. Возрастание количества рибонуклеиновой кислоты и изменение ее состава наблюдал Вест (1962) при проращивании семян кукурузы с недостаточным водоснабжением. Нами обнаружено некоторое увеличение диаметра ядра и ядрышка в клетках точки роста почечки и корня семян абри­ коса (табл. 3). Т а б л и ц а 3 Диаметр ядра и ядрышка в клетках предпосевно закаленных семян абрикоса (в микронах) Д иам етр ядра Диаметр ядрышка Вариант опыта точка роста точка роста точка роста точка роста почечки корня почечки корня Контроль 3,7 4,6 1,2 2,1 Закалка 4.3 5,0 2,1 2,3 151 Накопление Р Н К в тканях закаленных семян свидетель­ ствует о значительной физиологической активности тканей, объ­ ясняет более интенсивный рост сеянцев, полученных из зака ­ ленных семян, большую устойчивость их к действию высоких температур и повышение энергетического уровня, который, по мнению П. А. Генкеля (1961), является важным свойством за­ каленных растений. Закаливание семян вызывает некоторую пиронинофилию ядер в клетках меристематических тканей зародыша. Необхо­ димо отметить, что большим сродством к пиронину обладают зерна хроматина, расположенные по периферии ядра, тогда как хроматин около ядрышек окрашивается метиленовым зе­ леным. Проявление у ядер сродства к пиронину обусловлено изменением состояния Д Н К в ядре и, по мнению В. Г. Кона- рева (1959), связано с деградацией и частичной деполимериза­ цией молекулы ДНК. При обработке препаратов, полученных из закаленных се­ мян, реактивом Шиффа также наблюдаются изменения в со­ стоянии Д Н К ядер. Ядра клеток незакаленных семян имеют фиолетовую окраску, ядра же меристематических тканей зака­ ленных семян — красно-фиолетовую. Кроме того, отмечено из­ менение свойств рибонуклеиновой кислоты ядрышка. Ядрышки в клетках камбиальных тканей закаленных семян в большей части окрашиваются в розовый цвет при обработке препаратов реактивом Шиффа и лихтгрюном, у незакаленных семян яд­ рышки — зеленые. Эти изменения нуклеиновых кислот носят очаговый характер и охватывают меристематические ткани, особенно в прокамбии. Размеры очагов зависят, по-видимому, от степени закаливания, т. е. от степени ответной реакции се­ мян на временное обезвоживание. Эти изменения в состоянии ДН К, вероятно, носят обрати­ мый характер и также способствуют более интенсивному ро­ сту. Наши данные по содержанию крахмала в листьях закален­ ных растений (метод крахмальной пробы Генкеля, 1956) под­ тверждают результаты наблюдений Генкеля, Морозовой, Про­ ниной (1962) о большей синтетической способности листьев за­ каленных растений, перенесших длительную засуху. Так, в листьях закаленных растений алычи (5% закалки) несколько больше сохраняется крахмала после завядания, чем у конт­ роля. Температура порога коагуляции протоплазмы клеток ниж­ него эпидермиса листа закаленных растений абрикоса выше, чем у контроля: контроль — 49,8° С, закалка 5% — 52,0° С. По­ добная закономерность получена Колотовой на листьях пшени­ цы, Деминой (1955) на листьях кукурузы. 152 Необходимо отметить, что у закаленных растений в боль­ шинстве случаев увеличивается оводненность листьев и содер­ жание связанной воды, что характеризует большую засухоус­ тойчивость растений (Еремеев, 1939; Демина, 1955; Гусев, 1959; Баданова, 1961). Наши данные приводятся в табл. 4. Т а б л и ц а 4 Содержание свободной и связанной воды в листьях предпосевно закаленных плодовых растений (в % на сырое вещество) Характеристика растений Общ ая Свободная Связаннаявода вода вода Вишня ’Л отовая’ Контроль 63,4 45,0 18,4 Закалка 25% 66,4 39,0 27,1 Алыча Контроль 61,0 38,6 22,4 Закалка 5% 65,1 37,8 27,3 Алыча ’Риони’ Контроль 64,3 57,3 7,0 Закалка 5% 61,1 44,2 16,9 Закалка 10% 60,9 39,1 21,8 Закалка 25% 62,4 43,1 19,3 П. А. Генкель (1946) считает, что увеличение связанной воды в листьях закаленных растений приводит к увеличению сильно гидратируемых воднорастворимых белков. Засухоустойчивость растений характеризуется также и спо­ собностью протоплазмы клеток переносить обезвоживание. При помощи эксикаторного метода Генкеля (1956) удалось устано­ вить, что у предпосевно закаленных растений число клеток, ос­ тавшихся живыми, больше, чем у контроля. У контроля 3,7% живых клеток, а у закаленных растений при 5% закалке — 99,0% и при 13% закалке — 79,1%. В опыте были использо­ ваны растения в возрасте одного месяца. В результате закаливания повышается водоудерживающая способность листьев плодовых растений, перенесших длитель­ ную засуху (табл. 5). Генкель и Колотова (1934) показали, что закаленные расте­ ния пшеницы обладают несколько большей водоудерживающей способностью, чем контрольные. Еремеев (1939), работая с мно­ гими плодовыми растениями, установил, что засухоустойчивые породы и сорта плодовых растений отличаются повышенной во­ доудерживающей способностью. Закаленные растения обладают повышенной интенсивностью дыхания, что можно отнести за счет более интенсивной жизне- 153 Т а б л и ц а 5 Водоудерживающая способность листьев предпосевно закаленных растений П отеря воды (в % от исходного П орода, сорт Степень закалки уровня)в % за 7 час. | за 25 час. Алыча Контроль 51,8 66,1 Закалка 5% 46,3 50,2 Слива ’Реклонд’ Контроль 60,1 77,9 Закалка 25% 21,8 69,0 деятельности растений. Подобные результаты получены также в лаборатории П. А. Генкеля (1946) на 3—9-дневных пророст­ ках пшеницы. Выводы 1. Предпосевное закаливание семян яблони, сливы, алычи, вишни, абрикоса и персика обеспечивает более интенсивный рост надземной массы и корневой системы сеянцев, увеличи­ вает их жизнеспособность в условиях засухи. Лучшие резуль­ таты дает закалка наклюнувшимися семенами алычи, сливы, абрикосов при 5% потери веса семян, а персика — при 30% путем подсушивания после стратификации. 2. Закалка семян вызывает накопление РН К и некоторую пиронинофилию ядер, а также изменение свойств РН К ядрыш­ ка в клетках закаленных семян. 3. Предпосевное закаливание способствует некоторому уве­ личению содержания общей и связанной воды в листьях, повы­ шению водоудерживающей способности листьев и увеличению температурного порога коагуляции белка протоплазмы. ЛИТЕРАТУРА Б а д а и о в а К. А. Значение коллоидно-химических свойств протоплазмы для засухоустойчивости растений. Водный режим растений в засуш ­ ливых районах СССР. И зд. АН СССР, М., 1961. Г е н к е л ь П. А. Устойчивость растений к за су х е и пути ее повышения. Труды И Ф Р АН СССР, т. 5, вып. 1. М .— Л ., 1946. Г е н к е л ь П. А. и К о л о т о в а С. С. О предпосевной закалке растений к засухе в условиях вегетационного опыта. Изв. Перм. биологиче­ ского научно-исследовательского ин-та, т. IX, вып. 1— 3, 1934. Г е н к е л ь П. А. и М а р г о л и н а К. П. О наследовании приобретенных свойств у подсолнечника. Ф изиология растений, т. 1, № 1, 1954. Г е н к е л ь П. А. Диагностика засухоустойчивости культурных растений и способы её повышения (методические указания). И зд. АН СССР М 1956. 154 Г е н к е л ь П. А. Повышение засухоустойчивости растений. Вестник АН СССР, № 10, 1961. Г е н к е л ь П. А. , М о р о з о в а Р. С., П р о н и н а Н. Д . О синтетической способности закаленных к засухе растений томатов. Ф изиология рас­ тений, т. 9, вып. 1, 1962. Г у с е в Н. А. Некоторые закономерности водного реж има растений. И зд. АН СССР, 1959. Д е м и н а О. К. Н аправленное повышение засухоустойчивости кукурузы. Автореферат канд. дисс., И Ф Р АН СССР, 1955. Е р е м е е в Г. Н. Диагностика засухоустойчивости плодовы х растений. Тр. госуд. Никитского ботанического сада , т. XX I, в. 2, 1939. К о н а р е в В. Г. Нуклеиновая кислота и морфогенез растений. И зд. «Вы с­ шая школа», М ., 1959. К р а с о в с к а я И. В. Физиологические основы селекции на засухоустой ­ чивость. Теоретические основы селекции, т. 1, 1935. М и ч у р и н И. В. Итоги 60-летних работ. Сельхозгиз, 1934. С а т а р о в а H. A., Т в о р у с Е. К. Влияние суховея на содерж ан ие нук­ леиновых кислот и белка в листьях картофеля. II научная конферен­ ция по нуклеиновым кислотам растений. (Рефераты док л адов ). У фа, 1962. K e s s l e r В. Nucleic acids as factors in drought resistance of higher plants. Recent advan ces in botany V II. From lectures and sym p osia presented to the IX International B otanical C ongress, M ontreal 1959, 1961. W e s t S. H. P rotein , nucleotide and ribonucleic acid m etabolism in corn during germ ination under w ater stress. P lant P hysio l., 37, N. 3, 1962. О З Н А Ч Е Н И И В О Д Н О Г О Р Е Ж И М А В П Р И С П О С О Б И Т Е Л Ь ­ НОМ М Е Т А Б О Л И З М Е , У С Т О Й Ч И В О С Т И И П Р О Д У К Т И В Н О С Т И Р А С Т Е Н И Я В. В. Гриненко Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт са до в о д ­ ства и виноградарства В основе устойчивости растений лежит способность к быст­ рой перестройке элементов клетки с изменением уровня и на­ правления биохимических процессов и предохранением ее от внезапного обезвоживания. На необходимости исключения фактора внезапности и обя­ зательной постепенности этого процесса базируется теория з а ­ каливания растений (Максимов, 1952; Туманов, 1960; Генкель, 1960). Изменение свойств протоплазмы и, в первую очередь, бел­ ковых мицелл под влиянием обезвоживающих факторов сопря­ жено с изменением подвижности молекул воды, связанной с белковыми и другими структурами (Лебедев, 1963). Новый уровень водного режима, в свою очередь, изменяет функциональную деятельность этих структур. Если рассматри­ вать с этих позиций изменение состояния воды в клетках, оп­ ределяющееся степенью ее структурного связывания или осмо- 155 тичееким поглощением, то обнаруживаемая интегральносты это­ го свойства позволяет опираться на него при анализе направ­ ления приспособительного метаболизма и сравнительной оценке устойчивости растительных организмов. Исходя из последних работ Курсанова и Вартапетяна (1961), Лебедева (1963), Самуилова и Ефремова (1962) с использо­ ванием дейтерия и трития, показавших быструю обмениваемосгь воды, но вместе с тем и различия в степени связывания воды живой протоплазмой и коллоидами неживой клетки, следует рассматривать наблюдаемые изменения состояния воды не с точки зрения существования разных «форм» воды и их смены, а с позиций изменения внутренних структурных связей в жи­ вой клетке, способных более или менее прочно удерживать воду. На обширной территории пастбищ южного Таджикистана в поясе низкотравных полусаванн (по классификации П. Н. Ов- чиникова, 1948), южных предгорий, большие пространства при­ надлежат осоково-мятликовой ассоциации с эдификаторами: мятлик луковичный (Роа bulbosa L.) и осока толстостолбиковая ( Carex pachys ty l i s Gay) . Аспективное преобладание и биологическая продуктивность этих видов тесно связаны с условиями этой зоны и уровнем водного режима растений. Растительный покров в засушливый год, при падении поч­ венной влаги до 4—5% и повышении температуры в апреле до 30—35°, развивается крайне медленно. Растения, не имея усло­ вий для своего развития, долгое время не переходят в репро­ дуктивную фазу. На этом фоне четко проявляются различия в защитных ре­ акциях и формировании устойчивости растений к засухе. В обычных условиях осока толстостолбиковая характеризу­ ется более высоким уровнем водообмена, чем мятлик (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Интенсивность транспирации мятлика луковичного и осоки толстостолбико­ вой Ф аза цветения Ф аза плодоношения Объекты и факторы 9/1 II 9/1V 10 час. 13 час. 10 час. 13 час. Мятлик луковичный 757,6 969,2 914,6 729,8 Осока толстостолб. 721,6 1167,6 1337,9 1416,3 Т° воздуха 13,8 22,6 18,0 23,2 Относительная влажн. воздуха 72,0 52,5 74,0 48,3 Почвенная влага 11,8 9,3 156 Характерно, что дневная депрессия, наблюдаемая у мятлика в период напряжения температурного и водного факторов в фазе плодоношения, не имеет места у осоки, что связано с бо­ лее высокой требовательностью мятлика к влаге. В засушливые годы осока обладает большим диапазоном со­ кращения скорости водообмена без повреждений, чем мятлик. Падение активности транспирации до 225 мг воды на г веса в час сопровождается массовым отмиранием растений мятлика (в последние сроки исследования оставались лишь единичные выжившие растения). Осока, способная выдерживать без необ­ ратимых повреждений более значительное снижение транспира- ционного процесса (в среднем 75 мг в час), постепенно зани­ мает доминирующее положение в травостое. К концу марта растительный покров был представлен почти исключительно этим видом (табл. 2), играющим значительную роль в водном балансе территории. Сравнительные материалы, полученные в условиях различ­ ной обеспеченности растений влагой от типичной для данной зоны до глубокого ее дефицита, подтверждают положение Н. А. Максимова о том, что растения сухих местообитаний нельзя назвать сухолюбивыми. Они являются лишь более з а ­ сухоустойчивыми, т. е. способными выносить недостаток влаги с меньшим ущербом, нежели растения влажных местообита­ ний. Т а б л и ц а 2 Количество вегетативных побегов, зеленой массы и испарение влаги растениями с единицы площади мятлик лукович­ Д ата ный осока толстостолб. разнотравье 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3 17/1 1100 7,08 60,21 150 1,44 8,51 250 3,16 13,25 9/11 1040 11,37 42,04 450 6,04 20,66 540 5,54 14,91 5/1II 250 4,60 14,47 450 7,06 19,97 180 3,14 8,13 20/1II 50 1,29 5,15 450 9,31 39.40 60 2,83 19,14 9 /IV 40 0,77 2,74 100 2,33 6,88 20 1,00 5,91 Примечание: 1 — Количество побегов на 1 м2; 2 — Зеленая масса на 1 м2; 3 — Испарение влаги растениями с 1 м2. При лимите водных ресурсов растения во много раз сокра­ щают водообмен. Но это сопровождается общим угнетением их роста и развития. Депрессия тем глубже и значительнее, чем менее пластично растение (табл. 3). В благоприятные годы зеленая масса мятлика луковичного превышает массу осоки толстостолбиковой. В годы с критиче­ ским для растений уровнем водообеспеченности синтез органи- Т а б л и ц а 3 Активность водообмена и биологическая продуктивность растения М аксимум транс­ Зелен, масса раст. пирации (с 1 м2 в г) % к ти- В ид (в г/ м2 в час) пичн. ус­ ловиям типичн. засуш . типичн. засуш . услов. услов. услов. услов. осока толстостолб. 81,9 1,9 84,5 4,6 5,4 мятлик луковичный . 58,9 2,9 50,5 7,1 14,0 ческого вещества у осоки более активен. Большая стойкость осоки по сравнению с мятликом к недостатку влаги находится в связи со способностью первой к внутреннему регулированию процессов водообмена. При недостаточном количестве влаги в почве (18%) у мятлика усилием в 80 атмосфер можно отнять до 80% содержащейся в тканях воды. При падении запасов влаги в почве до 8—6% мятлик продолжает отдавать те же 80% влаги. Дальнейшее снижение уровня влаги вызывает мас­ совую гибель надземной части растения с переходом луковички в состояние вынужденного летнего покоя. Отдельные экземп­ ляры, выдерживающие засуху, развивают водоудерживающую способность и сокращают отдачу воды до 55%, при использо­ вании водоотнимающей силы той же величины. Для осоки тол­ стостолбиковой характерна постепенная перестройка коллоид­ ных систем с нарастанием способности удерживать воду. В кон­ це вегетации структурно связывается до 79% влаги. Можно считать, что именно крайне динамичная регуляторная способ­ ность позволяет растениям переносить длительный период за- вядания без необратимых нарушений и определяет степень их устойчивости к засухе. Исследования, проведенные над различными группами ра­ стений с разной длиной вегетационного периода и разной ус­ тойчивостью к засухе, показали, что, чем активнее и глубже идет процесс перестройки и ограничение подвижности молекул воды, тем устойчивее растение. У солянок, в зоне южных полу­ пустынь, сменяющих в летней синузии перешедшие в состояние летнего покоя эфемероиды и трагапанты в субальпийском поясе сухих высокогорных зон Таджикистана, эта способность выра­ жена особенно ярко. По мере усиления засухи только 10— 15% влаги может быть отнято силой в 80— 100 атмосфер. Эфемерои­ ды типы Gagea graminifol ia (гусиный лук) , отчасти Ranuncu­ lus p innat isectus (лютик), а также с короткой вегетацией в условиях субальпики Роа Zaprjagaevi i , этой способностью почти не обладают. 158 Из числа исследованных в свое время культурных растений высокая пластичность и способность к структурной перестройке в условиях водного дефицита свойственна сорго, в значительно меньшей степени ею обладает кукуруза, и очень слабо она вы­ ражена у хлопчатника (Гриненко, 1963). Влияние засухи изменяет обмен веществ во всех его после­ довательных звеньях, начиная от фиксации углекислоты до син­ теза высокополимерных соединений коллоидной природы, на- r. га* J3* 3 f 29• гас Рис. 1. Суточные изменения активности ф отосинтеза ( С 0 2 мг/дм2 в ч а с ) . ---------- н е о р о ш а е м а я ;--------------------------орош аемая. правление структурной перестройки которых определяет стой­ кость протоплазмы клеток и устойчивость тканей растения к неблагоприятным факторам. Работами в области фотосинтеза показано, что действие засухи прежде всего выражается в замедлении перехода угле­ рода С 14 от одного соединения к другому в цепи фотосинтети- ческих и постфотосинтетических процессов. Вторым последст­ вием засухи является сосредотачивание С 14 в аланине, которое автор связывает как с замедлением использования его в син­ тезе белка, так и с усилением его синтеза за счет фосфорных эфиров сахаров и сахарозы. Наконец, засуха снижает темпы перехода низкомолекулярных соединений в высокомолекуляр­ ные. Снижение доли активности углерода в синтезе высокомо­ лекулярных соединений вызывает образование сахарозы, в виде которой происходит накопление основного количества углерода, поглощенного в фотосинтезе. 159 Исходя из этих представлений, легко интерпретировать по­ лученные данные при исследовании земляники в условиях на­ растающей засухи в центральной части Северо-Кавказского края. В начале засушливого периода нарастание элементов засухи как бы стимулирует защитные реакции, ограничивающие сво­ бодное передвижение молекул воды. Способность клеток удер­ живать воду возрастает. Однако переход напряженности фак- C h M j O S x f v u . Рис. 2. Интенсивность дыхания листьев земляники (мг 0 2 на 0,5 г веса за 30 мин.) ---------- н е о р о ш а е м а я ;------------ ор о ­ ш аемая. торов через критический для земляники порог ингибирует эти реакции и направляет обмен в сторону патологических откло­ нений. Растения теряют способность регулирования водного ба­ ланса и погибают от быстрого обезвоживания, вызванного не­ соответствием между затрудненным поступлением влаги и ак­ тивным расходом ее на испарение. Неустойчивое равновесие водного баланса клеток, изменяющегося в течение дня, корре­ лирует со снижением фотосинтетической активности хлоропла- стов, вызывает длительные и глубокие дневные депрессии асси­ миляции и общее снижение фотосинтетической деятельности (рис. 1). Ограниченный синтез дыхательных субстратов приво­ дит к подавлению процессов биологического окисления, интен­ сивность поглощения кислорода резко падает (рис. 2). Растения, лишенные субстратов и энергии, теряют свою стойкость. 160 В процессе приспособительного метаболизма меняются та ­ кие свойства клеток как эластичность, гидрофильность и струк­ турная вязкость протоплазмы. Косвенным показателем последствий ингибирования защит­ ных реакций является изменение термостойкости метаболитов — температурных порогов дегидратации биоколлоидов, определяе­ мых электрометрически по экзоосмосу электролитов. При ступенчатом термическом воздействии на ткани расте­ ния в первой половине вегетации первый термический порог, вызывающий дегидратацию наименее стойких соединений, ле- af io s Рне. 3. Температурные пороги дегидратации биоколлоидов у земляники без орошения. А — первый термический порог; П — последний терми­ ческий порог. I — май, 2 — июнь, 3 — июль. жит в зоне 39—40°, последний порог по выходу электролитов, приравниваемый убитым при кипячении клеткам, — в зоне 53— 54° (рис. 3). Напряжение элементов засухи сдвигает эти пороги: первый в зону 50°, второй — в зону 65°. Это совпадает с мак­ симальной величиной водоудерживающих сил в клетке. Усиле­ ние напряженности факторов приводит к потере термостойко­ сти. Первый термический порог дегидратации перемещается в зону 29—30°, а последний — в зону 54—55°. Вода, до этого времени удерживаемая коллоидами, свободно отдается вместе с растворенными в ней минеральными и орга­ ническими соединениями. 11 Заказ № 4752 161 Фотометрия водных вытяжек тканей земляники, подвергну­ тых ступенчатому термическому воздействию, позволяет уста­ новить тесную корреляцию между величиной порогов и выхо­ дом калия, постепенно освобождающегося при дегидратации биоколлоидов. Динамичность формирования и ослабления стойкости био­ коллоидов, а также водоудерживающая их способность нахо- 7VT /6 и ?TVr ЧУ" 3*» _г.» t в о з д у х а 2 8 2 8 г х 2 5 32 3 3 о т // S/f '3oZ$упА/ С/ О /?CVS е//*сгр вм '/ 70 6 / 3 5 7 3 Рис. 4. Физиологические изменения у земляники при усилении напряжения засухи. I I У держ ивание воды в '% от общ его содерж ания; масшт. I 1 1:5. ---------------- С одерж ание гемицеллюлоз (в % на абс. сух. вес); масшт. 1 : 1 . -----• ------ С одерж ание крахмала (в '% на абс. сух. вес); масшт. 1 : 1. — — — С одерж ание белков (в % ); масшт. 1 : 1 . Чистая продуктивность ф отосинтеза (в г); масшт. 1 : 10. дятся в тесной корреляции с изменением некоторых коллоид­ ных соединений растений, выраженном в суммарном количест­ венном виде (рис. 4). Так, прямая корреляция устанавливается с высокополимерными углеводами типа гемицеллюлоз, состав­ ляющих основу клеточных стенок, и частично с крахмалом. Из­ менения в содержании этих соединений адекватны изменениям способности клеток к удерживанию воды. Резкое падение их со­ держания в критический переломный момент совпадает с по­ терей водоудерживающей способности. Эта коррелятивная за ­ висимость математически достоверна. Коэффициент корреляции 162 (г) равен 0,86. Таким образом, устанавливаемую отдельными авторами связь между содержанием крахамала или гемицел­ люлоз (Оголевец, I960) и устойчивостью растений можно рас­ сматривать скорее с точки зрения значения этих веществ в ка ­ честве коллоидных систем, а не запасных резервов для мобили­ зации осмотически активных веществ, играющих в стойкости растения, по-видимому, второстепенную роль. Содержание вод­ норастворимой фракции углеводов претерпевает небольшие из­ менения вне связи с формированием или ослаблением устойчи­ вости. Коэффициент корреляции составляет всего 0,25 и нахо­ дится далеко за пределами достоверности. Итоговым следствием депрессирующего влияния засухи яв­ ляется общее снижение продуктивной работы листового аппа­ рата. В августе чистая продуктивность фотосинтеза выражена величиной с отрицательным знаком. Орошение смягчает депрессирующее влияние высокой тем­ пературы. Ассимиляционная деятельность и уровень дыхания заметно возрастают (рис. 1 и 2); прекращается преобладание гидролитического распада, усиливается синтез сахарозы, геми­ целлюлоз и растения восстанавливают способность к защитным реакциям. Возобновляется продуктивный синтез органического вещества, повышается биологическая продуктивность. По мере нарастания напряженности засухи различия в биологической продуктивности систематически орошаемой (небольшими нор­ мами) и неорошаемой земляники делаются все более сущест­ венными. Орошаемая земляника (первый год плодоношения) имеет в 1,5 раза больший урожай. К концу вегетации накопле­ ние органической массы маточным кустом и сформировавши­ мися усами почти в три раза превышает синтез органического вещества у неорошаемых кустов. Вес сухого вещества одного орошаемого куста составляет 53 г против 10 г без орошения. Рез юме В основе устойчивости растения лежит способность к быст­ рой перестройке элементов клетки с изменением уровня и на­ правления биохимических процессов. Изменение свойств прото­ плазмы и, в первую очередь, белковых мицелл под влиянием обезвоживающих факторов сопряжено с изменением подвижно­ сти молекул воды в живой клетке, связанной с белковыми и другими структурами. Новый уровень водного режима изме­ няет, в свою очередь, функциональную деятельность этих струк­ тур. Неустойчивое равновесие водного баланса, снижение фото- синтетической активности хлоропластов, ингибирование дыха­ ния и потеря стойкости коллоидными системами под влиянием засухи влекут за собой общее снижение биологической продук­ тивности растения. и 163 Динамичность регуляторной способности и диапазон воз­ можных ее изменений определяют степень устойчивости расте­ ния. Обнаруживаемая интегральность свойства растений ме­ нять под влиянием неблагоприятных факторов подвижность мо­ лекул воды и ограничивать ее отдачу позволяет опираться на него при анализе направления приспособительного метаболизма и сравнительной оценке устойчивости растительных организмов. Л И Т Е РА Т У РА Г е н к е л ь П. А. Устойчивость растений к за сухе и пути ее повышения. И зд. АН СССР, М., 1946. Г е н к е л ь П. А. Современное состояние проблемы засухоустойчивости ра­ стений и дальнейш ие пути ее изучения. Сб. Ф изиология устойчивости растений. И зд. АН СССР, М., 1960. Г р и н е н к о В. В. О способах регулирования водного реж има растениями в связи с их устойчивостью к засухе. Сб. Водный режим растений в связи с обменом веществ и продуктивностью. И зд. АН СССР, 1963. К у р с а н о в А. Л. , В а р т а п е т я н Б. Б. Обмен воды тканей растения с ж идкой и парообразной водой наруж ной среды. Ф изиология растений, т. 8, в. 5, 1961. Л е б е д е в Г. В. , С а б и н и н а Е. Д. , Ч у ч к и н В. Г. Состояние воды в растительной клетке. П одвиж ность коллоидов и кристаллически свя­ занной воды. Ф изиология растений, т. 10, в. 1, 1963. М а к с и м о в Н. А. И збранны е работы по засухоустойчивости растений, т. 1, изд. АН СССР, М., 1952. О в ч и н н и к о в П. Н. О типологии расчленений травянистой растительно­ сти Тадж икистана. Сообщ ения ТФ АН Т адж . ССР, 1948. С а м у и л о в Ф. Д. , Е ф р е м о в Ю. Я- И зучение водного обмена растений с помощью тяж елой воды (Д 2О ). Ф изиология растнний, т. 9, в. 4, 1962. Т у м а н о в И. И. Современное состояние и очередны е задачи физиологии зимостойкости растений. Сб. Ф изиология устойчивости растений. Изд. АН СССР, 1960. В О Д О О Б М Е Н Д Е Р Е В Ь Е В И К У С Т А Р Н И К О В В ЖЕСТКИХ У С Л О В И Я Х В О Д Н О Г О Р Е Ж И М А С Т Е П Н О Й З О Н Ы У К Р А И Н Ы В. И. О бразцова Днепропетровский госуниверситет Растительность степной полосы Украины в течение вегета­ ционного периода испытывает влияние жестких погодных усло­ вий, прежде всего недостаточного водоснабжения и высоких температур воздуха и почвы. Поэтому высокопродуктивными в этих условиях могут быть только засухоустойчивые растения. Засухоустойчивость травянистых растений довольно широко ос- 164 вещена в работах Максимова (1952), Генкеля (1946), Василь­ ева (1928) и др. исследователей. Относительно древесных пород этот вопрос разработан значительно слабее. Изучение водного режима древесной растительности в лес­ ных насаждениях проведено Ивановым с сотрудниками (1952) в Деркульской степи и Теллермановском лесничестве. Отдель­ ные вопросы разработаны Дворецкой (1954) для Камышинска, Матвеевым (1953) для Таджикистана, Гулисашвили (1938) для Апшерона, и совсем мало уделено внимания засушливой степ­ ной полосе Украины. В большинстве работ по засухоустойчивости затрагивается не весь комплекс физиологических показателей, определяющих засухоустойчивость растений, — внимание уделено водообмену или устойчивости тканей к перегреву. В наших исследованиях мы поставили целью изучить физио­ логические особенности засухоустойчивости древесных пород степной полосы Украины, определяющие устойчивость их к обезвоживанию и высоким температурам. Работа проводилась на протяжении последних десяти лет в Днепропетровском Ботаническом саду и лесных массивах степной зоны Украины. В настоящей работе излагаются материалы по изучению водообмена у следующих пород: 1) дуб черешчатый, разновид­ ность рано распускающаяся (Quercus robur L. var. praecox Czern), 2) дуб черешчатый, разновидность поздно распускаю­ щаяся (Quercus robus L. var. tardiflora Czern); 3) ясень обык­ новенный (Fraxinus excelsior L.); 4) ясень зеленый (Fraxinus viridis Michs.) ; 5) ясень пушистый (Fraxinus pubescens Marsch); 6) клен ясенелистный (Acer negundo L.); 7) клен ост­ ролистный (Acer p latanoides L.); 8) клен полевой (Acer cam- pestre L.); 9) клен татарский (Acer tatar icum L.); 10) клен явор (Acer pseudoplatanus L.); 11) гледичия ( Gleditschia tria- canthos L.); 12) гледичия, разновидность без колючек ( Gle­ ditschia t riacanthos L. var. inermis D. C.); 13) акация белая (Robinia pseudoacacia L.); 14) лох узколистный (Elaeagnus an- gustifolia L.). В основу определения водного режима положено изучение транспирации, содержания воды в листьях, состояния устьиц, водного дефицита. Интенсивность транспирации определялась методом быст­ рого взвешивания Иванова и сотр. (1950). Содержание воды -— высушиванием листьев при 105° до постоянного веса. Водный дефицит определялся методом Литвинова (1951), состояние устьиц — методом отпечатков Молотковского (1935). Определения проводились в самые жаркие месяцы — июль, август. Все названные показатели водообмена определялись од­ новременно на протяжении 12 часов (с 7 часов до 19 часов с 165 интервалами через каждые 2 часа). Листья брались с деревьев одного возраста (20—24 лет) с южной стороны кроны, со сред­ ней ее зоны. Интенсивность транспирации Дуб. Дневной ход транспирации у дуба позднего представлен двумя максимумами: в 9 час. и 15 час. У дуба раннего наивыс­ шая точка приходится на 9 час. утра, затем кривая постепенно падает до 15 час. и до 19 час. удерживается примерно на од­ ном уровне (рис. 1). Ясень. Дневной ход траспирации представлен двухвершин­ ной кривой с первым максимумом в 9 час. утра для обыкновен­ ного и зеленого ясеней и в 11 час. для пушистого. Второй мак­ симум — в 15 часов. Таким образом, наиболее короткий период ослабления днев­ ной транспирации у ясеня пушистого. В абсолютных цифрах* ясени, особенно пушистый, теряют намного больше воды, чем другие изученные породы. Клен. Понижение активности транспирации в полуденные часы наблюдается и у кленов, однако в различной степени у разных видов. Наиболее резко это проявляется у клена остро­ листного и ясенелистного. У первого снижение активности транспирации охватывает длительный период с 7 час. до 19 час. У ясенелистного период спада несколько меньше, с 11 час. до 17 час., т. е. кривая дневного хода транспирации также двух­ вершинная, но с максимумами в 11 час. и 17 час. У явора максимум в 11 час., а во все последующие часы активность постепенно снижается, т. е. кривая имеет одновершинный ха­ рактер. У клена полевого период ослабления транспирации еще короче, с 11 час. до 15 час., но зато количество теряемой воды значительно меньше, чем у вышеназванных видов. Наиболее активная отдача воды наблюдается у клена та­ тарского, у которого транспирация представлена трехвершин- ной кривой с наивысшими точками в 9 час., 13 час. и 17 час. Абсолютные количества транспирируемой воды здесь также значительны (рис. 2). Гледичия. Дневной ход транспирации у этой породы пред­ ставлен двухвершинной кривой с повышением в 11 час. и 15 час. Таким образом, в часы наибольшего напряжения метеороло­ гических показателей отдача воды уменьшается. Однако ослаб­ ление транспирации охватывает не весь знойный период дня, так как в 15 час., особенно в жаркие дни, температура еще не снижается, а продолжает нарастать, достигая к этому времени дневного максимума. Характер дневного хода транспирации у гледичии с колючками и без колючек одинаковый, но количе­ ство транснирациоиной воды различно. Гледичия с колючками 166 расходует воду значительно экономнее в засушливые годы, в то время как при достаточном увлажнении этот процесс у нее про­ исходит активнее, чем у формы без колючек. У гледичии в борьбе за сохранение влаги выработалось д р у ­ гое своеобразное приспособление. Особенно в ж а р ки е летние дни, начиная с 11 час. дня и примерно до 17 час., мелкие ли- r/ ю о г а час 12Q ■ 110 ■ t oo- 90- So- 70- 60- 50- ifO- 30- 20 ■ Ю ■ с ' 7 9 Tl 1з 75 77 15 Тасы Рис. 1. Дневной ход транспирации у древесны х пород. 1 — д уб ранний; 2 — дуб поздний; 3 — гледичия с колючками; 4 — гледичия без колючек; 5 — ака­ ция белая; 6 — лох узколистный. сточки, расположенные супротивно друг к другу от главного черешка листа, сближ аю тся верхними поверхностями и этим значительно уменьшают поверхность испарения (рис. 1). Акация белая. Дневной ход транспирации здесь представлен двухвершинной кривой с повышением в 9 час. и 15 час. Этим достигается минимальный расход воды в полуденные часы дня. Ло х узколистный отличается относительно высокой транспи­ рацией. Дневной ход транспирации у него представлен дву хвер ­ шинной кривой с максимумом в 11 час. и 13 час., и только в 167 предполуденные и послеполуденные часы отдача воды значи­ тельно уменьшается. Изучение транспирации у отдельных древесных и кустарни­ ковых пород показало наличие характерных особенностей в ходе этого процесса. Дл я большинства пород, особенно в годы с сухим и ж а р ­ ким летом, дневной ход транспирации характеризуется нараста­ нием последней до предполуденных часов, спадом в полуден­ ные жаркие часы и последующим нарастанием в послеполуден- г/ 1 0 0 г В ЧАС Рис. 2. Д невной х о д транспирации у кленов. 1 — ясенелистный; 2 — явор; 3 — полевой; 4 — ост­ ролистный; 5 — татарский. ные часы. Вследствие этого в период наибольшего нарастания напряжения метеорологических условий отдача воды значи­ тельно снижается. Поэтому дневной ход транспирации для большинства пород представлен двухвершинной кривой. Второй максимум транспирации, надо полагать, происходит за счет ослабления транспирации в предшествующие часы, что вызывает некоторое накопление воды в тканях, следствием чего является усиление транспирации. В сухие и жаркие годы одновременно с полуденным ослабле- 168 нием транспирации наблюдается и общее уменьшение количе­ ства теряемой воды. Указанные особенности хода транспирации являются физио­ логическими приспособлениями растений, направленными на удержание влаги в растении для обеспечения нормального про­ израстания их в условиях ограниченного водоснабжения степ­ ного засушливого климата. Нам представляется, что указанные приспособления отдель­ ных пород в направлении удержания влаги могут быть одним из многих показателей засухоустойчивости растений, произра­ стающих в степном климате. Изучению летней транспирации предшествовали наблюдения за ходом зимней транспирации у тех же пород (Образцова, 1956). Поэтому представляло инте­ рес сопоставить активность транспирации в холодное и жаркое время года. Сопоставляя эти процессы, можно видеть, что по активности транспирации в различные периоды года древесные породы раз­ личаются. Как видно из данных таблицы 1, у различных пород наблю­ дается в различной степени защита от потери воды зимой и ле­ том. Например, лох узколистный, отличаясь значительной транспирацией летом, зимой транспирирует слабо. Гледичия с колючками, наоборот, зимой довольно активно тратит воду, ле­ том значительно экономнее. Наряду с такими породами име­ ются породы, у которых этот процесс более выравнен. К таким относятся: клен остролистный и ясенелистный, ясень пушистый Т а б л и ц а 1 Распределение древесных пород по группам в зависимости от интенсивности зимней и летней транспирации Слабая летом Слабая летом, Значительная Значительная летом и зимой и зимой значительная зи ­ летом, слабая зи ­мой мой 1. Ясень пуш и­ 1. Клен остр о­ 1. Ясень обы кно­ 1. Акация белая стый листный венный (летом I средняя) 2. Ясень зеленый | 2. Клен ясене­ 2. Клен полевой 2. Л ох узколист­ листный ный 3. Клен татарский! 3. Д у б ранний 3. Д у б поздний 3. Гледичия без колючек (летом средняя) 3. Гледичия с ко­ 4. Клен явор (л е ­ лючками (зи ­ том средняя) мой средняя) 169 и зеленый. У первых на протяжении всех сезонов более эконом­ ный расход воды, у ясеней, наоборот, значительная активность транспирации на протяжении года. Содержание воды, водный дефицит и состояние устьиц Наблюдения за оводненностью листьев в течение дня у раз­ личных древесных пород показали относительную дневную ус­ тойчивость в содержании воды. Уменьшение воды в почве, уси­ ление метеорологических показателей в летние жаркие дни не вызывали значительного изменения оводненности листьев. Так, у клена остролистного, явора и клена ясенелистного, дуба раннего и позднего, гледичии дневные колебания наблю­ дались в пределах 3—4%, у клена татарского, полевого, ясе­ ней пушистого, обыкновенного, зеленого, акации белой до 5% и несколько выше. Характер дневных колебаний неравномерный, у клена та­ тарского, ясенелистного и явора, дуба раннего, гледичии он представлен в виде определенного снижения содержания воды, в полуденные часы по сравнению с утренними и вечерними. У остальных пород в течение дня наблюдается перемежаю­ щееся снижение и повышение оводненности листьев. Ухудшение почвенного водоснабжения не вызывает значи­ тельного водного дефицита в листьях. В засушливые годы у дуба раннего водный дефицит не пре­ вышал 4,5%, лоха — 3,5%, гледичии — 3,13% и лишь у ясеня пушистого, клена татарского водный дефицит доходил до 10— 12%. Как показали наши исследования, в сухую жаркую погоду летний водный дефицит в 14 час. у 'большинства пород не пре­ вышает 5—9%. Изучение водного дефицита показало, что в листьях различ­ ных пород насыщение тканей листа водой наступает при раз­ личной степени оводненности. Для тех пород, где полное насы­ щение наступает при сравнительно небольшой оводненности, незначительное уменьшение содержания воды в листьях не вы­ зывает столь существенного водного дефицита. И, наоборот, породы, требующие для полного насыщения значительных ко­ личеств воды, на снижение содержания воды реагируют силь­ нее, создавая более глубокий водный дефицит. Это вполне согласуется с положением о том, что нарушение водного ба­ ланса у растений легче происходит при большем водоснабже­ нии растений. Следует отмстить, что изучаемые породы весьма различны по абсолютному содержанию воды. Так, к породам, у которых содержание воды 70% и выше, можно отнести: лох, ясень пу- 170 шистый, клен ясенелистный, акацию белую; ниже 70% — гле­ дичия, клен татарский и полевой, ясень зеленый; менее 60% у клена остролистного, дуба раннего и позднего. Наблюдения за дневным колебанием содержания воды в листьях у пород, различных по оводненности, показали, что в сухие жаркие периоды у пород с высоким содержанием воды дневные колебания значительно более резкие, чем у пород с относительно меньшим количеством воды (клен остролистный, дуб ранний и поздний). Изучая в течение дня одновременно содержание воды в листьях и интенсивность транспирации, можно было видеть различную зависимость между этими процессами для разных пород. При большей оводненности листьев проявляется обратная зависимость, а именно при усилении транспирации уменьша­ ется содержание воды и, наоборот, при ослаблении транспи­ рации увеличивается количество воды. Породы, имеющие небольшое количество воды в листьях, обнаруживают прямую зависимость, т. е. с усилением транспи­ рации количество воды мало изменяется или даже увеличива­ ется. Изучение летней дневной транспирации показало, что такие породы, как ясень пушистый, лох, акация, отличаясь несколько повышенной транспирацией, в то же время имеют более овод- ненные листья (70% и выше). Клен остролистный, дуб ранний и поздний транспирируют относительно слабее, содержание воды у них меньше (60% и ниже). Поэтому надо полагать, что активность транспирации нахо­ дится в определенной зависимости от содержания воды в листе. Породы с более оводненными тканями листа транспирируют сильнее, с менее оводненными — слабее. Наблюдения за динамикой дневного содержания воды в листьях, ходом транспирации и водным дефицитом показывают значительную устойчивость древесных пород в поддержании водного баланса на определенном оптимальном уровне. Вод­ ный баланс древесных пород значительно более устойчив, чем у травянистых растений. Это объясняется наличием у древес­ ных растений больших резервных запасов воды в стволе, вет­ вях, побегах. При потере листом даже небольших количеств воды, они пополняются сначала за счет притока из побегов, затем ветвей и ствола. Скорость пополнения воды у различных пород различна; надо полагать, что она определяется прежде всего коллоидно­ осмотическими свойствами клеток породы и физико-химиче- скими свойствами почвы. 171 Наблюдения за дневным ходом устьичного аппарата пока­ зывают, что при оптимальных метеорологических условиях сте­ пень открытия устьиц у отдельных пород довольно значитель­ ная. Наиболее широко раскрыты устьица у ясеня (2,3—3,5 ^) , менее у кленов, дуба (1,6—2,3 /г). При усилении метеорологи­ ческих показателей эта разница между отдельными породами сглаживается и для исследованных пород устьица открыты в пределах 1,5—2/и,. Рассматривая динамику устьиц в течение летнего дня, можно видеть, что в 7 час. утра устьица открыты незначительно, примерно до 11 — 13 час. зияние устьиц увеличивается и с 13 час. у большинства пород степень открытости устьиц уменьшается, а с 15 час. вновь увеличивается. Полное закрытие устьиц мы наблюдали только у гледичии в 13 час., когда обычно супротив­ ные листочки сближались. Для остальных пород устьица всегда были открыты в меньшей или большей степени. Сопоставление дневной динамики устьиц с ходом транспи­ рации показывает, что для большинства изученных пород дина­ мика устьиц не совпадает с активностью транспирации. Однако такое несоответствие между устьичным аппаратом и транспирацией наблюдается не у всех пород. Некоторые по­ роды, как клен остролистный, ясенелистный, татарский и лох узколистный показывают полное соответствие между состоя­ нием устьиц и ходом транспирации. А именно, интенсивность транспирации пропорциональна степени зияния устьиц. Таким образом, для этих пород можно говорить о регулирующей роли устьиц в ходе транспирации. Что касается остальных пород, то здесь, как отмечает и Максимов (1952), полуденное снижение транспирации объяс­ няется не столько прикрытием устьиц, сколько внеустьичным регулированием транспирации. Надо полагать, что внеустьичное регулирование транспира­ ции в значительной степени обусловлено определенными кол­ лоидно-осмотическими свойствами клетки: прежде всего, вяз­ костью протоплазмы, содержанием коллоидно-связанной воды, осмотическим давлением и другими показателями. Очевидно, у пород с более высокими коллоидно-осмотически­ ми показателями, обусловливающими более прочное удержа­ ние воды в клетках, устьицам в регулировании транспирации принадлежит подчиненная роль. И, наоборот, у пород с относительно низкими коллоидно­ осмотическими свойствами, у которых отдача воды происходит значительно легче, регулирующая роль устьиц в процессе транс­ пирации проявляется значительно сильнее. 172 Выводы Изучение водообмена у древесных и кустарниковых пород степной зоны Украины дает возможность отметить следующие особенности этого процесса: 1. Дневной ход летней транспирации для большинства по­ род характеризуется ослаблением ее в наиболее жаркие полу­ денные часы. Период спада транспирации неодинаков для раз­ личных пород. 2. Одновременно с полуденным ослаблением транспирации наблюдается и общее уменьшение количества теряемой воды. 3. Дневное содержание воды в листьях летом отличается значительной устойчивостью. Колебания в отдельные часы дня тем больше, чем более оводнены листья. 4. Взаимосвязь между содержанием воды и транспирацией определяется степенью оводненности листьев. При содержании воды в листьях в количестве 70% и выше наблюдается обрат­ ная зависимость, при более низкой оводненности с усилением транспирации количество воды мало изменяется или даже уве­ личивается. 5. Сопоставление дневной динамики устьиц с ходом транс­ пирации показало, что по этому признаку породы можно разде­ лить на 2 группы; 1) породы, у которых состояние устьиц не совпадает с активностью транспирации, и 2) породы с полным соответствием между состоянием устьиц и ходом транспирации. Для первой группы ведущая роль принадлежит внеустьичному регулированию транспирации, для второй группы — регулирую­ щую роль в ходе транспирации выполняют устьица. ЛИТЕРАТУРА В а с и л ь е в И. М. Суточный ход транспирации у пшеницы. Журн. Ру с ­ ского Ботанического Общества, т. XIII, № 1—2, 1928. Г е н к е л ь П. А. Устойчивость растений к засухе и пути ее повышения. 1946. Г у л и с а ш в и л и В. 3. К вопросу о засухоустойчивости древесных и ку­ старниковых пород. Тр. Тбилисского Б И Н ’а, т. 3, 1938. Д в о р е ц к а я Е. И. Некоторые особенности водного режима и углерод­ ного обмена древесной и кустарниковой растительности в условиях темно-каштановой зоны почв. Тр. Ин-та физиологии растений им. К. А. Тимирязева, т. 7, вып. 2, 1951. И в а н о в Л. А., С и л и н а А. А., Ц е л ь н и к е р Ю. Л. О методе быстрого взвешивания для определения транспирации. Ботанический журнал, № 2, 1950. И в а н о в Л. А., С и л и н а А. А., Ц е л ь н и к е р Ю. Л. О транспирации полезащитных пород в условиях Деркульской степи. Ботанический журнал, т. 37, № 2, 1952. Л и т в и н о в Л . С. О почвенной засухе и устойчивости к ней растений. 1951. 173 М а к с и м о в Н. А. Избранные работы по засухоустойчивости и зимостой­ кости растений, т. 1, 1952. М а т в е е в М. И. Водный режим некоторых древесных растении горного Таджикистана. Тр. Таджикской АН, т. X, 1953. М о л о т к о в е к и й Г. X. Изучение устьиц методом отпечатков. ДА Н СССР, т. 80, № 3, 1935. О б р а з ц о в а В. И. Зимняя транспирация деревьев и кустарников в усло­ виях степной зоны Украины. Физиология растений, т. 3, вып. 5, 1956. Ф И З И О Л О Г И Ч Е С К И Е И С С Л Е Д О В А Н И Я В Л И Я Н И Я 2,4-Д НА З Л А К О В Ы Е И Д Р У Г И Е В Ы С Ш И Е Р А СТЕ НИ Я J1. И. Сергеев, Р. Б. Полякова Институт биологии Башкирского госуниверситета Гербициды группы 2,4-Д отличаются большой физиологиче­ ской активностью и в настоящее время являются наиболее рас­ пространенными противосорняковыми препаратами. Изучение биохимического «механизма» их влияния на протоплазму кле­ ток высших растений представляет большой научный и практи­ ческий интерес. Исследования, проведенные с митохондриями из клеток выс­ ших растений, послужили основанием для гипотезы, согласно которой 2,4-Д в гербицидных дозах вызывает разобщение окис­ ления и фосфорилирования в дыхательной цепи (Хубутия, 1959 и др.). Они, кроме того, показали, что гербицидные дозы 2,4-Д резко снижают уровень синтеза белковых и других веществ. Определения содержания белкового азота в проростках расте­ ний (табл. 1), выращенных на субстратах, в которые вводились гербицидные дозы 2,4-Д, подтверждают последнее (Сергеев и др., 196.1). Обращаясь к данным таблицы 1, следует отметить, что показатель «содержание белкового азота в %» не всегда дает представление об уровне синтеза белковых веществ. Это объясняется тем, что у чувствительных к 2,4-Д растений (на­ пример, гороха) происходит повышение интенсивности дыхания и значительное снижение содержания углеводов. В связи с этим возникла необходимость определения количества белкового ве­ щества в расчете на биологическую единицу (в данном случае, на 1 проросток). Реакция злакового растения (кукурузы) на 2,4-Д отличается от реакции двудольного (гороха). Это различие проявляется в величине депрессии ростовых процессов и снижении уровня синтеза белковых веществ. О разобщении окисления и фосфорилирования в дыхатель­ ной цепи клеток растений под влиянием 2,4-Д свидетельствуют и результаты гистохимических определений активности дыха- 174 Т а б л и ц а 1 Длина надземной части и содержание белкового азота у 10-дневных про ростков, выращенных на субстрате с различными дозами 2,4-Д Кукуруза Горох Бел к. азот Белк. азот Варианты опыта Длина Длина проростков мг на проростков мг на (см) % 1 рас­ (см) % 1 рас­ тение тение 1. Контроль 10,6 + 0,7 4,9 1.2 11,5 + 0,7 4,7 2.4 2. 0,1 мг 2,4-Д на кювету 9 , 2 + 0,7 3,2 0,8 0 ,6 + 0.1 1.9 0.6 3. 0,5 „ 8,7 + 0,3 4,3 1,1 0,6 + 0,1 5,8 0,7 4. 1,0 „ 6,8 + 0,3 3.3 0:9 0,5 + 0,1 6,2 0.9 тельных ферментов. Эти исследования показали, что активность цитохромоксидазы в тканях растений под влиянием 2,4-Д сни­ жается, а активность полифенолоксидазы и пероксидазы воз­ растает. Известно (Скулачев, 1962), что окислительное фосфо- рилирование осуществляется внутри митохондрий, в которых локализована цитохромоксидаза. Весьма вероятно, что полн- фенолоксидаза и пероксидаза играют важную роль в детокси­ кации 2,4-Д. В связи с теми изменениями, которые наступают в дыхатель­ ном аппарате растений под влиянием 2,4-Д, большой интерес представляли опыты и с другими физиологически активными веществами. Известно, что динитрофенол (ДНФ) относится к числу ак­ тивных «разобщителей». Мы полагаем, что введение его в суб­ страт даст эффект, аналогичный действию 2,4-Д. При совмест­ ном же действии этих веществ, согласно существующим гипо­ тезам, должен был проявляться синергизм. Раствор ДНФ лю­ безно передал нам проф. К. Т. Сухоруков. Опыт проводился морфо-физиологическим методом (табл. 2). Данные таблицы 2 показывают, что ДН Ф не является синер- гистом 2,4-Д. У проростков двухдольных растений ДН Ф (10-4 М) стимулирует рост. Возможно, что это результат повы­ шения активности АТФ-азы (Скулачев, 1962), следовательно, и более интенсивного использования энергии пирофосфатных связей АТФ. Реакция проростков злакового растения (кукуру­ зы) и проростков двудольных растений на ДН Ф оказалась раз­ личной. Следующий опыт был проведен со свежим раствором АТФ из медицинских ампул. Результаты приведены в таблице 3. Данные таблицы 3 свидетельствуют о том, что добавление АТФ к раствору 2,4-Д не только не снимает ее токсического действия, 175 Т а б л и ц а 2 Влияние 2,4-Д (6 • 10-6 М), Д Н Ф (10-4 м ) и их смесей на физиологические особенности и рост проростков растений Кукуруза Горох Подсолнечник Длина j Длина Д лина (см) 1 (см) (СМ) Ья Варианты еCйJ опыта 5“ 5 й m<иеЯ( 1. Контроль 5,0 9,6 25 5,3 11,6 3,9 75 3,0 6,3 4,9 22 3,1 2. 2,4-Д 4,1 3,2 38 4,6 0,8 0,7 9 5,4 1,9 0,9 17 3,0 3. 2,4-Д + Д Н Ф 6,0 3,1 56 3,1 0,9 0,7 0 7,8 2,3 1,1 11 4,3 4. Д Н Ф 4,4 8,6 44 5,3 17,6 6,6 .77 3,3 10,1 6,6 30 3,3 Примечание: В одоудерживаю щая способность выражена количеством остаю­ щейся в растениях воды после 24-часового подсушивания в % от первоначального содержания; интенсивность дыхания при­ водится в мг С 0 2 на 1 г сухого веса в час. но в большинстве случаев (по 3 растениям из 4-х) усиливает нарушение обмена веществ и морфогенеза. Раствор АТФ пока­ зал вполне заметную стимуляцию только на проростках гороха. Очевидно, благоприятное влияние АТФ на синтез белков и рост растений связано с определенным соотношением ряда других биохимических факторов (рис. 1). Данные таблицы 3 подтверждены результатами измерения биоэлектрических потенциалов действия через 5 минут после раздражения постоянным электрическим током 1,5 вольта в течение 5 сек. у проростков из указанных вариантов опыта. Измерение биоэлектрических потенциалов проводилось с по­ мощью осциллографа ЭО—7 и хлорсеребряных электродов. Ока­ залось, что раздражимость протоплазмы клеток проростков кукурузы, гороха и сахарной свеклы под влиянием 2,4-Д резко снижается. Еще ниже она у проростков в варианте опыта 2,4-Д + АТФ. В варианте опыта с АТФ раздражимость прото­ плазмы клеток проростков приближается к аналогичным пока­ зателям контрольных растений. В дальнейшем мы провели специальный опыт по влиянию различных физиологически активных веществ на раздражимость проростков, которую выражали отношением биопотенциала дей­ ствия к биопотенциалу покоя (табл. 4). 176 надземной части 1 корней водоуд. способность интенсивность дыхания надземной ч?сти j корней водоул. способность интенсивность дыхания корней водоуд. способность интенсипность дыхания ZZl rsz* «АГ tBH H g CC hO С*2 IC — -~J сл 05 -v) надземной -3 05 Ос СО части X аз _-£»■ р СО Ю интенсивность О Vo V 1о дыхания 00 оla со to со ~õ корней 2̂ X S 1с V ) O J i *< ГSС *< надземной )э 05 сл 05 водоудержив со * * J4* 5*1 ь 00 ОС 05 с 0о5 аз tc 'to o o s части способность Л >3 ю ю — to интенсивность о со СО о сл (X А ч п L02 or дыхания со ►&. Ю 4̂ корней аз ' сtoл — to надземной05 О С 4^'со части XS разд р аж и ­ s азO v l WM ^' l - o i w мость sCO ^ о о о сл п о > 05 V» о корней H H О СО СО 4̂- со интенсивность "■ -e хо V» оз'-дкэ водоудержив.дыхания J2a1 ^ О -J x способность. S 1C ю ю надземной a ?jL 4а. 05 ю р интенсивность 05 СЛ J— 4̂ 5 г, — N5 0 5 о дыхания сл to сл сл части H надземной >о (T s to — X сл ю части S О X 4̂ СЛ О 4̂ b аз '.£• СЛ 00 с корней о X 3 e сл р о осл корней 2 — оь СО 4̂ to О р азд раж и ­ ? я(Ь Ю 00 о — мость со — — водоудержив.tO to ссоо способность, X X. Xт; со со со со интенсивность Xa.v интенсивность*оо с о ^ Vj дыхания "со СЛ V)'o5 дыханияs х s о HXft 05 со ю р надземной"to о 05 4̂ К Ю — to — надземной y=s П части аасз о со сл части X О Xь с о р *о со о азкорней “О ft) Cö аз о *Кэ корней SaX S оto водоудержив. о го со с сз *= У способность <т> » \ т: о o p о р а зд р а ж и ­ аз даю 05 оо 4* интенсивностьмость СП 4*. 00 сл05 00 дыхания Влияние 2,4-Д (6- IO~G M), АТФ (9- 10 4 /у|) и их смесей на физиологиче­ ские особенности и рост проростков растений Варианты опыта Контроль 71 5,9 2.4-Д 15 1,1 2.4-Д + + АТФ 2,1 АТФ 11,3 Варианты опыта Контроль 2,4-Д АТФ Д Н Ф Из таблицы 4 следует, что раздражимость проростков свя­ зана (прямая зависимость) с интенсивностью дыхания и актив­ ностью ростовых процессов. Эта зависимость в отдельных слу­ чаях носит сложный характер. Кроме этих опытов, мы провели опыт (совместно с Г. Е. Рад- Рис. 1. Проростки гороха, полученные при проращивании семян на дистиллированном воде (К), растворе 2,4-Д (1), смеси 2,4-Д 4- АТФ (2) и растворе АТФ (3). цевой) с гибберелловой кислотой отечественного производства (табл. 5). Данные таблицы 5 показывают, что гибберелловая кислота снижает токсическое действие 2,4-Д и стимулирует рост над­ земной части проростков кукурузы. Под влиянием гибберелло­ вой кислоты происходит изменение соотношения надземной ча­ сти и корней проростков. Таким образом, данные исследований показывают, что све­ сти влияние 2,4-Д на протоплазму клеток растений только к разобщению окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи не представляется возможным. Биохимический «механизм» токсического действия 2,4-Д на 178 Т а б л и ц а 5 Влияние 2,4-Д (1,7-10-5 М) и гибберелловой кислоты (IO 4 М) на физиологические особенности и рост проростков растений к у к у р у з а п о д с о л н е ч н и к длина (см) длина (см) Варианты опыта оо. 1. Контроль 9,5 21,0 69 2,8 10,3 7,9 60 2. 2,4-Д 7.8 2.1 68 2,8 1,9 0,3 13 3. 2,4-Д + гиббе- релловая кислота 12,3 2,3 69 3,3 2,1 0.7 31 4. Гибберелловая кислота 16,7 18,6 64 2,9 10,8 5,7 56 растения, очевидно, связан не только с воздействием на дыха­ тельный аппарат. Можно предполагать, что не менее значитель­ но ее влияние на биохимические факторы роста (Libbert, 1960; Lockhart, Weintraub, 1957). До сих пор остается загадкой повышенная стойкость зл а ­ ковых растений к 2,4-Д. Дальнейшие исследования должны при­ близить нас к решению важных для практики растениеводства вопросов рационального подбора и использования гербицидов. ЛИТЕРАТУРА Г у н а р И. И., С и н ю х и н А. М. Электрофизиологическая характеристика раздражимости растений. Изв. ТСХА, 4, 1959. С е р г е е в Л. И., М е л ь н и к о в В. К., С а х н о в Н. С., Я п п а р о в Ф. Ш. Физиологические основы химической прополки кукурузы гербицидом 2,4-Д. Доклады и сообщения на межвузовской научной конференции по вопросам возделывания и использования кукурузы на Урале, вып. 1, Уфа, 1961. С к у л а ч е в В. П. Соотношение окисления и фосфорилирования в ды х а­ тельной цепи. Изд. АН СССР, 1962. X у б у т и я Р. А. Влияние 2,4-Д на процессы окислительного фосфорили­ рования. Агробиология, 1, 1959. L i b b e r t E. Das indolessigsäurebildende Enzymsystem aus Erbsenpflanzen. Z. Bot.. 48. № 4. 1960. L o c k h a r t J. A., W e i n t r a u b R. L. Influence of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid on auxin content of bean seedligs. Amer. J. Bot., 44, № 5, 1957. 12* 179 надземной ! части 1 1 корней водоудержи- ! вающая спо собность интенсивность дыхания надземной части, водоудерж и­ вающая спо­ собность Ф И З И О Л О Г И Ч Е С К И Е О С Н О В Ы Р А Ц И О Н А Л Ь Н О Г О И С П О Л Ь З О В А Н И Я Г Е Р Б И Ц И Д О В Г Р У П П Ы 2,4-Д Г. Е. Радцева Институт биологии Башкирского госуниверситета Учитывая имеющиеся данные о применении гербицидов и результаты исследований влияния их на сорные и культурные растения (Гунар, Березовский, 1962; Земская, 1958; Ладонин, 1962; Малишаускене, 1962 и др.), нами под руководством проф. Л. И. Сергеева в 1962— 1963 гт. проводились опыты по изуче­ нию влияния гербицидов группы 2,4-Д (натриевая соль, бути­ ловый эфир, аминосоль) на злаковые и двудольные растения в зависимости от сроков опрыскивания. Опыты проводились на посевах кукурузы ’Воронежская 76' в трехкратной повторности; размер делянки 200 м2. Опрыски­ вали гербицидами в три срока: в 1962 году в фазе 3-х, 6-ти и 10-ти листьев, в 1963 году — в фазу 2-х, 5-ти и 9-ти листьев. Доза натриевой соли 2,4-Д была 1 кг, бутилового эфира 2,4-Д — 0,5 кг и аминной соли 2,4-Д — 0,75 кг действующего вещества в 300 литрах воды на 1 га. На 2 —5-ый день после опрыскива­ ния в листьях кукурузы и сорняков определяли интенсивность фотосинтеза, содержание хлорофилла, интенсивность дыхания по углекислоте и кислороду, активность окислительных фермен­ тов (полифенолоксидазы, пероксидазы, каталазы, аскорбинок- сидазы), количество восстановленной аскорбиновой кислоты, а также окислительную способность тканей. Определение этих по­ казателей повторяли через каждые 15—20 дней. Посев и сроки опрыскивания в 1962 и 1963 годах по календарным датам почти совпадали. Однако в 1963 году всходы кукурузы были повреж­ дены заморозками. Кроме того, весна 1963 года отличалась про­ должительной засушливой погодой и сорняки появлялись позд­ но. В силу указанных причин результаты опытов 1962 и 1963 го­ дов имели свои особенности. Кроме физиологических исследований, проводились наблю­ дения за морфологическими изменениями кукурузы и сорняков. Двудольные сорняки (щирица, марь белая, шандра, вьюнок по­ левой и др.), обработанные гербицидами в ранние фазы разви­ тия, погибали на 10— 15 день после опрыскивания. У щирицы, в случае ее отрастания после обработки гербицидами, репро­ дуктивные органы отсутствуют или слабо развиты, а листья и черешки срастаются между собой. При поздних опрыскиваниях, когда сорняки уже имели репродуктивные органы, наблюдаются эпинастические изгибы верхушек, разрастание нижней части стебля, растрескивание коры. Сорняки скручиваются, полегают, но не погибают. Такое явление мы наблюдали в 1962 году после 1 8 0 3-го срока опрыскивания. При поздней обработке кукурузы в 1963 году (фаза 9 листьев) сорняки были еще молодыми и поч­ ти полностью погибли. Растения кукурузы в 1962 году после обработки в фазу 3-х листьев не имели внешних повреждений, но через 1— 1,5 месяца узловые корни их в отличие от контрольных оказались сросши­ мися между собой и сильно развитыми. После обработки куку­ рузы в фазу 6-ти листьев у отдельных растений появлялись «луковые» листья. Корни их имели уродливую форму, но в це­ лом растения развивались быстрее контрольных. Кукуруза, об-, работанная в фазу 10-ти листьев, была сильно угнетена, а стебли и листья многих растений имели изгибы. Весенние заморозки 1963 года ослабили устойчивость куку­ рузы к гербицидам, в силу чего при обработке кукурузы в фазу 2-х листьев на одних растениях можно было наблюдать изгибы стебля и листьев, у других — «луковые» листья, не исчезающие до конца вегетационного периода. «Луковые» листья особенно характерны для кукурузы с делянок, обработанных бутиловым эфиром 2,4-Д. Во второй половине лета эти делянки сильно з а ­ росли сорняками, так как ко времени обработки они еще не взошли и не подверглись действию гербицидов, что также не могло не отразиться на развитии растений. Второй срок опры­ скивания не имел отличий от предыдущего года. При опрыски­ вании в фазу 9-ти листьев кукуруза в первое время имела не­ сколько подавленный вид, однако в дальнейшем растения куку­ рузы развивались быстрее контрольных, так как посевы были чистыми от сорняков. Нашими исследованиями установлено, что интенсивность фотосинтеза в листьях кукурузы и сорняков снижается на дру­ гой же день после обработки гербицидами (Радцева, Сергеев, 1962— 1963). На 5-ый день после обработки натриевой солью 2,4-Д в листьях кукурузы интенсивность фотосинтеза была еще выше, чем в контроле. Через 20 дней после обработки гербици­ дами интенсивность фотосинтеза листьев кукурузы почти в 2 раза превышала ее в листьях контрольных растений. Даже* при обработке растений в фазу 10-ти листьев (в 1962 г.) ин­ тенсивность фотосинтеза восстанавливалась сравнительно бы­ стро и на 12-ый день в 2,7 раза превышала интенсивность фо­ тосинтеза необработанных растений. Содержание хлорофилла в листьях кукурузы на 2-ой день после обработки гербицидами во все сроки было значительно сниженным. (После обработки в фазу 2-х листьев натриевой солью 2,4-Д количество хлорофилла было равно 21,9 мг, бути­ ловым эфиром 2,4-Д — 20,6, аминосолью 2,4-Д — 22,6 мг, в растениях кукурузы с контрольной делянки — 24,1 мг на 1 г сухого веса. В фазу 5-ти листьев соответственно 23,0, 22,6, 19,1 и 26,4 мг на 1 г сухого веса). При определении содержания 181 хл ороф илла через 15—20 дней можно было отметить уже зна­ чительное повышение содержания хлорофилла в листьях обра­ ботанных растений. После опрыскивания в фазу 10-ти листьев (1962 год) содержание хлорофилла восстанавливается очень медленно и особенно после применения бутилового эфира 2,4-Д. Содержание хлорофилла в листьях сорняков (вьюнок поле­ вой, ширица) на 2-ой день после обработки гербицидами повы­ шается (в контроле листьев вьюнка полевого 17,5 мг, после об­ работки натриевой солью 2,4-Д — 24,2 мг, бутиловым эфиром 2.4-Д — 21,4 мг, аминосолью 2,4-Д — 21,7 мг хлорофилла на 1 г сухого веса). То же отмечено на 8-ой день после обработки, и только в листьях мари белой можно отметить некоторое сни­ жение содержания хлорофилла после обработки натриевой солью 2,4-Д и бутиловым эфиром 2,4-Д. Однако как те, так и другие сорняки погибают на 12— 15 день после обработки. Определение интенсивности дыхания проводилось нами по количеству поглощенного кислорода и выделенной углекисло­ ты. Измерение этих показателей производили в аппарате Голь- дана газометрическим методом, разработанным В. С. Радие­ вым и Г. Е. Радцевой (1963). На второй день после обработки кукурузы гербицидами в фазу 2-х листьев интенсивность дыха­ ния в листьях кукурузы по кислороду и углекислоте повыси­ лась (в контроле 0 2 — 86,5 микромолей на 1 г/час, С 0 2 — 79,4; после обработки натриевой солью 2,4-Д соответственно 97,2 и 88,4; бутиловым эфиром 2,4-Д — 98,7 и 89,8; аминосолью 2.4-Д — 105,9 и 95,1 микромолей на 1 г/час). Повышенная ин­ тенсивность дыхания растений кукурузы, обработанных в этот срок, по сравнению с контролем сохраняется до конца вегета­ ции. При опрыскивании кукурузы в фазу 5-ти листьев интенсив­ ность дыхания на 2-ой день после опрыскивания уменьшается (в контрольных растениях 0 2 — 83,2, С 0 2 — 83,1 микромолей на 1 г/час; после обработки натриевой солью 2,4-Д соответствен­ но — 67,0 и 66,7; бутиловым эфиром 2,4-Д — 82,0 и 79,1; ами­ носолью 2,4-Д 79,6 и 76,5 микромолей на 1 г/час). Впоследствии наблюдалось быстрое восстановление интенсивности дыхания. Через две недели после опрыскивания кукурузы натриевой солью 2,4-Д количество кислорода было равно 140,7, углекис­ лоты — 132,7 микромолей на 1 г/час; бутиловым эфиром 2,4-Д соответственно 145,2 и 134; аминосолью 2,4-Д — 166,1 и 145,8 микромолей на 1 г/час, в то время как в листьях контрольных растений эти показатели были соответственно равны 119,0 и 108,8 микромолей на 1 г/час. Повышенная интенсивность дыха­ ния у растений, обработанных гербицидами в фазу 5-ти листьев, сохранялась до конца вегетационного периода. При опрыскивании кукурузы гербицидами в фазу 9-ти ли­ стьев интенсивность дыхания понижается (на контроле коли- 182 чество Ог было равно 119,0, СО2 — 108,8 микромолей на 1 г/час; после обработки натриевой солью 2,4-Д соответственно 99,9 и 87,8; бутиловым эфиром 2,4-Д — 102,4 и 93; аминосолыо 2,4-Д — 103,8 и 90,9 микромолей на 1 г/час). Период подавления ды­ хания в этот срок обработки у кукурузы более продолжитель­ ный, и только при определении дыхания через 30 дней после обработки было отмечено повышение интенсивности дыхания. На второй день после обработки посевов гербицидами з 1-ый срок опрыскивания интенсивность дыхания корнеопрыскового сорняка — вьюнка полевого сильно увеличилась (в листьях вьюнка полевого с контрольной делянки 0 2 — 80,3, С 0 2 — 76,5; после обработки натриевой солью 2,4-Д соответственно 81,9 и 79,1; бутиловым эфиром 2,4-Д — 106,4 и 99,6; аминосолыо 2,4-Д — 106,9 и 98,3). Увеличение интенсивности дыхания в листьях однолетних сорняков, щирицы и мари белой можно на­ блюдать и при опрыскивании посевов гербицидами во 2-ой срок (исключение представляют сорняки с делянок, опрыснутых нат­ риевой солью 2,4-Д). В третий срок обработки гербицидами ин­ тенсивность дыхания однолетних двудольных сорняков, наобо­ рот, уменьшалась. Следует отметить, что при действии гербицидов на растения кукурузы дыхательный коэффициент их уменьшается, в то вре­ мя как у двудольных сорняков — увеличивается. У корне­ опрыскового сорняка, вьюнка полевого, довольно устойчивого к гербицидам, дыхательный коэффициент изменяется так же, как и у кукурузы. По-видимому, у устойчивых к гербицидам растений специфичность дыхания после обработки их гербици­ дами выражается в большем увеличении потребления кислоро­ да, чем выделения углекислоты, в то время как у растелий, чувствительных к гербицидам, соотношение кислорода и угле­ кислоты после обработки изменяется в сторону увеличения угле­ кислоты (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Изменение дыхательного коэффициента на 2-ой день после обработки гербицидами Марь Кукуруза Вьюнокполевой Щирица белая Варианты опыта 1-й 2-ой 3-ий 1-й 2-ой 1-й 3-им срок срок срок срок срок срок срок обраб. обраб. обраб. обраб. обраб. обраб. обраб. Контроль 0,92 1,00 0,91 0,95 0,88 0,85 0,86 Натриевая соль 2,4-Д 0,91 0,99 0.88 0,93 0,92 0,89 0,88 Бутиловым эфир 2,4-Д 0.91 0,96 0,90 0,94 0,92 0,88 0,87 Аминосоль 2,4-Д 0,90 0,96 0,87 0,92 0,90 0,85 0,90 183 В течение 1962— 1963 годов было отмечено, что активность каталазы в листьях кукурузы после обработки в 1 и 2 сроки опрыскивания, за небольшим исключением, изменяется в соот­ ветствии с интенсивностью дыхания. При обработке кукурузы гербицидами в 3-й срок опрыски­ вания этой зависимости не наблюдается. Так, в опытах 1963 года активность каталазы в листьях кукурузы после обра­ ботки гербицидами увеличивается, в то время как интенсивность дыхания продолжительное время остается пониженной. В 1962 году при обработке кукурузы гербицидами в этот срок наблю­ далась обратная зависимость — интенсивность дыхания увели­ чивалась, а активность каталазы уменьшалась. В листьях однолетних двудольных сорняков после обработ­ ки гербицидами в раннюю фазу развития (2-ой срок опрыски­ вания) интенсивность дыхания повышается, а активность ката­ лазы снижается. После обработки гербицидами в поздние сро­ ки (3-й срок опрыскивания) интенсивность дыхания в листьях сорняков понижается, а активность каталазы повышается. Активность пероксидазы в листьях кукурузы после опрыски­ вания гербицидами во все три срока снижается. (После опры­ скивания натриевой солью 2,4-Д в 1-й срок активность перокси­ дазы была равна 660, во 2-й срок — 1080, 3-й срок — 666; бу­ тиловым эфиром 2,4-Д соответственно — 660, 810 и 636; амино­ солью 2,4-Д — 660, 720, 636; в контрольных растениях 780, 1100 и 720)*. Только к концу вегетационного периода отмечено по­ вышение активности пероксидазы. Активность полифенолоксидазы в листьях кукурузы после обработки в фазы 2-х и 9-ти листьев несколько повышается (на контроле — 570; после обработки в фазу 2-х листьев натриевой солью 2,4-Д — 585, бутиловым эфиром 2,4-Д — 630, амино­ солью 2,4-Д — 570), но через две недели после обработки было отмечено обратное явление, что и продолжалось до конца ве­ гетационного периода. При опрыскивании кукурузы в фазу 5-ги листьев активность полифенолоксидазы уменьшалась на другой же день после обработки (в контроле 360; после обработки натриевой солью 2,4-Д — 150; бутиловым эфиром 2,4-Д — 180; аминосолью 2,4-Д — 75). Пониженная активность полифенолок­ сидазы в листьях обработанных растений кукурузы продолжа­ лась до конца вегетации. Активность аскорбиноксидазы в листьях кукурузы после об­ работки гербицидами в фазу 2-х и 5-х листьев понижается (после обработки натриевой солью 2,4-Д в фазу 2-х листьев активность аскорбиноксидазы равна 7,1, бутиловым эфиром * Активность пероксидазы и полифенолоксидазы измерялась количе­ ством мл 0,01 п иода, а аскорбиноксидазы — количеством мг аскорбиновой кислоты. 184 2,4-Д — 8,0, аминосолью 2,4-Д — 6,6, тогда как в контрольных делянках она равна 10,1, после обработки в фазу 5-ти листьев активность аскорбиноксидазы соответственно равна 39,3, 41,3, 37,3 и 42,3), что и продолжается до конца вегетации. При опры­ скивании в фазу 9-ти листьев активность аскорбиноксидазы на короткое время повышается, но в дальнейшем также отмечает­ ся понижение ее активности. В листьях вьюнка полевого активность аскорбиноксидазы после опрыскивания гербицидами понижается, кроме 3-го срока обработки. В листьях мари белой и щирицы активность аскор­ биноксидазы, наоборот, повышается. Содержание аскорбиновой кислоты и окислительная способ­ ность ткани в листьях кукурузы после обработки гербицидами ниже, чем в контроле (после обработки в фазу 2-х листьев нат­ риевой солью 2,4-Д количество аскорбиновой кислоты было равно 18,1 мг%, бутиловым эфиром 2,4-Д 13,4 мг%, амино­ солью 2,4-Д 11,9 мг%, в контроле — 18,4 мг%; окислительная способность ткани соответственно равна 13,9, 8,4, 7,5 и 15,1 мг%). Исключение представляет кукуруза, обработанная гербицидами в фазу 5-ти листьев, где количество аскорбиновой кислоты и окислительная способность вначале повышается, а затем становится ниже, чем в контроле. В листьях сорняков содержание аскорбиновой кислоты и окислительная способность тканей после опрыскивания герби­ цидами сильно уменьшается. Однако в листьях мари белой окислительная способность ткани по сравнению с контролем во все сроки обработки увеличивается. Заключение Из данных исследований видно, что гербициды группы 2,4-Д по-разному влияют на морфо-физиологические показатели сор­ ных и культурных растений. Это зависит от вида растения, фазы его развития и физиологического состояния в момент опрыски­ вания. После обработки кукурузы гербицидами в оптимальные сроки в ее листьях наблюдается непродолжительная депрессия всех физиологических процессов (интенсивность фотосинтеза, содержание хлорофилла, интенсивность дыхания и активность окислительных ферментов). Период депрессии сменяется актив­ ным повышением интенсивности фотосинтеза, дыхания, актив­ ности некоторых ферментов и содержания хлорофилла. В листьях сорняков после обработки гербицидами измене­ ние физиологических процессов происходит иначе: нарушается соотношение между интенсивностью дыхания и активностью 185 ферментов; понижается интенсивность фотосинтеза, а содержа­ ние хлорофилла увеличивается и т. д. Было установлено, что оптимальным сроком обработки ку­ курузы в 1962 году являлась фаза развития ее от 3-х до 6-ти листьев. При обработке гербицидами в фазу 3-х листьев куку­ руза увеличила урожай зеленой массы после опрыскивания на­ триевой солью 2,4-Д на 100 ц/га, бутиловым эфиром 2,4-Д - на 146 ц/га; при опрыскивании натриевой солью 2,4-Д в фазу 6-и листьев — на 64 ц/га, бутиловым эфиром 2,4-Д на 75 ц/га по сравнению с контролем. При обработке кукурузы в фазу 10-ти листьев наблюдался продолжительный период депрессии всех физиологических процессов. Урожай зеленой массы куку­ рузы в этом варианте опыта увеличился после обработки нат­ риевой солью 2,4-Д всего лишь на 3 ц/га, бутиловым эфиром 2.4-Д — на 17 ц/га. В 1963 году обработка кукурузы в фазе 2-х листьев не дала должного эффекта вследствие ослабления растений весенними заморозками и сильной засоренности во второй половине лета (урожай зеленой массы кукурузы увеличился после обработки натриевой солью 2,4-Д на 43,7 ц/га, бутиловым эфиром 2,4-Д — на 23,3 ц/га, аминосолью 2,4-Д — на 63,3 ц/га). Оптимальным сроком обработки гербицидами в этом году оказалась фаза 5-ги листьев (урожай зеленой массы кукурузы увеличился после об­ работки натриевой солью 2,4-Д на 94,2, бутиловым эфиром 2.4-Д — на 117,7, аминосолью 2,4-Д — на 105,7 ц/га). Кроме того, хорошее развитие кукурузы отмечается и при обработке в фазу 9-ти листьев. При этом, как и в 1962 году, после обра­ ботки гербицидами кукуруза испытывала продолжительный пе­ риод депрессии физиологических процессов, но вследствие того, что в посевах не было сорняков, развитие ее во второй половине вегетации проходило ускоренно (урожай зеленой массы увели­ чился соответственно на 70,7, 96,1 и 88,6 ц/га, при урожае на контроле 229 ц/га). Л И Т Е РА Т У РА Г у н а р И. И. и Б е р е з о в с к и й М. Я. Химические средства борьбы с сорняками, М., Сельхозгиз, 1952. З е м с к а я В. А. Борьба с широколистными сорняками в посевах злако­ вых культур. Итоги науки. Биологические науки, вып. 2, изд. АН СССР, М., 1958. Л а д о н и н В. Ф. Влияние производных 2,4-Д на рост и развитие яровом пшеницы. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения, вып. 39, 1962. М а л и ш а у с к е н е В. Действие гербицида 2,4-Д на фотосинтез и коли­ чество хлорофилла однодольных и двудольных растений. Вопросы физиологии и биохимии. Институт ботаники АН Литовской ССР, Вильнюс, 1962. 186 Р а д ц е в В. С. и Р а д ц е в а Г. Е. Макрометод определения дыхания у растении при морфофизиологическом испытании гербицидов группы 2,4-Д. Труды БСХИ, т. 7, Уфа, 1963. Р а д ц е в а Г. Е. и С е р г е е в Л. И. Физиологическое обоснование рацио­ нального использования бутилового эфира 2,4-Д. Химизация сельского хозяйства Башкирии, вып. 4—5, Уфа, 1962— 1963. В Л И Я Н И Е П О Ч В Е Н Н Ы Х У С Л О В И Й НА З А Б О Л Е В А Н И Е К А РТ О Ф Е Л Я Р Ж А В О С Т Ь Ю Т. А. Барская, Г. А. Вичурина Институт биологии Карельского филиала АН СССР Заболевание картофеля «ржавость» встречается почти по­ всеместно в районах его возделывания. Характерным призна­ ком данного заболевания являются ржавые пятна мякоти, ви­ димые на разрезе клубня. Наша работа посвящена изучению причин, вызывающих з а ­ болевание картофеля ржавостью. Работа проводилась на агробиологической опытной станции Института биологии Карельского филиала АН СССР. Опыты закладывались в открытом грунте на специально оборудован­ ной термоплощадке. Пониженные и повышенные температуры почвы создавались путем пропускания по трубам, расположен­ ным в почве на глубине 20 см, холодной родниковой или подо­ гретой воды (Коровин и Курец, 1959). Охлаждение и нагрев воды проводились круглосуточно от посадки до уборки. Карто­ фель выращивался при трех вариантах температуры почвы: по­ догретая, охлажденная и контроль (естественная температура почвы). Каждый вариант опыта представлял собой делянку площадью 6 X 1 . 2 м. Повторность делянок двухкратная. Н а ­ блюдения за температурой почвы проводились ежедневно. Р а ­ бота велась в течение 3-х лет: с 1960 по 1962 год. В 1960 г. в летний период на охлажденной почве средне­ суточная температура на глубине 10 см была в пределах 10,7— 18,1 ’, на утепленной — 19,8—28,5°, на контроле — 12,6— 19,6°. В 1961 г. на охлажденной почве среднесуточная темпера­ тура была в пределах 13,2— 18,7°, на утепленной — 22,6—25,6°, на контроле — 15,5—20,3°. В 1962 г. на охлажденной почве среднесуточная темпера­ тура была 12— 15,7°, на утепленной — 18,8—26,8°, на контро­ ле — 12,2— 17,5°. Исследования проводились с сортом Ъерлихинген’. В 1960 г. влажность почвы на делянках с различной тем­ пературой выравнивалась путем периодических поливов. В 1961 и 1962 гг. в связи с обилием выпадающих осадков поливы не проводились. 187 Перед посадкой картофеля на термоплощадке проводилось выравнивание почвы между вариантами. Для этого с каждой делянки снимался слой почвы на глубину 20 см и затем после перемешивания равномерно распределялся между вариантами. Почвы на термоплощадке средне-суглинистые, слабо-кислые. В 1960 и 1961 гг. в почву под все варианты были внесены мине­ ральные удобрения и перегной. В 1962 г. на всех вариантах термоплощадки создавались различные почвенные условия. Каждая делянка разбивалась на 6 площадок размером 1,2 м2. На первой площадке смесь состояла из 2/3 песка и 1/3 ча­ сти почвы. Минеральные удобрения и перегной не вносились. На оставшихся пяти площадках внесены минеральные удобре­ ния из расчета по 20 г хлористого калия и азотнокислого ам­ мония, 40 г суперфосфата и 6 кг парникового перегноя на каж­ дую площадку. На пятой площадке дополнительно при посадке в лунки внесено по 3 г суперфосфата под каждое растение. На шестую площадку дополнительно внесено 300 г негашеной из­ вести. Таким образом, на каждом варианте создавались следую­ щие почвенные разности: бедная почва — песчаный фон; почва, заправленная удобрениями по общепринятым для Карелии нор­ мам; почва с повышенным содержанием фосфора (местное вне­ сение суперфосфата) и произвесткованная почва. Учет заболевания ржавостью проводили путем просматрива­ ния срезов клубней у каждого выкопанного куста в период уборки. Результаты исследований В опытах на охлажденной почве картофель ржавостью не поражался на протяжении всего периода исследований. На контрольных делянках в 1960 г. ржавостью было пора­ жено 4% растений. В 1961 и 1962 гг. это заболевание не было обнаружено ни на одном из применявшихся видов удобрений. На теплой почве наблюдалось массовое поражение карто­ феля ржавостью. В 1960 г. в период уборки на теплой почве ржавость была обнаружена у 100% растений, а в 1961 г. у 95%. В 1962 г. на утепленной делянке заболевание наблюдалось на всех вариантах удобрений (табл. 1). В. Г. Рейфман (1960) считает, что недостаток в почве до­ ступных для растений форм фосфора является основной при­ чиной, вызывающей поражение клубней ржавостью. Д л я борь­ бы с этим заболеванием автор рекомендует внесение высоких доз фосфорных удобрений. 188 Т а б л и ц а 1 Поражение картофеля ржавостью на утепленной почве в 1962 г (сорт ’Берлихинген’) % растений, пора­ Варианты опыта Д атауборки женных р ж а ­востью Общий фон (20 г хлористого калия и азот­ нокислого аммония, 40 г суперфосфата и 6 кг перегноя на 1,2 м2) 6/IX 92,1 Общий фон -j- 3 г< суперфосфата в лунки ,, 88,8 Общий фон 300 г негашеной извести на 1 м2 100 1/3 почвы и 2/3 песка без внесения удоб­ рений ■> 100 Мы проводили исследования на почвах, имеющих достаточ­ ное количество фосфора в доступной для растений форме. Так, в 1961 и 1962 гг. в начале массового распространения заболевания — третья декада августа, на подогреваемой почве растения были в достаточной степени обеспечены фосфором в легкодоступной форме (табл. 2). На контрольной делянке, где Т а б л и ц а 2 Содержание азота, фосфора и калия на термоплощадке за 1962 г. Д ата в зя ­ Общий Р 20 5 в мг на г КгО в мг 100 Варианты тия об­ азот (по почвы (по на 100 г разцов Кьель- Кирса­ почвы (по далю) нову) Пейве) Подогреваемая почва 21/VIII 0,38 37,0 8,0 Охлажденная почва 2 1 /V III 0,38 48,0 8,4 Контроль (естественная температура почвы) 21 /V I11 0,32 30,4 8,4 фосфор был в меньшем количестве, заболевания растений р ж а ­ востью не наблюдалось. Дополнительное внесение суперфосфата при посадке в лун­ ки (по 3 г под одно растение из расчета 150 кг на 1 га) в на­ ших опытах лишь незначительно, на 3,3%, снизило процент з а ­ болевших растений. Клубни картофеля на подогреваемой почве в наших опытах характеризовались повышенным содержанием общего фосфора 189 по сравнению с клубнями растений, растущих на охлажденной и контрольной делянках (табл. 3). Т а б л и ц а 3 Влияние температуры почвы и заболевания ржавостью на содержание фосфора в клубнях картофеля в период уборки Содержание Р 2О5 в % на абсолютно Варианты опыта сухой вес 1961 г. 1962 г. У т е п л е н н а я п о ч в а Здоровые клубни 6,98 4,49 Клубни с признаками ржавости 6,60 6,74 Охлаж денная почва 4,35 4,20 Контроль (естественная температура почвы) 5,26 5,73 О. Д. Белова (1962) для борьбы со ржавостью рекомендует вносить известь и азотные удобрения. Мы проводили опыты на почве, заправленной органическими и минеральными удобрениями. Однако, несмотря на хорошую заправку почвы удобрениями за все годы изучения, процент пораженных ржавостью растений на подогреваемой почве был чрезвычайно высоким (92,1 — 100%). Из вышеприведенных данных можно заключить, что массо­ вое заболевание картофеля ржавостью в наших опытах было обусловлено температурным режимом почвы, а не недостатком элементов минерального питания. В результате проведенных исследований можно заключить, что повышенная температура почвы 22—27° обуславливает мас­ совое поражение картофеля ржавостью. При температуре почвы 12,6— 19,6° картофель в незначительной степени поражается ржавостью лишь в сравнительно бедные осадками годы. Температура почвы 10— 18° препятствует развитию данного заболевания на картофеле. И. Н. Абрамов (1953), работавший на Дальнем Востоке, указывает, что на северных склонах, где температура почвы ниже, картофель в меньшей степени поражается ржавостью, чем на южных склонах. Поэтому можно заключить, что в райо­ нах массового поражения картофеля ржавостью для борьбы с этим заболеванием, можно рекомендовать агроприемы, способ­ ствующие снижению температуры почвы, как-то: посадка кар­ тофеля на «холодных почвах», к которым относятся торфяники и пойменные земли, при жаркой погоде — замена окучивания глубоким рыхлением и т. д. 190 Физиологические процессы, обуславливающие заболевание ржавостью Наши предыдущие исследования (Барская и Егорова, 1960; Коровин и Барская, 1962) показали, что температура почвы ока ­ зывает большое влияние на интенсивность дыхания и актив­ ность окислительных ферментов растений. Поэтому указанным физиологическим процессам и уделялось основное внимание в работе. Исследования в основном проводились на клубнях, так как листья растений в 1961 г. и 1962 г., особенно на охлажден­ ной и контрольной делянках, были в сильной степени поражены фитофторой. Интенсивность дыхания определялась путем вы­ держивания клубней в банках над раствором барита (Вальтер и др., 1957). Наши предыдущие исследования показали (Коровин и Б а р ­ ская, 1962), что отчетливая разница по интенсивности дыхания растений, выращиваемых при различной температуре среды, наблюдается лишь при условии, если температура в период определения интенсивности дыхания близка к температуре, при которой развивался данный орган растения. Ввиду этого определения интенсивности дыхания клубней мы проводили при температурах, близких к температурам поч­ вы, в период формирования клубней. Клубни картофеля, выращенные на подогретой почве, в на­ ших опытах обладали более высокой интенсивностью дыхания (табл. 4). Отсюда следует, что при повышенной температуре почвы процессы дыхания в клубнях происходят более интен­ сивно. Т а б л и ц а 4 Интенсивность дыхания клубней картофеля, выращивавшихся при различ­ ной температуре почвы (в мг С 0 2 на 1 г сырого веса) Д ата Темпера­тура в пе­ Интенсив­ Варианты опыта определе­ ность д ы ­ ния риод опре­деления хания Подогреваемая почва 16/VIII 20—22° 5,99 Контроль (почва без подогрева и охлаждения) , , 14— 17° 1,4 Подогреваемая почва 3/IX 20—22° 6,7 Контроль „ 14— 17° 3,9 В наших исследованиях не наблюдалось определенной з а ­ висимости между активностью фермента полифенолоксидазы и температурой почвы. Качественная реакция на оксидазы (в картофеле оксидазы в основном представлены полифенолокси- дазой) показала некоторое повышение активности фермента 191 возле пораженных ржавостью участков ткани клубня, тогда как сами ржавые пятна не изменяли окраски под влиянием ре­ актива. Здоровые клубни окрашивались данным реактивом равно­ мерно по коровой части клубня вдоль кожуры. Некоторое уси­ ление окраски наблюдалось лишь в местах механического по­ вреждения ткани клубня. Качественная реакция на полифенолоксидазу производилась путем обработки срезов клубней а-нафтолом и парафенилеи- диамином (Джапаридзе, 1953). При качественном определении активности полифенолокси: дазы также наблюдалось снижение активности фермента в по­ раженной ткани (табл. 5). Т а б л и ц а 5 Влияние температуры почвы на активность полифенолоксидазы * в клубнях картофеля Актив­ Д ата ность фер­ Д ата Актив­ Варианты опыта опреде­ мента (в опреде­ ность ления мг пурпур- ления фермента галл ин а) Утепленная почва Рж авы е пятна мякоти 20/VIII 6,2 4/IX 3,9 Здоровые клубни ,, 7,3 4/IX 5,4 Клубни с контроля ” 7,4 4/IX 6,2 Качественные определения активности фермента цитохром- оксидазы реактивом Нади (Глик, 1950) показали, что актив­ ность этого фермента также повышается вблизи пораженных ржавостью участков мякоти клубня. С данным реактивом окрашивание было более интенсивным, чем с реактивом на полифенолоксидазу. В пораженной ткани клубня под влиянием реактива Нади также наблюдалось изменение окраски. Активность ферментов тирозиназы и пероксидазы была выше у клубней, растущих на теплой почве. Однако отчетли­ вой разницы в активности фермента тирозиназы между здоро­ выми и пораженными ржавостью клубнями не было обнару­ жено. Активность пероксидазы на теплой почве была значитель­ но выше при появлении на клубнях признаков ржавости. На­ пример, 31 июля 1962 г. при исследовании активности этого фермента на теплой почве активность пероксидазы в клубнях * Определения фермента проводились по Кейлину в модификации С. М. Прокошева (1933). 192 была ниже, чем на контрольной делянке (табл. 6). В этот пе­ риод ржавость на клубнях не была обнаружена. Т а б л и ц а 6 Влияние температуры почвы на активность пероксидазы в клубнях картофеля Д ата опре­ Активность фер­Варианты опыта деления мента (в мг се­ребра) Подогретая почва здоровые клубни 31/V1I 1,36 Контрольная почва 31/VII 1,54 Подогретая почва здоровые клубни 17/VIII 0,47 больные клубни 17/VIII 0,86 Контрольная почва 17/ VIII 0,47 Подогретая почва здоровые клубни 4/IX 0,79 больные клубни 4/IX 1,05 Контрольная почва 4/IX 0,73 При определении активности фермента 17 августа в начале появления заболевания ржавостью активность пероксидазы была значительно выше у пораженных клубней. Активность пероксидазы определялась методом X. Н. Починка (1956) по окислению гваякола в присутствии перекиси водорода (гваякол является полифенолом, способным легко окисляться с образо­ ванием темноокрашенных веществ). Качественная реакция на пероксидазу проводилась путем обработки срезов клубней раст­ ворами гваякола и перекиси водорода. Было обнаружено резкое повышение активности этого фермента у клубней с признаками ржавости вблизи пораженных пятен мякоти и в самих пятнах. А. В. Рожалин (1936) и В. Г. Рейфман (1960) наблюдали резкое увеличение активности окислительных ферментов у клубней, пораженных ржавостью. В наших исследованиях в пораженных ржавостью участках ткани клубней наблюдалось повышение активности фермента пероксидазы и снижение активности полифенолоксидазы, по­ этому можно предположить, что ржавость картофеля обуслов­ лена нарушением нормального хода процессов окисления ве­ ществ фенольного комплекса под воздействием повышенной температуры почвы, в результате чего в тканях клубня образу­ ются темноокрашенные пятна. 13 Заказ № 4752 193 Вы воды Повышенная температура почвы (22—28°) вызывает нару­ шение процессов обмена в картофельном растении и обуслав­ ливает массовое заболевание картофеля ржавостью даже в ус­ ловиях достаточно увлажненных и хорошо удобренных почв. При пониженной температуре почвы (среднесуточная темпе­ ратура почвы 11 — 18°) картофель данным заболеванием не по­ ражается. В районах массового поражения картофеля ржавостью це­ лесообразно применять агротехнические мероприятия, способст­ вующие снижению температуры почвы, как-то: замена окучи­ вания глубоким рыхлением, посадка картофеля на осушенных торфяниках и пойменных землях, летние посадки картофеля и т. д. Л ИТЕРАТУРА А б р а м о в И. Н. Болезни картофеля на Дальнем Востоке. Хабаровское книжное изд., 1953. Б а р с к а я Т. А., Е г о р о в а А. А. Влияние температуры почвы на актив­ ность ферментов каталазы и пероксидазы у холодостойких и тепло­ любивых растений. Вопросы физиологии и экологии растений в усло­ виях Севера, вып. XXVIII, Петрозаводск, 1960. Б е л о в а О. Д. Болезни и вредители картофеля. Сельхозгиз, М., 1962. В а л ь т е р О. А., П и н е в и ч Л. М. , В а р а с о в а H. Н. Практикум по фи­ зиологии растений с основами биохимии. Сельхозгиз, 1957. Г л и к Д. Методика гисто-цитохимии. Изд. ИЛ, 1950. Д ж а п а р и д з е Л. И. Практикум по макроскопической химии растений. Сов. наука, 1952. К о р о в и н А. И. , К у р е ц В. К. Усовершенствование метода получения различных температур почвы для опытов с растениями. Известия Ка­ рельского и Кольского филиалов Академии Наук СССР, № 4, 1959. К о р о в и н А. И., Б а р с к а я Т. А. Влияние температуры почвы на дыха­ ние и активность окислительных ферментов корней у холодоустойчи­ вых и теплолюбивых растений. Физиология растений, т. 9, вып. 4, 1962. П о ч и н о к X. Н. К определению активности пероксидазы в растениях гваяколовым методом. Труды Института физиологии растений и агро­ химии, № 10, 1955. П р о к о ш е в С. М. Раневое образование витамина «С» в картофеле. Био­ химия, т. 9, вып. I, 1938. Р е й ф м а н В. Г. Природа ржавости картофеля. Изд. АН СССР, М., 1960. Р о ж а л и н Л. В. Природа концентрического некроза картофеля (желези­ стая пятнистость). Вирусные болезни картофеля. Труды ВАСХНИЛ, вып. 5, 1936. К В О П Р О С У ОБ УСТ ОЙЧИ ВО СТИ К А РТ О Ф Е Л Я к З А М О Р О З К А М С. Н. Дроздов, 3. Ф. Сычева, И. В. Ильина, Т. А. Барская Институт биологии Карельского филиала АН СССР Картофель возделывается в Карелии со второй половины XVIII века (1766 г.) и к настоящему времени стал одной из ведущих сельскохозяйственных культур, занимая 11,3% пашни (6668 га). В последние годы совхозы за счет улучшения аг­ ротехники возделывания и применения высоких доз органиче­ ских удобрений добились резкого увеличения урожайности кар­ тофеля. В передовых хозяйствах получают урожаи картофеля до 225 ц/га при средней урожайности по республике 141,5 ц/га (1960 г.). Одним из факторов, мешающих получению высоких стабиль­ ных урожаев картофеля в условиях Карелии, являются замо­ розки. По данным Петрозаводской гидрометобсерватории, на территории Карелии, особенно на осушенных торфяниках, почти ежегодно отмечается повреждение ботвы картофеля поздневе­ сенними или раннеосенними заморозками. Сильные поздневе­ сенние и летние заморозки отмечены в 1963 году. Этот год ха­ рактеризуется особенно резкими колебаниями температуры в те­ чение суток; во второй половине июля был отмечен ряд скры­ тых заморозков с перепадами температуры между листьями и воздухом до 6—7° С. Лаборатория физиологии и экологии растений Института биологии Карельского филиала АН СССР, работая над вопро­ сами устойчивости растений к неблагоприятным климатическим факторам в условиях Севера, в последние 2—3 года основное внимание уделяет устойчивости картофеля к заморозкам. В на­ стоящем сообщении приводятся некоторые данные по устойчи­ вости к заморозкам перспективных в Карелии сортов и некото­ рых гибридов селекции Института картофельного хозяйства (ИКХ) и Полярной станции ВИР (ПОВИР) и на основании проведенных лабораторией физиологических исследований и обобщения литературных данных делается попытка вскрытия причин устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды, в частности, к заморозкам. Устойчивость ботвы картофеля изучалась методом прямого зам ораж и ­ вания целых растений и отрезанных листьев в холодильных камерах (рис. I); изменение температуры воздуха камеры в период проведения *а- морозка представлено на рис. 2. Растения выращивались в эмалированных вегетационных сосудах объ­ емом 6 кг, на песчаной культуре, при поливе питательным раствором (ви­ доизмененная смесь Кнопа с добавлением микроэлементов). В целях под­ держания постоянного значения pH = 5,5 полив проводился дважды в день до обильного протекания раствора в поддон; периодически, раз в д в а —три дня, полив проводился сырой водой с заданным pH. В опытах по изучению 1Э‘ 195 влияния заморозков на урожай клубней, растения выращивались из.целого выровненного клубневого материала (вес клубня около 35 г). При изучении устойчивости ботвы различных видов и гибридов карто­ феля, растения выращивались из глазкового материала по четыре сорта Рис. 1. Холодильная камера конструкции инженера В. К. Курец. 1 — холодильная установка ФАК-1,5; 2 — испарители; 3 — смесительная камера; 4 — холодильная камера; 5 — многоточечный электротермометр; 6 — биметаллический тер­ морегулятор; 7 — нагнетательный воздуховод; 8 . — короб воздуховода с вентилятором; 9 — двери камеры; 10 — от­ водящий воздуховод. Рис. 2. Изменение температуры воздуха камеры в период прове­ дения заморозка (22—23/VI 1963 г.). в каждом сосуде (рис. 3 ), что значительно выравнивает микроклимат в пе­ риод заморозка. Помимо этого для контроля все формы картофеля были высажены в полевых условиях. Описание повреждений проводилось на второй день после заморозка по 100-балльной системе. В анализе использовались хорошо развитые верхние листья (3—4 листа сверху). Рис. 3. Расположение растений в сосуде при посадке клубнем (А) и глазками (Б) . Изучение устойчивости ботвы районированных сортов кар­ тофеля и проходящих сортоиспытание в Карелии показало зна­ чительные различия как между сортами, так и внутри каждого сорта (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Устойчивость к заморозкам ботвы перспективных для Карелии сортов картофеля (24—40-кратная повторность) Сорт Степень повреждения ботвы Фаленский 33,3 Приекульский 21,1 Хибинский 22,4 Имандра 11,3 Берлихинген 22,0 Сиверский 7,7 Волховский 20,2 JIopx 19,5 Из изученных 8-ми сортов картофеля наибольшая устойчи­ вость ботвы была у сортов ’Сиверский’ и ’Имандра’, наимень­ шую устойчивость показала ботва у сорта ’Фаленский’. В то же время следует обратить особое внимание на кустовое раз­ личие внутри каждого сорта. Диапазон устойчивости оотвы раз­ личных растений внутри сорта очень велик; отдельные кусты гибнут при небольшой температуре ( —3°С) , в то время как ботва других растений переносит без замерзания и видимых повреждений заморозки до —6,5° С. В литературе (Firbas и. Ross, 1961) подобные случаи рассматриваются как способность отдельных растений к переохлаждению. В наших исследова­ ниях вряд ли возможно переохлаждение, так как воздух в ка­ мере в период заморозка находится в движении (так как пода­ ется с помощью вентилятора), и сама камера вместе с находя­ щимися в ней растениями испытывает значительную вибрацию от работы мотора. Поэтому, вероятно, отсутствие льдообразо­ вания у отдельных растений во время заморозков не может быть объяснено переохлаждением, а зависит от более сложных причин, связанных со структурным строением плазмы. Сущест­ вующее в литературе мнение, что температура повреждения ботвы картофеля лежит в пределах ~ 2 , —3° С и не меняется в период вегетации (Степанов, 1946), возникло, вероятно, в ре­ зультате того, что не учитывались скрытые заморозки, почти всегда сопутствующие заморозкам радиационного типа; в этих случаях температура воздуха всегда на несколько градусов выше температуры тканей ботвы. В наших исследованиях 1961 — 1962 гг. ботва картофеля сильно повреждалась при температуре тканей —3,4° С, а в 1963 году ботва всех сортов картофеля в ряде опытов выдер­ живала эту температуру в течение 2—3 часов без видимых сле­ дов повреждения. В ряде случаев повреждение ботвы различ­ ных сортов картофеля наблюдалось только при кратковремен­ ном заморозке (общая продолжительность отрицательных тем­ ператур около 3,5 часов) интенсивностью до —5° С. Изучение устойчивости на отделенном от растения листовом материале в наших исследованиях дало вполне удовлетвори­ тельные результаты при сравнении устойчивости различных ви­ дов картофеля. При изучении сортовых различий, значительно менее резких, чем видовые, этот метод при многократной про­ верке не дал удовлетворительных результатов. Это, по всей вероятности, объясняется тем, что отделение от растения листа с помещением его до заморозка во влажную среду резко из- _меняет весь ход обмена, присущий данному растению в целом, как единому организму. Проведенные испытания ряда гибридов селекции П О В И Р ’а и ИКХ (табл. 2) показали, что среди них есть ряд номеров с очень высокой морозоустойчивостью, как, например, 32/601, 25/602, 50/595, мало уступающих устойчивости к заморозкам ботвы диких видов. Но пока эти гибриды интересны только как селекционный материал, так как они далеко не отвечают тре­ бованиям, предъявляемым сорту. 198 Т а б л и ц а 2 Устойчивость к заморозкам некоторых перспективных гибридов селекции П О В И Р ’а и ИКХ (8-кратная повторность) Наименование видов, Процент сортов и гибридов Происхождение поврежденияботвы Solanum schreiteri 0 S. demissum 0,6 ( 0 - 5 ) S. semidemissum 8,5 (0—40) Гибрид 32/601 П ОВИР 118/58 X Хибинский ранний 0 Гибрид 25/602 Северный X 39/575 2,5 ( 0 - 2 0 ) 50/595 41/56 X Приекульский ран­ ний 4,3 ( 0 - 3 0 ) 118/58 гибр. Acaulia X Хибинский ранний 5,0 ( 0 - 1 5 ) 12/611 82 (гибр. Acaulia) X Хи­ бинский ранний 7,5 ( 0 - 3 5 ) 50 / , _ 6 —28 31/61 57 ( / X 536 X Хибинский ранний) X 6—28/536 16,6 (0—70) 44/572 34/56 X смесью пыльцы (Эрляйн -f- 6—28/536) 16,8 (0—30) Сеянец 233 ИКХ 19,3 (0—70) Гибрид 39/575 П О В И Р Гибр. S. demissum (S. schrei­ teri X 5. tuberosum) X смесью пыльцы (Эр­ ляйн + 6—28/536) 21,8 (0—70) Сорт ’Лорх’ 21,8 ( 0 - 6 5 ) Сеянец 81—31 ИКХ 23,7 (0—70) Сеянец 36 ИКХ 26,8 (0—70) Гибрид 41/56 П ОВ ИР S. рипае X Розвите 29,2 (0—60) „ 46/59 34/56 (S. schreiteri X Розви­ те) X 6 —28/536 29,3 (0—70) 13/613 „ (34/56 X 6—28/536 X 6— 28/536 29,3 ( 0 - 7 0 ) Сорт ’Олев’ 29,3 ( 0 - 8 0 ) Гибрид 8/552 П О В И Р Имандра X 1/521 (S. schreiteri X 5. tuberosum) 32,8 (10—70) Так обстоит вопрос с устойчивостью ботвы картофеля к з а ­ морозкам. Но с хозяйственной точки зрения решающим явля­ ется урожай и качество клубней. Поэтому были поставлены опыты по влиянию заморозков на урожай и качество клубней. Проведенные исследования вскрыли (табл. 3) ряд очень инте­ ресных моментов. Используя кустовое отличие в устойчивости ботвы к заморозкам внутри сорта (’Приекульский ранний’), были получены следующие данные по урожайности: у растений, ботва которых перенесла заморозки без видимых повреждений, урожай клубней, особенно товарных, к моменту уборки был 199 Т а б л и ц а 3 Влияние заморозков в фазу начала бутонизации на урожай клубней раннего картофеля (10-кратная повторность) П о­ Высо­ Воз­ К л у б н и № № вреж ­ та р а ­ душно Коли­ UU Сорт Вариант стения сухой чество дение стеб­ в е с Количество ('%) (см) вес ботвы лей общий товар ­ товар­ ('%) ный (%) общий ный____________ 1 Приекульский контроль 23,8 14,2 2,8 669 100 578 100 15,6 7,5 9,9 ранний заморозок 63 . 39,8 18,5 4,7 614 91,8 543 94,0 18,1 6,5 10,0 0 28,3 15,1 3,0 588 87,8 467 80,7 22,3 5,3 8,9 2 Скороспелка № 2 контроль — 28,6 21,0 2,9 634 100 600 100 13,0 7,3 11,3 заморозок 55 33,4 26,6 4,5 614 93,9 529 88,1 18,2 7,7 12,7 3 Фаленский контроль — 77,7 33,8 2,8 712 100 670 100 12,1 7,7 12,7 заморозок 71 57,9 30,5 5,9 591 82,9 511 76,3 13,3 7,2 11,3 4 Детскосельский контроль — 42,1 21,0 3,5 679 100 603 100 16,2 9,3 12,3 ранний заморозок 48 45,6 23,3 7,0 680 100 559 92,8 18,4 9,0 12,4 1 Содержание 1 крахмала 1 (%) 200 значительно ниже (в среднем на 63%), чем у растений, ботва которых в фазу бутонизации была сильно повреждена прошед­ шими заморозками. Так, например, у сорта ’Приекульский ран­ ний’ при одновременной уборке всех вариантов (в фазу отми­ рания ботвы пожелтели 2—3 нижних листа) у растений с по­ врежденной от заморозков ботвой был снижен общий урожаи клубней на 8,2% и товарных клубней на 6%, а у растений, пе­ ренесших заморозок без видимых повреждений — соответст­ венно на 12,2% и 19,3%. При анализе данных по оправлению растений скороспелых сортов картофеля после заморозка в фазу бутонизации, отме­ чаются значительные сортовые отличия как в формировании ботвы, так и по урожаю клубней. Общим признаком является увеличение количества побегов. Высота растений у одних сор­ тов (’Приекульский ранний’, ’Скороспелка № 2’) значительно возрастает, у других (’Фаленский’) — снижается. Изменение крахмалистости клубней в результате прошедшего заморозка также зависит от сорта, в одних случаях повышаясь (’Скоро­ спелка № 2’), в других снижаясь (’Фаленский’). Все эти особенности еще недостаточно изучены, но их более глубокое познание, можно надеяться, позволит свести потери от заморозков к миниму-му. В течение ряда лет (1960— 1963 гг.) сотрудниками лабора ­ тории изучалась зависимость устойчивости растений от вязко­ сти и проницаемости плазмы, углеводного и белкового обмена, влияния минерального питания, закалок и т. д. В результате проведенных работ и анализа литературных материалов мы склонны рассматривать устойчивость растений, и в частности к заморозкам, в зависимости от качества ферментов, присущих данному растению. Качество ферментов определяется соотно­ шением их составляющих изоферментов (Вроблевский, 1961). В наших исследованиях проводилось определение активно­ сти ферментов углеводного комплекса различных по устойчи­ вости образцов картофеля при различных температурных ре­ жимах. Исследования показали (табл. 5), что, например, активность фосфорилазы у морозоустойчивого вида (S. ри пае ) при пони­ жении температуры значительно выше, чем у фосфорилазы ме­ нее устойчивого картофеля (Камераз № 1, сеянец), в то время как при высокой температуре наблюдается обратная зависи­ мость. Активность фосфорилазы определялась по синтезу крахмала в реакционной смеси. В качестве стандарта использовался 0,1% раствор крахмала. На ведущую роль ферментов в устойчивости растений ука ­ зывали ряд исследователей (Курсанов, Крюкова, Морозов, 1938; Белкин, 1948). К сожалению, выдвинутый Благовещен- 201 Т а б л и ц а 5 Активность фосфорилазы при различной температуре среды (в мг крахмала) 3-я часовая экспозиция Наименование Д ата опре­ темпера­ образцов деления темпера­ актив­ тура актив­ тура (в °С ) ность (в °С ) ность 5. рипае 0,21 0,24 16/VI1I 1963 г. + 0 ,7 ,— 1,1 + 30 Камераз № 1 0,11 0,70 Камераз № 1 0,21 0,23 29/VI1I 1963 г. + 0 ,3 ,—0,7 + 30 5. рипае 0,14 1,00 ским (1960) вопрос о роли качества ферментов в устойчиво­ сти растений не получил, на наш взгляд, должной оценки. Косвенно на качественное отличие ферментных систем ука­ зывает ряд работ по изучению обмена веществ в растениях в зависимости от их морозоустойчивости (Барская, 1956; Моча- лова, 1958; Карапетян, 1962 и др.). Выводы Проведенные в экспериментальных условиях работы по изу­ чению устойчивости к заморозкам ряда сортов и гибридов кар­ тофеля показали, что: 1. Ботва различных сортов и гибридов картофеля значи­ тельно отличается по своей устойчивости к заморозкам. 2. Внутри культурных сортов картофеля по устойчивости ботвы наблюдается большое кустовое различие, достигающее 2 3 С . 3. Устойчивость ботвы картофеля значительно меняется в зависимости от условий среды. 4. Отсутствие видимых повреждений ботвы не является кри­ терием устойчивости картофельного растения к заморозкам, так как урожаи клубней в этом случае может быть снижен значи­ тельно больше, чем при гибели надземной массы. 5. • Устойчивость растений к заморозкам определяется каче­ ством ферментов, свойственных данному растению. Л ИТЕРАТУРА Б а р с к а я Т. Л. Некоторые данные к апатомо-физиологическоп характе­ ристике морозоустойчивых видов и гибридов картофеля. Труды Ка­ рельского филиала АН СССР, в. VI, 1956. 202 Б е л к и н Н. И. Ферментативные показатели холодоустойчивости озимых пшениц в связи с их закаливанием. Тр. Днепропетровского с.-х. ин-та, т. 2—3, 1948. Б л а г о в е щ е н с к и й А. В. Ферменты и холодостойкость растений. Фи­ зиология устойчивости растений. Изд-во АН СССР, М., 1960. В р о б л е в с к и й Ф. Изоферменты и их диагностическое значение. V М еж ­ дународный биохимический конгресс. Рефераты секционных сообще­ ний, т. 1, секция 1— 13, Москва, 1961. К а р а п е т я н К. А. О некоторых изменениях, происходящих в белковом и углеводном обмене почек миндаля в условиях пониженных темпера­ тур. Изв. АН Арм. ССР, Биол. 15, № 7, 1962. К у р с а н о в А. Л. , К р ю к о в а H. H., М о р о з о в А. С. Влияние темпе­ ратуры почвы на обратимое действие инвертазы в растениях в сзязи с их холодо- и жароустойчивостью. Изв. АН СССР, 1, 1938. М о ч а л о в а Т. И. Некоторые биологические особенности морозоустойчивых форм картофеля. Уч. записки ЛСХИ, в. 77, 1958. С т е п а н о в В. Н. Устойчивость сельскохозяйственных культур к замороз­ кам на разных фазах развития. Докл. Моск. С.-х. академии им. К. А. Тимирязева, в. 3, М., 1946. F i e b a s H. und R o s s H. Zückung auf Frostresistenz bei der Kartoffel. Zeitschrift für Pflanzenzüchtung. Bd 45, Ht. 4/4, Berlin, 1961. 203 II. М И Н Е Р АЛ Ь Н О Е ПИТАНИЕ И РОСТ РАСТЕНИЙ И С П О Л Ь З О В А Н И Е М Е Т О Д А С Т Е Р И Л Ь Н О Й КУЛЬТУРЫ И З О Л И Р О В А Н Н Ы Х К О Р Н Е Й Д Л Я И З У Ч Е Н И Я УСВОЕНИЯ Р А С Т Е Н И Я М И А М И Н О К И С Л О Т Е. И. Ратнер, А. Л\. Смирнов Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР Принципиальная возможность усвоения растениями органи­ ческих источников азота была установлена сравнительно давно с помощью метода стерильной культуры высших растений (Пет­ ров, 1917; Шулов, 1913; Hutchinson & Miller, 1912; Beaumont и др., 1931). В настоящее время для изучения ряда вопросов азотного обмена может быть с успехом использован метод стерильной культуры изолированных корней. Этот метод особенно удобен при изучении усвоения органических источников азота, так как наличие стерильных условий и отсутствие надземных органов растений позволяет полнее выяснить физиологические функции, присущие непосредственно корням в превращениях азотсодер­ жащих соединений. За последние годы было опубликовано несколько работ, в которых изучали действие отдельных аминокислот на изолиро­ ванные корни ряда растений (Skinner & Street, 1954; Barnes & Naylor, 1959; Harris, 1959; Street и др., 1960). В этих работах также подчеркивается большое преимущество данного метода. Методика работы с изолированными корнями была подробно описана в ряде предшествующих наших работ и в работах других исследователей (White, 1943; Уайт, 1949; Смирнов, 1956; Смирнов и Хуан Хун-шу, 1961; Хуан Хун-шу, 1962). В двух последних работах приведен и состав пита­ тельных сред, на которых мы выращивали изолированные корни люцерны (Medicago sativa L.), росшие в стерильной культуре более трех лет. Повторность во всех опытах была не менее 10-кратной. Учитывали основные показатели роста: длину главного корня и его сырой вес, общую длину всех боковых корней на главном корне и число боковых корней. Сред­ ние по различным вариантам опытов приводятся по этим показателям в расчете на один корень (в отдельных случаях на 10 корней). Продолжи­ тельность роста корней в культуре 7 суток. Перед началом каждого опыта и в конце его определяли (потенциометричееки) pH среды. Состав свободных аминокислот в спиртовых экстрактах корней, опреде­ ляли по методу восходящей одномерной распределительной хроматографии на бумаге с проявлением хроматограмм изатином (Бояркин, 1956. 1958). 204 Общий азот в корнях определяли по микрометоду Кьельдаля. Небел­ ковый азот определяли этим же методом после предварительного осаж де­ ния белка. Содержание белкового азота рассчитывали по разности между общим и небелковым азотом. Определяли такж е непосредственное содерж а­ ние белка с помощью спектрофотометрического микрометода (Lowry и др., 1951). Усвоение аминокислот в среде с нитратами Хотя в почвенных условиях растения усваивают азот глав­ ным образом в форме нитратов и аммония, но наряду с этим корневые системы поглощают некоторые свободные аминокис­ лоты, которые являются продуктами биологического кругово­ рота веществ. Несмотря на то, что общая концентрация этих аминокислот невелика, тем не менее оказывают большое влия­ ние на процессы питания и жизнедеятельности растений. В связи с этим изучение влияния отдельных аминокислот на рост изо­ лированных корней в среде с нитратами представляет большой интерес с теоретической и практической точек зрения. В питательной среде, в которой росли изолированные корни, кроме трех витаминов (тиамин, пиридоксин, никотиновая кис­ лота) не было других источников органического азота. Но так как суммарная доза всех этих витаминов составляла всего лишь 0.7 мг/л, то содержание азота в них было настолько ничтожно, что его можно было не принимать во внимание (к тому же до­ бавление витаминов в среду делалось как в контрольных, так и опытных вариантах) . В общей сложности нами было изучено влияние на корни люцерны 19 аминокислот и двух амидов (аспарагин и глута­ мин), даваемых в различных дозах. Результаты опытов приво­ дятся в сводной табл. 1. Из приведенных в табл. 1 данных видно, что большая часть аминокислот сильно ингибировала рост корней даже и при очень малых концентрациях (1—3 мг/л). С другой стороны, амиды дикарбоновых аминокислот — аспарагин и глутамин — при малых дозах совсем не ингибировали роста и только лишь при очень больших дозах (более 200 мг/л) проявляли ингиби­ рующее действие. Простейшая аминокислота гликокол, которая является основ­ ным компонентом в питательной среде Уайта (White, 1943), широко используемой до сих пор для выращивания корней и тканей растений, давала сильное ингибирование роста даже при той дозе (3 мг/л) , в которой она вводится в состав этой среды. В связи с этим гликокол нами в питательную среду не вводил­ ся. Исключение гликокола, кроме улучшения роста корней, позволило получить также большое методическое преимущество при изучении органических источников азота, так как такая среда не содержала их в виде основных компонентов. 205 Т а б л и ц а 1 Действие аминокислот на рост корней люцерны в среде с нитратами (pH среды в начале опыта 5,2) Концентрации аминокислот в мг/л, при кото­ рых проявлялось ингибирование роста глав­ ного корня в длину, выраженное в процен­ тах от контроля Аминокислоты Ингибиро­ вания не 20—50% Более 50% было L -аспарагин 1 L -глутамин J 6— 15 20—25 215 L -аргинин DL-орнитин > 3—5 1 5 -1 8 более 18 D L-цитруллин J L -аспарагиновая к-та D L-глутаминовая к-та > — 13— 15 более 15 D -глутаминовая к-та j Гликокол ) D L-гистидин DL-серин — 3 5— 15 D L-пролин 1 D -валин л L -фенилаланин L -тирозин 1 — 2—3 5— 10 L -лейцин DL-лейцин ) D L-a-аланин 1 DL-jß-аланин / — 3—5 DL-триптофан \ L -оксипролин / — — менее 1 Оптические изомеры аминокислот оказывали на рост корней неодинаковое действие. В наших опытах аминокислоты — ва- лин, тирозин и фенилаланин — вводились в среду в виде D- и L-форм. Результаты опытов с ними приведены в табл. 2. Из приведенных данных видно, что D-формы валина, тиро­ зина и фенилаланина, особенно в повышенной концентрации, давали меньшее ингибирование роста корней люцерны, чем L-формы этих же аминокислот. Из-за отсутствия D- и L-форм других аминокислот нам, к сожалению, не удалось провести проверку их действия на рост корней. 206 Т а б л и ц а 2 Влияние оптическом формы аминокислот на рост корней люцерны в среде с нитратами (при pH 5,2) Ингибирование роста главного корня Концентрация в длину, выраженное в процентах Аминокислоты (в мг/л) от контроля L -форма D -форма 1,2 6 6 Валин 18 100 31 38 100 53 2 13 18 Тирозин 9 27,5 31 18 100 60 1,2 15 10 Фенилаланин 17 55 32 53 100 72 , Следует отметить, что DL-лизин в дозах от 2 до 8 мг/л сти­ мулировал рост корней. При этом происходило почти удвоение числа боковых корней и увеличение длины их, а также увели­ чение сырого веса. G помощью DL-лизина (8 мг/л) можно было полностью устранить ингибирующее действие на рост корней гликокола (в дозе 3 мг/л). В данном случае мы имеем проявление анта­ гонистического взаимодействия в среде между гликоколом и » лизином. Проявление различного характера взаимодействия наблюдалось ранее в опытах с корнями пшеницы (Ратнер и Бэсерменьи, 1959). Аналогичные взаимодействия могут быть также и между другими аминокислотами, особенно в почвенных условиях, когда в корнеобитаемой зоне одновременно присут­ ствуют различные аминокислоты. В связи с этим характер взаимодействий аминокислот в процессе питания растений з а ­ служивает в дальнейшем серьезного внимания и изучения. Усвоение аминокислот в качестве единственного источника азота Опыты со стерильными культурами целых растений (куку­ руза, подсолнечник), проводившиеся ранее (Ратнер и др., 1956; Ратнер, 1958; Ратнер и Ухина, 1961, 1963), показали, что мине­ ральные формы азота (нитраты) занимали первое место по 207 своей эффективности, по сравнению с различными аминокисло­ тами, даваемыми этим растениям в качестве единственного источника азота. В стерильной культуре изолированных корней люцерны нами было испытано в общей сложности 26 различных аминокислот, которые по отдельности вводились в среду в качестве един­ ственного источника азота. Результаты этих опытов частично приводятся в табл. 3. Т а б л и ц а 3 Влияние отдельных аминокислот на рост корней люцерны при введении их в среду в качестве единственного источника азота (при дозе азота 45 мг/л и pH среды 5,2) Основные показатели роста Длина Общая Сырой Аминокислоты главного длина Число вес глав­ корня боковых боковых ного (в мм) корней корней корня (в мм) (в мг) N a N 0 3 (контроль) 220,0 546,0 33,4 88,8 L -аспарагин 133,5 265,0 13,0 61,0 L -глутамин 119,2 114,3 15,0 43,4 L -аспарагиновая к-та 74,0 25,2 7,2 21,0 D L -аспарагиновая к-та 52,0 9,2 3,7 14,2 Фактически только L-аспарагин, L-глутамин и частично L-аспарагиновая кислота могли быть доступны для корней. При этом L-форма аспарагиновой кислоты усваивалась корнями лучше, чем D L -форма. Уменьшение концентрации указанных аминокислот существенно не улучшало роста корней. В дополнение к данным, приведенным в табл. 3, следует от­ метить, что все остальные аминокислоты, испытанные в этих опытах (L-, D- и DL-глутаминовая кислота, L-аргинин, DL-op- нитин, DL-цитруллин, DL-лизин, D- и L-валин, D- и L-тирозин, D- и L-фенилаланин, DL-серин, D L -пролин, DL-лейцин, DL-a и DL-ß-аланин, DL-оксипролин, DL-триптофан, гликокол и у- аминомасляная кислота), в дозе 45 мг/л азота полностью инги­ бировали рост корней и, следовательно, не могли служить в ка­ честве источника азота. L-глутаминовая кислота, L-аргинин, DL- орнитин и DL-цитруллин при значительно уменьшенной дозе (4,5 мг/л азота) использовались корнями как источники азота. Следовательно, как и в случае целых растений, ни одна из испытанных аминокислот не могла по своей эффективности в качестве источника азота сравняться по доступности для изоли­ рованных корней с нитратами. Причиной пониженной эффективности аминокислот в каче­ стве источников азота для корней может быть непосредствен- 208 ное токсическое действие их, затрудненное поглощение корня­ ми или торможение синтеза белка в процессе обменных реак­ ций в корнях. Для выяснения этих вопросов мы анализировали содержа­ ние различных форм азота в корнях, которые выращивались в средах с различными аминокислотами. Результаты анализов приведены в табл. 4. Т а б л и ц а 4 Содержание различных форм азота в корнях люцерны при выращивании в среде с различными аминокислотами (при дозе азота 4,5 мг/л и в расчете на 10 корней) Сухой вес Общин азот Небелковый Белковый Амино­ азот азот кислоты в мг в % в мг в % в мг в % в мг в % . N aN 0 3 (конт­ роль) 66,0 100 1,51 100 0,26 100 1,25 100 165,0 Без азота 30,8 46,7 0,28 18,7 0 0 0,28 22,4 65,0 L-аспарагин 55,3 83,5 1,46 98,0 0,21 81,0 1,25 100,0 117,0 L-глутамин 47,6 71,5 1,25 88,5 0,16 61,5 1,09 87,5 112,0 L-аспарагино­ вая кислота 33,0 55,0 0,78 52,0 0,14 54,0 0.64 51,0 76,0 L-глутамино­ Роста вая кислота 24,4 37,0 0,51 34,0 0,11 42,5 0,40 32,0 нет DL-валин 8,8 28,5 0,24 16,0 0,12 46,0 0Л 2 8,9 ” Приведенные в табл. 4 данные показывают, что количество поглощенного азота и синтезированного белка в корнях, рос­ ших в средах с различными аминокислотами, находится в пря­ мом соответствии с приростом корней в длину и накоплением сухого веса. Поэтому интенсивность поглощения аминокислот корнями можно представить в виде следующего ряда: L-аспа­ рагин > L-глутамин > L-аспарагиновая кислота >> L-глутами­ новая кислота > D -валин. При этом L-валин оказывал замет­ ное ингибирующее влияние на синтез белка в корнях, так как содержание белка в корнях, росших в среде с валином, было даже ниже, чем в корнях, росших в среде без азота (рост этих корней и накопление белка в них были обусловлены за счет остаточного влияния или «последействия» нитратного азота предшествующей среды, в которой выращивались корни перед опытом). Наряду с этим, в корнях, росших в среде с валином, было относительно большее содержание небелкового азота. Следовательно, можно считать, что валин не только не усваи­ вался корнями, но и подавлял использование тех небольших 14 Заказ № 4752 209 Длина глав­ ного корня (в мм) запасов азота (преимущественно нитратного), которые остава­ лись в корнях в результате «последействия» предшествующей среды. Этим же, видимо, можно объяснить и более низкое содер­ жание общего азота в корнях, выращенных в среде с валином, по сравнению с корнями, росшими в среде без азота. При наличии же в среде L-аспарагина, содержание общего и белкового азота в корнях было почти таким же, как и в кор­ нях, росших в среде с нитратами. Почти аналогичная картина была и при усвоении корнями L-глутамина. Хорошее использо­ вание амидов дикарбоновых аминокислот изолированными кор­ нями лишний раз подчеркивает большую роль этих соединений в азотном обмене растений, подтверждая классические пред­ ставления об их роли (Прянишников, 1945), подтвержденные новейшими данными (Кретович, 1961). Слабая доступность или даже полная недоступность для изолированных корней отдельных аминокислот в качестве источ­ ника азота не всегда может быть объяснена ограниченным по­ глощением этих аминокислот корнями или торможением ими процессов синтеза белка, за исключением случаев, аналогичных валину. Причина этого явления, по всей вероятности, обуслов­ лена особенностями превращения и усвоения азота аминокис­ лот непосредственно в корнях. Д л я целых растений этот вопрос нами был выяснен доволь­ но детально (Ратнер и др., 1956; Ратнер и Ухина, 1961, 1963). Так, например, при усвоении кукурузой аспарагиновой и глута­ миновой кислот и гликокола в корнях происходило дезаминиро­ вание этих аминокислот с отщеплением аммиака и последую­ щим включением его в новый цикл обмена и синтеза аминокис­ лот. Такой путь азотного питания, по-видимому, нельзя признать рациональным для растений и вследствие этого мы и наблю­ даем здесь малую эффективность аминокислот по сравнению с минеральными источниками азота. Используя метод хроматографического анализа, мы попы­ тались и в случае с изолированными корнями выяснить причи­ ны пониженной эффективности аминокислот. Для этого корни, выращенные в средах с различными аминокислотами, анализи­ ровали на содержание в них свободных аминокислот. Резуль­ таты этих анализов можно видеть на рис. 1, где приводится схе­ матическое изображение хроматограмм. На основании полученных данных испытанные аминокисло­ ты по характеру превращения их в корнях можно разделить на три группы. В первую группу входили те аминокислоты, которые погло­ щались корнями, перерабатывались в них, активно включались в процессы обмена и поэтому могли служить в качестве источ­ ника азота (L-аспарагин, L-глутамин и L-аспарагиновая кисло­ та). Состав свободных аминокислот в корнях, выращенных в 210 Рис. 1. Схематическое изображение хроматограмм (восходящих) свободных аминокислот изолированных корней люцерны, росших в средах с различ­ ными аминокислотами. Растворитель: бутанол — уксусная ки с л о т а— фосфатно-цитратный буфер (pH 4) в соотношении 4 : 1 : 5 . Проявление изатином. Идентификация с по­ мощью «метчиков». Аминокислоты, даваемые в качестве единственного источника азота: I — 1-аспарагин; II — гликокол; III — D -валин; IV — L-валин; К — конт­ роль (нитраты). Аминокислоты: 3 — лизин; 7 — аспарагин; 8 — аспарагиновая кислога; 9 — серин; 10 — гликокол; 11 — глутаминовая кислота; 13 — треонин; 14 — аланин; 15 — пролин; 16 — у-аминомасляная кислота; 18 — валип; 22 — лейцин. 14* среде с этими аминокислотами, фактически был такой же, как и в корнях, росших в среде с нитратами. Различие здесь было лишь в количественном соотношении аминокислот. Так в кор­ нях, росших в среде с L-аспарагином и L-аспарагиновой кисло­ той, накапливались в большем количестве именно эти два сое­ динения, которые, по-видимому, еще не успевали превратиться в другие аминокислоты. Аминокислоты второй группы (L- и D -глутаминовая кисло­ та, DL-a-аланин и гликокол) также поглощались корнями, включались в азотный обмен, но, в отличие от аминокислот пер­ вой группы, были малоэффективными источниками азота для корней. Т а б л и ц а 5 Содержание белка в изолированных корнях люцерны при выращивании их в среде с различными аминокислотами (при дозе азота 4,5 мг/л в расчете на 10 корней) Сырой вес корней Содержание белка Характери­ Аминокислоты в корнях стика роста корней в мг в '% в мг в '% N a N 0 3 (контроль) 812,0 100 7,00 100 Нормальный (хороший) Без азота 276,6 34,4 0,80 12,1 Очень слабый L -аспарагин 541,6 66.7 5.50 78.5 L -глутамин 401,8 49,5 4.50 64.5 L -аспарагиновая ► Средний кислота 331,2 40.8 3.50 50,0 L -аргинин 322.6 41.0 2,00 38,6 DL-орнитин 298,8 37.0 1,90 20,4 > Слабый D L -цитруллин 293.6 36,2 1,52 22;8 Гликокол 199.6 24,6 2,40 34,2 L -глутаминовая Очень кислота 140.6 17.8 1,10 15.7 слабый D L-a-аланин 144.6 17.8 0,90 12.8 L -валин 44,6 9,1 0,35 5,0 D -валин 148,8 18.4 0,60 8,6 L -тирозин 125.6 15.5 0,52 7.4 D -тирозин 191.0 23.5 0,75 10,7 > Роста нет L -фенилаланин 122.6 15,2 0,45 6.4 D -фенилаланин 106.0 13,1 0,50 7,2 N a N 0 3 -f- 50 мг/л 167,0 20,3 0,80 12,5 Сильное хлорамфеникола ингибиро­ вание роста 212 Наконец, аминокислоты третьей группы (L- и D-валин, L- и D-тирозин, L- и D-фенилаланин, L- и D -лейцин) тоже погло­ щались корнями, накапливались здесь в неизменном состоянии, но превращения их в другие аминокислоты не происходило. По­ этому они в обменных процессах, происходящих в корнях, не участвовали и не могли обеспечивать нормального роста кор­ ней. Для выяснения вопроса об участии различных аминокислот в синтезе белка мы проводили непосредственное определение белка в корнях, росших в среде с этими аминокислотами. Р е ­ зультаты анализов одного из опытов приводятся в табл. 5. Приведенные в табл. 5 данные показывают, что интенсив­ ность синтеза белка в корнях, выращиваемых на испытываемых аминокислотах, зависела от возможности усвоения этих амино­ кислот корнями и способности поддерживания роста корней, т. е. она фактически зависела от способности отщепления амин- ной группы с последующим участием ее в реакциях синтеза но­ вых аминокислот. Так, например, L-аспарагин, L-глутамин и L-аспарагиновая кислота сравнительно хорошо обеспечивали рост корней, легко включались в аминокислотный обмен и д а ­ вали интенсивный синтез белка. Аминокислоты, обеспечивавшие меньший синтез белка, были менее доступны для корней. И, наконец, те аминокислоты, кото­ рые совсем не поддерживали роста корней, фактически не обеспечивали и синтез белка в них (валин, тирозин, фенилала­ нин). Содержание белка в этих корнях было даже меньше, чем в корнях, росших в среде без азота, а также в среде с нитра­ тами, но в присутствии хлорамфеникола, который, как известно, подавляет синтезирование белка (Молотковский, Смирнов, 1963). Но в случае гликокола было другое положение. Синтез бел­ ка в корнях, росших в среде с гликоколом, происходил доволь­ но интенсивно, а рост корней был очень слабый. Это, по-види­ мому, объясняется тем, что он замедляет процессы дыхания корней (Ратнер и Ухина, 1961), а также, возможно, образует промежуточные продукты обмена в корнях, ингибирующие рост их. Различие в действии разных оптических форм аминокислот проявилось и здесь, когда они использовались в качестве источ­ ника азота. Так, например, при выращивании корней в среде с L-валином, в них при хроматографическом анализе был выяв­ лен лейцин, в то время как в корнях, росших в среде с D -вали- ном, его не было. Но вопрос об усвоении D- и L-форм различ­ ных аминокислот корнями, в котором участвуют, по-видимому, соответствующие специфические ферментные системы, требует дополнительных исследований. 213 В ыводы 1. В среде с нитратами из испытанных аминокислот только DL-лизин (частично также и L-аргинин) в малых дозах (3— 8 мг/л) вызывали стимулирование роста изолированных корней люцерны. L-аспарагин, L-глутамин, DL-орнитин и DL-цитрул­ лин в дозах от 3 до 15 мг/л не ингибировали рост. Все же дру­ гие аминокислоты в дозах 1 — 15 мг/л давали сильное ингиби­ рование роста. 2. D-формы валина, тирозина и фенилаланина давали не­ сколько меньшее ингибирование роста корней в среде с нитра­ тами по сравнению с L-формами этих аминокислот. 3. Ингибирующее действие гликокола (в дозе 3 мг/л) в среде с нитратами полностью устранялось при одновременном введении в среду DL-лизина (до 8 мг/л), а также и L-аргинина (3 мг/л). 4. Преобладающая часть аминокислот в качестве источника азота не была доступна для корней и оказывала на рост их сильное токсическое действие. Ни одна из испытанных амино­ кислот не могла сравниться по своей эффективности с нитра­ тами. 5. Амиды аспарагиновой и глутаминовой кислот — L-acna- рагин и L-глутамин — в качестве единственного источника азога лучше всех других аминокислот обеспечивали рост корней Аспарагиновая кислота усваивалась хуже аспарагина, а глута­ миновая кислота была почти недоступна. L-форма аспарагино­ вой кислоты обеспечивала лучший рост корней, чем DL-форма. 6. L-аспарагин, L-глутамин и L-аспарагиновая кислота ак­ тивно поглощались корнями, включались в процессы азотного обмена и в синтез белка и сравнительно хорошо поддерживали в течение длительного времени рост корней. 7. Слабая эффективность отдельных аминокислот в каче­ стве источника азота для изолированных корней не опреде­ ляется малой интенсивностью поглощения их корнями. Она обусловлена, по-видимому, неспособностью корней к активному включению аминокислот з процессы обмена, протекающие в корнях, а также действием этих аминокислот или продуктов их обмена в направлении нарушения отдельных важных физиоло­ гических функций. Слабое же поглощение аминокислот может быть следствием этих нарушений. 8. D- и L-формы аминокислот при использовании их кор­ нями в качестве источника азота участвуют в азотном обмене неодинаково, проявляя специфические особенности, свойствен­ ные каждой оптической форме. 9. Выявлена большая перспективность метода стерильной культуры изолированных корней в изучении процессов азотного обмена в растениях. 214 Л И Т Е Р А Т У Р А Б о я р к и н А. Н. Разноцветное проявление аминокислот на бумажных хро­ матограммах. Физиол. растений, т. 3, № 4, 1956; т. 5, № 1, 1958. К р е т о в и ч В. Л . Биохимия автотрофной ассимиляции азота. Изд. АН СССР, М., 1961. М о л о т о в с к и й Ю. Г., С м и р н о в А. М. О действии хлорамфеникола на синтез белка в растениях. Физиол. растений, т. 10, № 3, 1963. П е т р о в Г. Г. Усвоение азота высшими растениями на свету и в темноте. М., 1917. П р я н и ш н и к о в Д. Н. Азот в жизни растений и в земледелии СССР. Изд. АН СССР, М., 1945. Р а т н е р Е. И. , К о л о с о в И. И., У х и н а С. Ф., Д о б р о х о т о ­ в а И. H., К а з у т о О. Н. Об усвоении растениями аминокислот в качестве источника азота. Изв. АН СССР. сер. биол., № 6, 1956. Р а т н е р Е. И. Питание растений и жизнедеятельность их корневых систем. Изд. АН СССР, М., 1958. Р а т н е р Е. И., Б э с е р м е н ь и 3. Взаимоотношения аминокислот при их поглощении корнями пшеницы. Физиол. растений, т. 6, № 5, 1959. Р а т н е р Е. И., У х и н а С. Ф. Метаболизм корней в связи с поглощением и усвоением растениями аминокислот. Изв. АН СССР, сер. биол., № 6, 1961. Р а т н е р Е. И., У х и н а С. Ф. Ход превращений поглощенных извне амино­ кислот в корнях кукурузы. Физиол. растений, т. 10, № 4, 1963. С м и р н о в А. В. Использование метода культуры изолированных корней в физиологии растений. Физиол. растений, т. 3, № 4, 1956. С м и р н о в А. М. , Х у а н Х у н - ш у . Сравнительная доступность различ­ ных соединений азота для изолированных корней люцерны, выращи­ ваемых в стерильных условиях. Изв. АН СССР, сер. биол., № 6, 1961. У а й т Ф. Ф. Культура растительных тканей. Изд. И Л, М., 1949. Х у а н Х у н - ш у . Использование различных источников азота изолирован­ ными корнями люцерны в стерильной культуре. Диссертация. Библио­ тека ОБН АН СССР, М., 1962. Ш у л о в И. С. Исследования в области физиологии питания высших расте­ ний при помощи методов изолированного питания и стерильных куль­ тур. М., 1918. B a r n e s R. L. and N a y l o r A. W. Effects of various nitrogen sources on growth of isolated roots of Pinus scrotina. Physiol. Plant., 12, N I, 1959. B e a u m o n t A. B., L a r s i n o s G. F., P i e k e n l r o c k P. , N e l s o n P. R. The assimilation of nitrogen by tobacco. Journ. Agric. Res., 43, N 3, 1931. H a r r i s G. P. Amino acids as nitrogen sources for the growth of excised roots of red clover. New Phytol., 58, N 3, 1959. H u t c h i n s o n H. B. and M i l l e r N. H. J. The direct assimilation of in­ organic and organic forms of nitrogen by plants. Journ. Agric. Sei., 4, N 2, 1912. L o w r y O. H., R о s e 1 г о u g h N. J.. F a r r A. L. and R a n d a l l R. J. Protein measurement with the Folin phenol reagent. Journ. Biol. Chem., 193, N 1, 1951. S k i n n e r J. C. and S t r e e t H. E. Studies on the growth of roots. II. Observation on the growth of excised groundsel roots. Nfcw Phytol., 53, N I, 1954. S t r e e t H. E., H u g h e s J. C. and L e w i s L. S. Studies on the growth of excised roots. X. Individual amino acids and acid hydrolysed casein as nitrogen sources for the growth of excised tom ato roots. New Phytol., 59, N 3, 1960. W h i t e P. R. A handbook of plant tissue culture. Lancaster, 1943. 215 Н Е К О Т О Р Ы Е ЧЕ Р Т Ы О Б М Е Н А В И Т А М И Н О В И А З О Т И С Т Ы Х В Е ЩЕ С Т В У Б О Б О В Ы Х Р А С Т Е Н И Й ПРИ А В Т О Т Р О Ф Н О М И С И М Б И О Т Р О Ф Н О М П И Т А Н И И в связи С ИХ П Р О Д У К Т И В Н О С Т Ь Ю Е. И. Ратнер, И. Н. Доброхотова Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР Ранее нами было показано (Ратнер и Доброхотова, 1958), что питание гороха в полустерильных песчаных культурах за счет усвоения азота воздуха в симбиозе с клубеньковыми бак­ териями ведет к сильно выраженному обогащению его корней витаминами группы В (тиамином, пиридоксином и пантотено- вой кислотой) по сравнению с растениями, азотное питание ко­ торых целиком было основано на усвоении минерального азота ( N H 4 N O 3 из питательной смеси Прянишникова). Снабжение надземных органов витаминами за счет их запаса, накоплен­ ного в корнях, начинается лишь позднее, после вступления ра­ стений в фазу цветения. Наряду с повышением содержания витаминов, во всех орга­ нах симбиотрофно питающихся растений отмечено также и зна­ чительно более высокое содержание азота, чем у автотрофно питающихся. При этом относительное повышение содержания азота было наиболее сильно выражено в листьях, между тем как относительное повышение содержания витаминов было сильнее всего выражено в корнях. Отсюда возникало представ­ ление о роли корневой системы в качестве депо, в котором ви­ тамины группы В накапливаются в наибольшей мере. В связи с этим представлялось интересным проследить за дальнейшим обменом витаминов в растениях в процессе форми­ рования плодов и созревания семян, для чего были проведены опыты с тем же горохом сорта ’Московский 572’ в тех же усло­ виях, что и ранее опубликованные опыты. Растения выращивались в песчаных культурах, в одном слу­ чае на полной питательной смеси Прянишникова, с добавлением микроэлементов бора, марганца и молибдена, а в другом — на той же питательной смеси, в которой доза минерального азота была сокращена в 30 раз и составляла всего лишь 12 мг азота на сосуд, вмещавший 4 кг песка. Как показали многие иссле­ дования последнего времени (Nutrition of the legumes, 1958; Raggio a. Raggio, 1962), небольшая доза минерального азота не только не препятствует, но даже способствует образованию клубеньков и лучшему усвоению атмосферного азота. В контрольном варианте (полная доза азота) семена высе­ вались без инокуляции, а в опытном (7зо дозы азота) семена перед посевом инокулировались активной расой клубеньковых бактерий гороха — Rhizobium legum inosarum, штамм 222а, про- 216 бирочная культура, полученная из Всесоюзного института с.-х. микробиологии. Для того, чтобы свести к минимуму опасность заражения растений клубеньковыми бактериями и в сосудах контрольного варианта, опыт проводили по типу полустериль- ных культур. Подготовленные к посеву сосуды, как контроль­ ные, так и опытные подвергались стерилизации в автоклаве при давлении в 1,5 атмосферы в течение полутора часов. Семена перед посевом обрабатывали спиртом в течение 2—3 минут, а затем промывали 5 раз дистиллированной водой, после чего одну часть семян, предназначенную для высева в сосуды с 7зо дозы минерального азота, обрабатывали суспензией клубенько­ вых бактерий, а другую часть, предназначенную для высева в контрольные сосуды, обрабатывали водой без инокуляции. Как было установлено в дальнейшем, корни инокулированных расте­ ний имели хорошо развитые клубеньки, между тем как конт­ рольные растения (на минеральном азоте) были совершенно лишены клубеньков. Для исследования на содержание витаминов, во второй по­ ловине вегетационного периода взяты были листья, стебли и корни растений в три срока: в начальный период формирова­ ния плодов, в период налива семян и при полном созревании семян. Учет содержания витаминов был ограничен в этом опыте главным образом определением пиридоксина, в отношении ко­ торого в раннее опубликованных опытах были получены наи­ более четкие данные. Определение велось микробиологическим методом с помощью Saccharom ycoides L u dw ig ii по Мейселю и Помощниковой (1952). Как видно из цифр табл. 1, в началь­ ные фазы формирования плодов и налива семян (до их созре­ вания) роль корневой системы инокулированных растений го­ роха как депо витамина В6 выступает достаточно отчетливо. Содержание этого витамина в корнях достигает здесь величин, характерных для такого богатого источника витаминов группы В, как сухие дрожжи (Букин, 1940). Относительно того, что надземные органы заимствуют из корней не только фиксируемый в клубеньках азот, но также и витамины (в данном случае пиридоксин), можно было судить по анализу пасоки, взятой в этом опыте в фазу начала налива семян. Оказалось, что при близких количествах выделенной па­ соки содержание в последней пиридоксина, также как и об­ щего азота, было у инокулированных растений значительно выше, чем у контрольных (пиридоксина соответственно 0,054 и 0,033 мкг, общего азота 3,75 и 1,94 мг на 1 мл пасоки). Что касается аминокислотного состава пасоки, то, как видно из хроматограммы на рис. 1, здесь не обнаруживается качест­ венных различий у автотрофно- и симбиотрофно питающихся растений. В том и в другом случае среди аминокислот пасоки 217 Т а б л и ц а 1 Изменения в содержании пиридоксина в различных органах гороха в процессе созревания семян при автогрофном и симбиотрофном питании (мкг на 1 г сухого вещества) Начало формирования бо­ бов Начало иалива семян Полное созревание семян Варианты опыта листья стебли корн II листья стебли корни листья стебли корни семена Полная питательная смесь Прянишни­ кова без инокуля­ ции семян (конт­ роль) 6.0 4.5 9.0 9.2 5.5 6.0 3.0 5.5 7.0 1.0 Смесь Прянишнико­ ва с 1/30 нормы азота + инокуля­ ция семян клу­ беньковыми бакте­ риями гороха 12.0 4.5 37.0 12.0 5.5 45.0 6.0 5.0 6.0 2.5 резко преобладает аспарагин, Напомним в связи с этим, что в работе Турчина (1959) было показано, что при усвоении бобовыми растениями свобод­ ного меченого азота (N10) последний обнаруживался в клубеньках главным образом в амидной группе аспарагина. С другой стороны, в работах нашей лаборатории со стериль­ ной культурой изолированных корней люцерны было показа­ но (Ратнер, Смирнов и др., 1964), что аспарагин является единственным из многих изу­ чавшихся в этих опытах орга­ нических источников азота (аминокислот и амидов), ко­ торый усваивался корнями лю­ церны почти столь же успешно, как нитратный азот (при низ­ ких концентрациях). Показательно также, что в опытах Виеринга (Wieringa, 1958) горох в стерильных куль­ турах обнаруживал заметное содержание аспарагина в па­ соке лишь в случае инокуляции растений эффективными раса­ ми клубеньковых бактерий. З а ­ ражение неэффективными ра ­ сами не давало в пасоке аспа- Рис. 1. Хроматограмма аминокислот­ ного состава пасоки гороха. Спра­ ва — при автотрофном питании; слева — при симбиотрофном питании. Растворитель: бутанол—уксусная кис­ лота—вода в отношении 4 : 1 : 5 . Идентификация при помощи метчи­ ков и окраской изатином. Аминокислоты: 3 — лизин; 5 — ас­ парагин; 8 — аспарагиновая кисло­ та; 9 — глютамин; 10 — серин, глн- кокол; 13 — треонин; 15 — пролип; 16 — тирозин; 18 — валин; 23 — лейцин. 219 рагина. По данным автора, этот показатель настолько чувствите­ лен, что позволяет уже в 3-недельном возрасте растений, когда различий в росте еще не наблюдается, отличить по хроматограм­ мам пасоки высоко эффективные расы клубеньковых бактерий от неэффективных. В недавно опубликованной работе Шильнико- вой (1962) наблюдение Виеринга не нашло подтверждения. Сле­ дует однако учесть, что последний в качестве неэффективных брал такие штаммы, которые в полевых опытах давали даже снижение урожая гороха, при высоких прибавках от эффектив­ ных штаммов, между тем как в опытах Шильниковой в каче­ стве неэффективного, или малоэффективного, взят был тот же штамм 222а, который был использован и в наших опытах и ко­ торый обеспечивал весьма высокую азотофиксацию и хорошее развитие растений. Последнее явствует из таблицы 2, в которой приведены данные конечного урожая растений в рассматривае­ мом опыте и содержание в них азота (см. также рис. 1 и 2). Т а б л и ц а 2 Урожай гороха и содержание в нем азота при автотрофном и симбио- трофном питании Общий вес сухого Содержа­ вещества Вес сухих ние общего Варианты опыта растений семян (в г азота в ра* при уборке на сосуд) стениях (в (в г на со­ мг на со- • суд) суд) Полная питательная смесь Пряниш ­ никова без инокуляции семян (контроль) 18.4 4.8 341.2 Смесь Прянишникова с 1/30 нормы азота + инокуляция семян клу­ беньковыми бактериями гороха 27.4 11.7 661.3 Все сказанное говорит о центральной роли аспарагина, во всяком случае как основной транспортной формы, в азотистом обмене у бобовых растений, свидетельствуя одновременно в пользу аммиака, как первичного продукта усвоения свободного азота бобовыми. Этим, однако, отнюдь не отвергается возмож­ ность участия и других аминокислот, в частности глютаминовой (Zelitch и др., 1952; Mulder и др., 1959) и у-аминомасляной (Butler и др., 1961) в начальных процессах превращений фик­ сированного в клубеньках свободного азота воздуха. Возвращаясь к данным таблицы 1, следует отметить, что ко времени полного созревания семян избыток пиридоксина в кор­ нях инокулированных растений оказался исчерпанным и содер- 220 жание его уже мало отличалось от содержания в корнях конт­ рольных растений. Оно было повышенным лишь в листьях и се­ менах. Дополнительный анализ корней на содержание в них тиамина по методу Шопфера дал аналогичный результат: если в начале формирования плодов содержание тиамина составляло в корнях инокулированных растений 15 мкг, а у контрольных Рис. 2. Горох в полустерильной песча­ ной культуре. 1 — при автотрофном питании; 2 — при симбиотрофном питании 7,2 мкг на 1 г сухого веса, то в фазе полного созревания семян оно составляло в обоих случаях лишь 5,5 мг на 1 г корней. Наряду с этим, в зрелых семенах содержание тиамина подня­ лось до 36 мкг на 1 г сухого веса, вместо 22 мкг в семенах контрольных растений. Совокупность изложенных данных отчетливо говорит о том, что усвоение горохом атмосферного азота в симбиозе с клу­ беньковыми бактериями более благоприятно для формирования урожая, накопления в нем азота, а также витаминов группы В, 221 гьОо Т а б л и ц а 3 Накопление урожайной массы и общего азота растениями гороха при автогрофном и симбиогрофном питании Д о цветения Цветение Созреваиие семян содержание вес сухого содержание содержание вещества общего азо ­ вес сухого вес сухого вещества общего а зо ­ вещества вес сухих общего азо ­ растений та в расте­ растений та в расте­ растений семян та в расте­ Варианты ниях ниях ниях опыта 03 u оо и и Полная питательная смесь Прянишникова без инокуляций семян (контроль) 12.21 100 181.6 100 14.34 100 220.4 100 18.71 100 4.50 100 297.4 100 Смесь Прянишникова с 1/30 нормы азота + инокуляция семян клубеньковыми бакте­ риями гороха 13.17 108 392.7 216 18.84 131 439.0 199 32.64 175 12.58 279 769.2 259 в г на сосуд В с/с от контроля в мг на сосуд в % от j контроля в г на сосуд в % от контроля в мг на сосуд в с/о от контроля в г на сосуд в % от контроля в % от контроля в мг на сосуд в % от контроля чем выращивание этих растений на минеральном азоте при по­ давленной азотофиксации. Правда, в рассмотренном опыте доза минерального азота в контрольном варианте ограничивалась его содержанием в пи­ тательной смеси Прянишникова, что, при сравнительно малом » объеме сосудов (на 4 кг песка), было, по-видимому, недоста­ точным для полного удовлетворения потребности гороха в азоте на всем протяжении вегетационного периода. Как видно из таб ­ лицы 2, ко времени полного созревания семян весь имевшийся в сосуде азот (около 340 мг) оказался полностью исчерпанным. Тем не менее, указанный вывод о более интенсивном ус­ воении бобовыми растениями атмосферного азота при симбио- трофном питании, по сравнению с усвоением ими минерального азота при автотрофном питании, вытекает из других опытов, в которых содержание усвоенного азота определялось в расте­ ниях еще задолго до исчерпания ими всего запаса минераль­ ного азота в контрольных сосудах. Так, в опыте с горохом, служившим для изучения обмена витаминов в ранее опубликованной работе (Ратнер и Доброхо­ това, 1958), общее содержание азота в растениях учитывалось не только в конечном урожае полностью созревших растений, но и в более ранние фазы — до цветения и после начала цве­ тения. Как видно из таблицы 3, у вегетирующих растений, при отсутствии еще заметных различий в весе растений, количество усвоенного ими азота в условиях симбиотрофного питания в 2 раза превосходило его количество, усвоенное при автотроф­ ном питании. Между тем, в последнем случае растения погло­ тили лишь немногим больше половины имевшегося в сосуде .минерального азота. Аналогичные различия в интенсивности усвоения азота при разном типе питания обнаруживаются и в фазе цветения, когда запас минерального азота в сосудах так­ же далеко еще не исчерпан. Не менее убедительные данные получены были в опыте с соей сорта ’Приморская 529’, проведенном одновременно с рас­ смотренным выше опытом с горохом и в точно таких же усло­ виях. Семена сои инокулировались активной расой специфиче­ ских для этой бобовой культуры клубеньковых бактерий — Rhizobium japonicum, штамм 631, полученный также из Все­ союзного института с.-х. микробиологии. И здесь корни иноку­ лированных растений имели хорошо развитые клубеньки, а кор­ ни контрольных растений совершенно лишены были их (рис. 3). Растения взяты были для анализа на содержание в них азота в 2 срока: до цветения и в начальный период формирования бобов. Как видно из таблицы 4, в ранний период развития иноку- лированные растения сои по сухому весу даже заметно уступали растениям, произраставшим на минеральном азоте, тем не ме- 223 Накопление урожайной массы и общего азота растениями сои при автотрофном и симбиотрофном питании Д о цветения Н ачало формирования бобов вес сухого ве­ содержание об­ вес сухого ве­ содержание об­ Варианты опыта щества растений щего азота в р а ­ щего азота в ра­ стениях щества растений стениях в г на в % от в мг на в % от в г на в % от в мг на в % от сосуд контроля сосуд контроля сосуд контроля сосуд контроля Полная питательная смесь Пряниш ­ никова без инокуляции семян (конт­ роль) 13.69 100 201.8 100 23.86 100 330.0 100 Смесь Прянишникова с 1/30 нормы азота + инокуляция семян клубень­ ковыми бактериями сои 10.74 79 352.8 175 32.51 136 798.5 242 нее, по общему содержанию азота они более чем в полтора раза превосходили их. Поздно инокулированные растения значитель­ но превзошли контрольные как по накоплению урожайной мас­ сы, так и, в особенности, по накоплению азота. Однако и в этом опыте, как и в опыте с горохом, данные последнего срока учета менее показательны, так как автотрофно питающиеся растения к этому времени практически полностью исчерпали весь имев­ шийся в сосуде запас минерального азота. Рис. 3. Корни сои в полустерильных песчаных культурах. Слева — при автотрофном питании; справа — при симбиотрофном питании Последнее обстоятельство оставляет открытым вопрос о мак­ симально возможной в данных условиях продуктивности расте­ ний при симбиотрофном и автотрофном азотистом питании, при обильном снабжении растений минеральным азотом. Укажем в связи с этим на работу Эллос и Бартхоломью (Alios a. Bartho­ lomew, 1959), в которой было обнаружено в опытах с различ­ ными бобовыми растениями, что процесс азотофиксации сам по себе, без дополнительного снабжения растений минеральным азотом, ни в одном случае не мог обеспечить максимальный в данных условиях (гравийные культуры) рост растений. Од­ нако в этой же работе, в которой, благодаря применению ме­ ченого по N 15 аммиака, можно было учесть раздельно количе­ ство азота, усвоенного из минерального удобрения и из возду­ ха, было ясно показано, что использование растениями свобод­ ного азота воздуха закономерно падало по мере повышения дозы минерального азота, а, следовательно, сводилась на нет одна из основных задач, которая ставится перед посевом бобо­ 15 Заказ № 4752 225 вых растений — обогащение баланса азота в земледелии за счет связывания атмосферного азота. Исходя из изложенных выше данных, можно допустить, что при повышении дозы ми* нерального азота выше некоторого предела может быть сильно ослаблена также и роль бобовых культур как источника высо­ ковитаминных кормов. Как уже указывалось, к настоящему времени накоплено до­ статочно данных, говорящих не только об отсутствии отрица­ тельного действия, но и о благоприятном влиянии небольших доз азота на образование клубеньков и процесс азотофиксации. Этот вывод вытекает также и из названных опытов Эллос и Бартхоломью с меченым аммиаком, так как первая небольшая доза азота определенно стимулировала и в их опытах процесс азотофиксации. Интересно, что из всех изучавшихся этими ав­ торами бобовых растений особое место заняла соя, которая не снижала процесса азотофиксации даже при максимальной в опыте дозе минерального азота. По-видимому, под эту ценней­ шую бобовую культуру наиболее выгодно применять нормаль­ ные дозы азота в сочетании с нитрагинизацией семян. Максимальная доза минерального а зо т а , . которая может быть использована под бобовые культуры без ущерба для про­ цесса азотофиксации, будет различной в зависимости от усло­ вий, в частности от формы азота, особенностей отдельных бо­ бовых культур, условий питания, освещения и т. д. Не послед­ нюю роль должны играть здесь и особенности отдельных штам­ мов клубеньковых бактерий, их способность к прониканию в корни растений и сохранению высокой азотофиксирующей ак­ тивности при разной степени обогащения этих корней азотом, заимствованным из почвы. Последнее обстоятельство приобре­ тает значение в свете работ Чайлахяна и Мегробян (1945), по­ казавших, что подавление образования клубеньков у бобовых растений при высокой дозе минерального азота обязано не влия­ нию азота, содержащегося во внешней среде, а влиянию азота, уже поглощенного и усвоенного растениями. К аналогичному выводу пришли и другие исследователи (MacConnell a. Bond, 1957), хотя в последнее время этот вопрос вновь подвергается ревизии (Raggio a. Raggio, 1962). Так или иначе, изложенные выше экспериментальные дан­ ные говорят за то, что наиболее благоприятными условиями для возделывания бобовых культур, как в отношении их влия­ ния на баланс азота в земледелии, так и в отношении улучше­ ния качества кормов, следует считать такие, при которых ве­ дущую роль в азотном питании этих растений играет симбио- трофная фиксация атмосферного азота. Отсюда вытекает ис­ ключительная важность инокуляции бобовых растений в поле­ вой обстановке эффективными расами клубеньковых бактерий, 226 способными в наибольшей мере обеспечить как связывание ат­ мосферного азота, так и повышение урожаев и улучшение ка ­ чества бобовых культур. Л ИТЕРАТУРА Б у к и н В. Н. Витамины. Пищепромиздат, М., 1940. M e ii с е л ь М. Н. и П о м о щ н и к о в а Н. А. Микробиологический метод определения пиридоксина (витамина В6). Биохимия, 17, 593, 1952. Р а т н е р Е. И., Д о б р о х о т о в а И. Н. К познанию природы влияния ви­ таминов на синтетическую активность корней при усвоении растением минерального азота. Докл. АН СССР. 122, 944, 1958; таблицы с ис­ правленными опечатками опубликованы вторично в Докл. АН СССР. 132, 976, 1960. Р а т н е р Е. И. , С м и р н о в А. М. , Х у а н Х у н - ш у , У х и н а С. Ф. и К у з о в к и н а И. Н. Усвоение аминокислот изолированными корнями люцерны и целыми растениями гороха в стерильной культуре. Фи­ зиол. растений, 11, 86, 1964. Т у р ч и н Ф. В. Новые данные о фиксации атмосферного азота в клубень­ ках бобовых растений. Почвоведение, 10, 14, 1959. Ч а й л а х я н М. X. и М е г р о б я н А. А. Влияние растворимых соединений азота на образование клубеньков на корнях бобовых растений. ДАН СССР, 48, 145, 1945. Ш я л ь н и к о в а В. К. Азотный состав пасоки растений гороха, бактеризо­ ванных расами клубеньковых бактерий различной эффективности. И з ­ вестия АН СССР, сер. биолог., 6, 840, 1962. А 11 о s H. F. a. B a r t h o l o m e w W . V. Replacement of Symbiotic fidation by availiable nitrogen. Soil Science, 87, 61, 1959. B u t l e r G. W. , H u l s t o n J. R. a. G r e e n w o o d R. M. Prelim inary note on the metabolism of bound y-aminobutyric acid in root nodules of white clover plants. New Zealand Jour, of Sei., 4, 753, 1961. M a c C o n n e l l I. T. a. B o n d G. A comparison of the effect of combined nitrogen on nodulation in non-legumes and legumes. P lan t a. Soil, 8, 378, 1957. M u l d e r E. G., В a k e m а К. a. V a n V e e n W. L. Molybdenum in symbiotic nitrogen fixation and im nitrate assimilation. P lan t a. Soil, 10, 319, 1959. Nutrition of the legumes. London, 1958. R a g g i o M. a. R a g g i o N. Root nodules. Ann. Rev. P lan t Physiol., 13, 109, 1962. W i e r i n g a K. T. Transport of amino-acids leguminous plants. Сб. «Nutri­ tion of the legumes», London, 1958. Z e l i t c h J.. W i 1 s о n P. W. a. B u r r i s R. H. The amino acid composition and distribution of N215 in soybean root nodules supplied with N215- enriched N2. Plan t Physiol., 27, 1, 1952. В Л И Я Н И Е М И К Р О Э Л Е М Е Н Т О В НА Б О Т А Н И Ч Е С К И Й СОСТАВ Л У Г О В О Г О Т Р А В О С Т О Я И НА С О Д Е Р Ж А Н И Е Б Е Л К А В Р А С Т Е Н И Я Х В. Ф. Корякина Ботанический институт им. В. Л. Комарова АН СССР В Советском Союзе накоплен большой опыт по применению микроэлементов на многолетних травянистых культурных расте­ ниях. Значительно меньше имеется литературных источников по 15» 227 изучению действия отдельных элементов на травостой естест­ венных лугов и пастбищ. Впервые на возможность повышения продуктивности траво­ стоя и улучшения его качества с помощью микроэлементов было указано Г. И. Запольским (1948) в условиях Ленинградской об­ ласти. Применяемые им бор и медь, в виде внекорневой под­ кормки, на временно-избыточно-увлажненных суходолах и на осушенных низинных болотах не только повысили урожайность надземной массы, но и увеличили количество бобовых в траво­ стое за счет растений из группы разнотравья. Э ю было подтверждено А. Ф. Скрипченко (1958) в усло­ виях Дальнего Востока, который проводил опыты по внекор­ невой подкормке естественных лугов бором, цинком, молибде­ ном, марганцем и медью. Микроэлементы повысили урожай сена на 20—50%, способствовали лучшему развитию бобовых, содержание которых в травостое возрастало вдвое за счет снижения группы разнотравья. В. Я. Журовская (1961) в Латвийской ССР также получила улучшение качества травостоя естественных лугов от примене­ ния методом внекорневой подкормки бора, молибдена и меди. Эти исследования по влиянию микроэлементов на травостой естественных лугов в основном содержат данные учета урожая, состава травостоя и его питательной ценности. Сведения же о влиянии различных микроэлементов на ха­ рактер роста и развития, а также на содержание белка в от­ дельных видах растений, составляющих травостой естественных лугов и пастбищ, в литературе отсутствуют. Лаборатория микроэлементов Ботанического института им. В. Л. Комарова АН СССР проводит исследования по влиянию микроэлементов, внесенных методом внекорневой подкормки, на травостой естественных лугов. Изучалось влияние молибде­ на, бора и цинка на состав травостоя, на продуктивность, а так­ же и на содержание в отдельных видах бобовых и злаковых растений белка. Опыты были заложены на злаково-бобовых лугах с при­ месью разнотравья и на разнотравных суходольных лугах с примесью злаков и бобовых. Почвы лугов дерново-слабоподзолистые, суглинистые, с pH 5—5.5. Внекорневая подкормка давалась в виде молибденовокис­ лого аммония, сернокислого цинка и борной кислоты из рас­ чета 200 и 500 г/га при расходе 700 литров раствора на гек­ тар. В опыте 1961 года на злаково-бобовом участке внекорневая подкормка, внесенная в два приема весной (в фазу кущения ос­ новных компонентов травостоя и в фазу начала бутонизации), не оказала существенного эффекта на повышение продуктив- 228 ности надземной массы травостоя. От внесения молибдена по­ вышение урожая за 2 укоса составляло 3 ц сена на гектар или 8,3%. Заметно увеличился урожай при подкормке молиб­ деном вместе с цинком (на 4,5 ц/га или 12,5%) и бором в со­ четании с цинком (на 9,7 ц/га или 27%). ft I U9 /9.1 3 0 1 ОоО оО т с о о с J с с J? D О )L ’с оо ОА иГ £о /.Р S3J м<-ЭОС J 3 сО ООО о а 0о 0 о3 ш Ш Süf ОоО ОО о с эос О О Л О а Af hit а» Ш «/ О ' v5 'J .) J о Msf I I КОНТРОЛЬ Mo Zn 6 Mo-jfc a -Zn КОНТРОЛЬ Mo In Рис. 1. Влияние микроэлементов на состав травостоя зл а ­ ково-бобового луга (в % на воздушно сухое вещество). Опыт 1961 г. а — злаки, б — бобовые, в — разнотравье. I — 1 укос, II — 2 укос. Качество травостоя заметно улучшилось за счет снижения группы разнотравья и увеличения группы бобовых (рис. 1). В основном укосе в злаково-бобовом травостое особенно воз­ росла группа бобовых под влиянием молибдена и молибдена в сочетании с цинком (в два раза) , а разнотравье значительно уменьшилось по сравнению с контрольным (неудобренным) травостоем. Не претерпевает особых изменений по весу группа злаков. Травостой, образовавшийся после основного укоса (отава), оказался содержащим больше бобовых, чем травостой первого 229 укоса, но вес бобовых под влиянием молибдена, цинка и бора увеличился, а вес разнотравья уменьшился по всем опытным вариантам (рис. 1). Последействие микроэлементов сказалось и на второй год после опрыскивания травостоя, состав которого улучшился за счет бобовых (рис. 2). i n t03 9 t f I t ! t a i Я к Ъ õ ООО ООО п с* л о о ^ О ОО э О о О О ОDO О о о о о о 00 о О О õ Я О 0. О о О О О О О cf щ 3V J U S ' К о о с э Э 0 0 О с г 0 о 0 j 0 о ' 0 о 0 о а о о 3 с О ООО с о ^ ■у о й О 0 О . о о й о с о о 7Т о о й 0 О 0:■ о I , j j 0 О 1 Ь ' 1 1 t j I1 1j ■:| а Л ) 1 'не !'• ' 1 ■ • ' 11 ■j ! ! ' | ! i ; I- 1 > ( V! , 1. 1 i 1 * ii ’ ! 1 , Ü11 f 1 1 КОНТРОЛЬ М о 2-п. В Мо*2п 8-2п Рис. 2. Последействие микроэлемен­ тов на состав травостоя злаково-бо- бового луга (в % на воздушно су­ хое вещество) в 1962 г., на второй год после применения микроэлемен­ тов. а — злаки, б — бобовые, в — разнотравье. Помимо обогащения травостоя бобовыми под влиянием ми­ кроэлементов было получено повышение содержания белка как в бобовых, так и в злаковых растениях. Положительное дейст­ вие в этом отношении под влиянием молибдена, цинка и бора выявилось на клевере красном, чине луговой, мышином горошке и заборном горошке, а также на лисохвосте луговом и еже сборной. 230 V; ‘ ____________________________ Цинк и бор повысили процент белка в листьях всех бобо­ вых, а молибден — в листьях клевера красного, мышиного и заборного горошков. Особенно большой эффект в отношении повышения содер­ жания белка был получен при совместном применении молиб­ дена с цинком у всех видов бобовых. Бор в сочетании с цин­ ком также повысил содержание белка в листьях клевера крас­ ного, мышиного и особенно заборного горошков (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Влияние микроэлементов на содерж ание белка в бобовы х растениях первого укоса в 1961 г. (в % на воздуш но сухое вещ ество) Клевер Чина л у ­ Мышиный Заборны й красный говая горошек горошек Варианты опыта Контроль 13.12 7.68 13.62 15.37 6.87 15.18 8.93 15.93 9.81 Молибден 16.81 7.50 14.68 14.87 8.37 19.06 9.81 16.43 9.43 Цинк 15.93 7.18 14.87 18.18 8.37 16.43 10.31 16.31 9.43 Бор 14.31 6.62 15.75 17.12 10.50 17.81 9.25 17.12 8.93 Молибден '+ цинк 17.31 6.62 1 — 16.93 9.25 16.93 8.75 17.68 10.87Бор + цинк 17.12 5.62 14.87 8.56- 16.43 7.50 19.25 10.12 L . - Повышение белковости в листьях всех бобовых и в стеблях мышиного и заборного горошков отмечено также у растений, отросших после скашивания основного укоса (табл. 2 ). Т а б л и ц а 2 Влияние микроэлементов на содерж ание белка в злаковых растениях первого укоса в 1961 г. (в % на воздуш но сухое вещ ество) Л исохвост Варианты луговой Е ж а сборная опыта листья стебли листья стебли Контроль 3,70 1,59 2,85 2,39 М олибден 5,41 3,19 4,78 3,64 Цинк 6,21 3,81 5,13 1 3,36 Бор 3,47 3,02 3,47 3,02 231 листья стебли головки листья стебли листья 1 стебли листья стебли Внекорневая подкормка микроэлементами оказала положи­ тельный эффект и на злаки, увеличив процентное содержание белка в листьях и стеблях лисохвоста лугового и ежи сборной (табл. 2 ). Т а б л и ц а 3 Влияние микроэлементов на содержание белка в бобовых растениях второго укоса в 1961 г. (в % на воздушно сухое вещество) Клевер Чина Мышиный Заборны й Варианты красный луговая горошек горошек опыта листья стебли листья стебли листья стебли листья стебли Контроль 16,43 7,50 16,06 11,18 13,31 9,06 12,43 12,25 М олибден 17,50 5,25 20,12 11,06 15,56 10,12 20,62 13,81 Цинк 18,93 5,06 18,68 — 17,75 10,50 23,06 — Бор 17,12 3,68 19,25 8,93 16,43 12,25 21,87 12,25 На второй год после внесения микроэлементов на травостой луга было также получено увеличение белка в листьях, стеб­ лях и соцветиях красного клевера по всем опытным вариантам и в листьях мышиного горошка — под влиянием молибдена, цинка и бора (табл. 4). Т а б л и ц а 4 Влияние микроэлементов на содержание белка в бобовых растениях первого укоса в 1962 (в % на воздушно сухое вещество) .Мыши­ Варианты Клевер красный ный го­ опыта рошек листья стебли головки листья Контроль 20,25 7,25 14,87 19,87 М олибден 21,75 8,56 18,69 20,37 Цинк 22,00 9,31 16,06 22,06 Бор 21,19 7,37 15,94 24,19 М олибден + цинк 21,06 7,87 15,87 19,94 Бор -}- цинк 20,56 8,06 19,12 21,81 Полученные результаты показывают высокую эффективность внекорневой подкормки микроэлементами особенно на улучше­ ние качества травостоя естественных лугов и обогащение его белком, что ведет к значительному увеличению выхода белка с единицы площади. 232 Продуктивность надземной массы естественных лугов и со­ став травостоя также зависят в значительной степени от погод­ ных условий. Так, вегетационный период 1962 года отличался большим количеством осадков, высокой почвенной влажностью. Такие условия благоприятствовали общему росту трав во всех опытных вариантах и заметному увеличению в составе траво- ш и Ш г цл III iii, lat т /Jt V J о о о Ö О У/ /5 SО о ООО 0 0 О J о О о ООО ,/иО о О о О йОзО ООО о о Q О J ü J о о о ООО 0 f0t оÖ о о О о J O j ОоОО ! I й с о О 3 0 а г* о 5Чч кб.6 54.1 р.е Ji.c M l 1 КОНТРОЛЬ Мо*2п КОНТРОЛЬ Mo 'In КОНТРОЛЬ Мо*2п Рис. 3. П роцентное соотнош ение ботаниче­ ских групп травостоя (на воздуш но сухое вещество) злаково-бобового луга в 1961 — 1963 гг. а — злаки, б — бобовые, в — разнотравье. стоя группы бобовых растений. В 1963 году, вследствие засухи, общий урожай, по сравнению с 1962 годом, значительно сни­ зился, а в составе бобово-злакового травостоя произошли су­ щественные сдвиги в сторону увеличения группы злаков, кото­ рая заняла главенствующее положение (выше 70%), а группа бобовых резко снизилась (рис. 3). В 1963 году микроудобрения применялись на двух сухо­ дольных разнотравно-злаковых лугах. Молибден, бор, кобальт, молибден -j- кобальт, молибден -j- кобальт -(- бор, а также мо­ либден -j- цинк, внесенные в виде внекорневой подкормки вес­ 233 ной на травостой этих лугов, из-за засухи не дали почти ни­ какого эффекта. Вследствие отсутствия влаги в почве бобовые растения прекратили рост, а роль злаков в этих травостоях сильно возросла. На этих участках произошли резкие измене­ ния и в возрастном составе видов, слагающих ценоз. Многие Уч ас то к N 2 !Ьг lii II ( IIS ш iS* Ц( f t sr; 6 .)0 ж Ов Л» п .1 j j J о о h r nt )Я . и ! ! Й' ,.* !* - • Si.3 Щ, ал a i 53 S Мг КОНТРОЛЬ Мо Со Мо*Со Ио*Со*В КОНТРОЛЬ Мо Со Мо+Нл \ Рис. 4. Влияние микроэлементов на состав травостоя с у ­ ходольны х разнотравно-злаковы х лугов (в % на в оздуш ­ но сухое вещ ество). Опыт 1963 г. а — злаки, б — б о б о ­ вые, в — разнотравье. особи бобовых, как мышиный горошек, чина луговая, заборный горошек, не перешли в генеративную фазу и оставались в ве­ гетативном состоянии в течение всего вегетационного периода. На одном из этих суходольных участков (№ 1) микроэлементы увеличили группу злаков за счет некоторого снижения разно­ травья; на другом участке (№ 2 ) микроэлементы несколько увеличили количество бобовых, но группа разнотравья по весу почти не изменилась (рис. 4). Этот опыт показывает, что применение микроэлементов на 234 суходольных лугах в засушливые годы не всегда может дать положительный эффект. На участках же, расположенных на более пониженных ме­ стах рельефа, где влажность почвы была выше критической, внесение микроэлементов дало положительный результат, что нами наблюдалось на культурном злаково-бобовом пастбище в 1963 году. Выводы Внекорневое питание микроэлементами — молибденом, цин­ ком и бором увеличивает процент участия бобовых трав в тра­ востое естественных лугов и снижает процент разнотравья. Н аи­ лучшие результаты в отношении продуктивности надземной массы травостоя и качества его получены при совместном вне­ корневом питании двумя микроэлементами: бора с цинком и молибдена с цинком. Микроэлементы улучшают качество не только основного тра­ востоя, но и травостоя, отросшего после первого укоса, а так­ же оказывают последействие на увеличение группы бобовых в травостое и на второй год после внесения микроэлементов. Выявилось положительное действие молибдена, цинка и бора на содержание белка в листьях бобовых растений траво­ стоя обоих укосов. В листьях и стеблях злаков — лисохвоста лугового и ежи сборной — под влиянием микроэлементов уве­ личился процент белка. На второй год после подкормки травостоя микроэлементами также отмечено улучшение качества травостоя и увеличение процента белка в листьях, стеблях и соцветиях красного кле­ вера и в листьях мышиного горошка. Общий выход белка с единицы площади луга, удобренного микроэлементами, показал значительное его повышение по срав­ нению с неудобренным травостоем. При применении внекорневой подкормки микроэлементами естественного травостоя лугов и пастбищ необходимо учиты­ вать эколого-ботанические особенности отдельных видов или групп растений, их взаимоотношения, а также характер их ре­ акции на отдельные факторы внешней среды. В засушливые годы, особенно на суходольных лугах, влияние внекорневого питания микроэлементами на обогащение траво­ стоя бобовыми проявляется значительно слабее. При этом про­ исходят существенные изменения в составе травостоя. Следо­ вательно, лучший эффект от внекорневой подкормки микроэле­ ментами можно получить на тех естественных лугах и пастби­ щах, которые расположены в более пониженных местах рель­ ефа. 235 Изучив влияние микроэлементов на отдельные виды бобо­ вых и злаковых трав, можно регулировать внесением того или иного вида микроудобрения продуктивность и качество отдель­ ного компонента или целых групп травостоя. Л И Т Е РА Т У РА Ж у р о в с к а я В. Я. Действие микроэлементов — м олибдена, меди и бора на урож ай и качество многолетних трав на полях, лугах и пастбищах. Кн. «М икроэлементы и урож ай», III, И зд. АН Л атв. ССР, Рига, 1961. З а п о л ь с к и й Г. И. Применение борных и медных микроудобрений на лу­ гах. Сб. работ Ленингр. обл. с.-х. оп. ст., вып. 19, 20, Сельхозгиз, 1948. С к р и п ч е н к о А. Ф. П рименение микроудобрений методом внекорневой подкормки на лугах. Вопросы сельского и лесн. хоз. Дальнего Востока, вып. 2, 1958. О Н Е К О Т О Р Ы Х О С О Б Е Н Н О С Т Я Х В Н У Т Р И К Л Е Т О Ч Н О Г О Р А С П Р Е Д Е Л Е Н И Я Ц И Н К А В Л И С Т Ь Я Х Т ОМАТОВ ПРИ Р А З Л И Ч Н О Й О Б Е С П Е Ч Е Н Н О С Т И Р А С Т Е Н И Й ЦИ Н К О М А. В. Косицын Ботанический институт им. В Л. Комарова АН СССР Сведения о внутриклеточной локализации отдельных микро­ элементов и, в особенности, о химических соединениях, в со­ ставе которых микроэлементы находятся в тканях, представ­ ляют большой интерес для понимания их физиологической роли. Количество опубликованных работ, посвященных этой проблеме, не соответствует ее важности, особенно в отношении растительных объектов. Имеются сведения о содержании в хлоропластах марганца, цинка, молибдена, железа и меди (Уатли, Ордин и Арнон, 1951), на основании которых указанные авторы делают вывод о преимущественном значении для деятельности хлоропластов последних двух микроэлементов. Ж елезо обнаруживается в со­ ставе полиоксикислоты, являющейся одним из первичных про­ дуктов фотосинтеза (Бойченко, Захарова, 1959). В составе фла- вопротеинов, также выделенных из фракции первичных продук­ тов фотосинтеза, эти авторы обнаружили марганец. Получен­ ные ими данные об изменениях валентности железа и марганца в различных фракциях при изменении условий освещения позво­ ляют сделать вывод об участии этих микроэлементов в окисли­ тельно-восстановительных процессах фотосинтеза. Значительную работу по изучению марганца проделали Власюк, Климовицкая 236 и Визирь (1959а, 19596, 1960). Исследовалось содержание м ар­ ганца в хлоропластах, в вакуолярном и плазменном соке раз­ личных растений, а также связь марганца с фракциями белков, экстрагируемых из растительного материала различными раст­ ворителями. Переход в раствор кобальта, меди, железа, м ар­ ганца, молибдена, вольфрама и цинка при экстрагировании раз­ личными реагентами из листовой ткани томатов изучали Боуэй, Коуз и Чик (1962). Внутриклеточное распределение бора в листьях подсолнечника и фасоли и динамику его в условиях борной недостаточности исследовали Скок и Мак И лрат (1958). Имеются сведения о наличии высокомолекулярных соединений цинка в мицелии A sperg il lus (Гезер, 1962). В нашей лаборатории производились исследования внутри­ клеточного распределения цинка в листьях томатов (Косицын и Игошина). Основное внимание уделялось связи цинка с от­ дельными внутриклеточными структурами. Для их выделения применялась широко используемая в настоящее время мето­ дика дифференциального центрифугирования гомогената ткани в изотоническом растворе сахарозы. Было установлено, что со структурными элементами клетки и белками связано не более 20—30% находящегося в листьях цинка, причем наибольшим содержанием его среди субклеточных структур отличаются ми­ тохондрии (микросомная фракция при этих опытах не выделя­ лась). При работе по такой методике бесструктурная часть цито­ плазмы растворяется, и все находящиеся в ней соединения цинка, равно как и цинк, связанный со структурами, по разме­ рам уступающими митохондриям, оказались при наших опытах в надосадочном растворе. При осаждении из этого раствора бел­ ков сернокислой медью или танином с ними осаждается еще некоторое количество цинка, но, тем не менее, в растворе оста­ ется 70—80% общего цинка листовой ткани. Так как в этом случае цинк, находящийся в цитоплазме, смешивается с цинком клеточного сока, представляло интерес определить эти фракции цинка раздельно. Было определено также содержание в клеточном соке высомолекулярных соеди­ нений цинка. Опыты производились параллельно с растениями, получавшими нормальное количество цинка и испытывавшими его недостаток. Обсуждение результатов этих экспериментов и составляют содержание настоящей статьи. Объектом исследования были томаты сорта ’Урожайный’. Растения выращивались с начала апреля по конец июля 1963 г. в водных культурах на питательном растворе Арнона. Вариант «-{-Zn» получал 50 мкг цинка на литр питательного раствора, вариант «—Zn» — 5 мкг/л. Для определения цинка использо­ вался радиометрический метод с применением радиоактивного изотопа Zn65. В питательный раствор добавлялся цинк, содер- 237 жащий этот изотоп, и весь цинк растений получал равномер­ ную радиоактивную метку. Д ля анализа брались 4—5 листьев растений в возрасте от 30 до 50 дней. К этому времени растения варианта «—Zn» об­ наруживали сильные признаки недостаточности цинка. Они сильно отставали в росте, верхние листья их становились мел­ кими, согнутыми и приобретали сероватый оттенок. На листьях появлялись некротические пятна. Собранные листья немедленно взвешивались и обрабатыва­ лись для выделения клеточного сока. Сок отжимался из них после 3—5-минутного плазмолиза в диэтиловом эфире и раздав­ ливания в охлажденной ступке. Вместе с вакуолярным соком отжимается некоторое количество цитоплазмы, обусловливаю­ щей непрозрачность и зеленую окраску сока. Для ее удаления отжатый сок подвергался центрифугированию при 5500 g в те­ чение 20—30 минут. Хлопья цитоплазмы при этом полностью осаждаются, и остается прозрачный, слегка коричневатый кле­ точный сок. Так как наряду с процентным распределением цинка опреде­ лялась в отдельных фракциях его концентрация, относимая к их сырому весу, осадок цитоплазмы после отделения клеточ­ ного сока взвешивался. Взвешивались также остатки ткани, из которых был отжат клеточный сок. Содержание цинка в полученных препаратах определялось по их радиоактивности, измеренной на счетной установке Б-2. Препараты цитоплазмы и остатков ткани измерялись после их высушивания и прессования в таблетки. Определенный объем клеточного сока выпаривался для измерения его радиоактив­ ности на алюминиевом диске. Для количественного определе­ ния цинка в каждом опыте было необходимо определить его удельную активность, так как, несмотря на все предосторож­ ности, в растения попадал посторонний цинк и удельная актив­ ность меченого цинка, добавляемого в питательный раствор, не могла быть использована для расчетов. При отборе материала для анализа часть его, достаточная для определения цинка ди- тизоновым методом, отделялась, и в ней определялся общий цинк (Пейве, 1961). Дитизоновый экстракт с известным содер­ жанием цинка испарялся на фильтровальной бумаге, из кото­ рой затем прессовалась стандартная таблетка для измерения радиоактивности. Полученные данные позволяли вычислить удельную активность в имп/мин на мкг цинка для используемых условий счета. Условия измерений всех препаратов были по возможности одинаковыми. Если сохранить полную стандартность условий было невозможно, вводилась эмпирическая поправка, которая определялась путем измерения в соответствующих условиях равных количеств радиоактивного раствора. 238 Содержание цинка в пробах вычислялось путем деления их активности на удельную активность цинка соответствующего яруса листьев данного опыта. Высокомолекулярные соединения цинка в клеточном соке определялись методом диализа через целлофановую мембрану. Внешним раствором являлся цитратный буфер с pH 6,55. Д и а ­ лиз продолжался до установления равновесия между внутрен­ ним и внешним растворами, что занимало при наших условиях диализа около 40 часов. После этого определялась активность известных объемов раствора по обе стороны мембраны. Р а з ­ ность между содержаниями цинка во внутреннем и внешнем растворах определяла количество цинка, входящего в состав высокомолекулярных соединений. Полученные результаты отображены в табл. 1 и на рис. 1. Они представляют собой средние из 6 опытов, каждый из кото­ рых выполнен в двух повторностях. Т а б л и ц а 1 С одерж ание цинка в клеточном соке томатов С одерж ание Zn Н едиализуемы й Zn Вариант (в % от общ его (в % от с о д ер ж а ­содерж ания ния в клеточном в ткани) соке) — Zn 2 9 -1 -5 8 4 - 2 - f Zn 35 ± 3 7 + 3 Общее содержание цинка в листьях составляло в варианте «—Zn» 10 + 2 мкг и в варианте «--j-Zn» 16 + 2 мкг на г сухого вещества. Результаты опытов показывают, что в клеточном соке содер­ жится 30—35% цинка клетки. Следовательно, цитоплазма так ­ же содержит значительные количества цинка, не связанного с ее структурными элементами. Количество высокомолекулярных соединений цинка в клеточном соке незначительно. В их составе находится 7—8 % общего содержания цинка в клеточном соке. Следует отметить, что выявленное распределение цинка на­ поминает распределение марганца в клеточном соке по данным Власюка, Климовицкой и Визирь (1959а). В вакуолярном кле­ точном соке сахарной свеклы они нашли 25—40% марганца от его общего содержания в ткани. В плазменном соке ими было найдено от 17 до 48% марганца. Эта величина также достаточ­ но близка к полученной нами для цинка, входящего в состав цитоплазмы, но не связанного с определенными структурами. 239 Большой интерес для выяснения места локализации актив­ ного физиологического действия цинка представляют данные о его концентрации в различных фракциях ткани (рис. 1). Кон­ центрация цинка наиболее высока в цитоплазме, где она в 3,5 раза превышает концентрацию цинка в клеточном соке. Так как с клеточным соком выжимается очень малая доля цитоплаз- МКГ в л г н л н г ~ Z . l l >./1РТ0ЧН ЫЦ LOK О С Т А Т К И п и н ч Рнс. 1. Концентрация цинка в различных фракциях листовой ткани (в мкг на г сырой тк ан и ). мы и основная масса цинка удерживается остатками ткани, концентрация его в них также имеет значительную величину. Она меньше, чем у осадка цитоплазмы за счет присутствия кле­ точных оболочек, в которых содержание цинка на единицу веса невелико. Эти данные позволяют предположить, что цинк активно включается в физиологические процессы, протекающие в цито­ плазме. Непосредственное участие в физиологических процессах цинка клеточного сока менее вероятно, так как по сравнению с цитоплазмой его концентрация значительно меньше и только небольшая доля его находится в составе высокомолекулярных соединений. Тем не менее присутствие его в клеточном соке не- 240 обходимо для нормальной жизнедеятельности растения. На это указывает характер изменения его концентрации в клеточном соке и цитоплазме при недостатке цинка. Концентрация цинка в обеих фракциях уменьшается в равной степени, заметного перераспределения цинка в пользу цитоплазмы не происходит. Мало изменяется при этом и процентное содержание цинка в клеточном соке. Практически не увеличивается процентное со­ держание цинка в составе высокомолекулярных соединений, чем цинк в значительной степени отличается от бора (Скок и Мак Илрат, 1958). Можно предполагать, что физиологически активные соеди­ нения цинка, вероятнее всего содержащие цинк ферменты, н а ­ ходятся в равновесии с ионным цинком, растворенным в водной фазе. Соотношение концентраций высокомолекулярного ком­ плекса цинка и ионного цинка будет определяться в этом слу­ чае константой нестойкости комплекса, и любой сдвиг кон­ центрации ионного цинка отразится на содержании высокомо­ лекулярного комплекса. Уменьшение концентрации ионного цинка вызывает усилен ную диссоциацию физиологически активных соединений цинка и соответственное уменьшение их концентрации. Если эта кон­ центрация уже не может обеспечить нормального протекания жизненных процессов, зависящих от содержащих цинк соедине­ ний, жизнедеятельность растений нарушается. Этим, возможно, объясняется сохранение в клеточном соке определенного коли­ чества низкомолекулярных соединений цинка даже у растений, сильно страдающих от его недостатка. Указанный механизм взаимодействия ионной и комплексно связанной форм цинка подчиняется физико-химическим законо­ мерностям, и его объяснение не требует привлечения каких- либо специфических биохимических процессов. Однако суще­ ствование их весьма вероятно и, возможно, такими процессами объясняется значительно более высокая концентрация цинка в цитоплазме по сравнению с находящимся в контакте с ней кле­ точным соком. Отчасти этот факт можно объяснить наличием в цитоплазме белковых соединений цинка, особенно если предпо­ ложить, что весь цинк, входящий в состав внутриклеточных структур, также связан с белками, но возможность повышенной концентрации низкомолекулярных соединений цинка в водной фазе цитоплазмы не исключается. В этом случае необходимо допустить биохимический механизм переноса цинка через тоно- пласт против градиента концентрации. Если такой механизм су­ ществует, то возможности его ограничены, так как полного из­ влечения цинка из клеточного сока в условиях цинкового голо­ дания растений он не обеспечивает. Полученные экспериментальные данные недостаточны для 16 З а к а з № 4752 241 однозначного решения этой проблемы, и требуются дальнейшие исследования. В заключение я считаю своим долгом поблагодарить проф, М. Я. Школьника за ценные указания и постоянное внимание к данной работе. Л И Т Е РА Т У РА Б о й ч е н к о Е. А. , З а х а р о в а Н. И. Ж ел езо и марганец в реакциях ф отосинтеза. Физиол. раст. 6, вып. 1, 88, 1959. В л а с ю к П. А. , К л и м о в и ц к а я 3. М. , В и з и р ь К- Л. О локализа­ ции марганца в некоторых клеточных структурах растений. Изв. АН СССР, сер. биол., вып. 3, 368, 1959а. В л а с ю к П. А., К л и м о в и ц к а я 3 . М. О локализации марганца в раз­ личных клеточных структурах растений. Физиол. раст., 6 , вып. 5, 560. 19596. В л а с ю к П. А. , К л и м о в и ц к а я ' 3. М. , В и з и р ь К. Л. Роль корне­ вой системы в процессах передвиж ения и превращения марганца в растениях. И зв. АН СССР, сер. биол., вып. 6, 865, 1960. К о с и ц ы н А. В., И г о ш и н а Т. И. Внутриклеточное распределение цинка в листовой ткани томатов. Физиол. раст. (в печати). П е й в е Я. В. (р ед .). М етодические указания по определению микроэлемен­ тов в почвах и растениях. И зд. АН Л атв. ССР, Рига, 1961. B o w e n H. I., C o w s e Р. A. , T h i k J. The d istribution of som e inorganic elem ents in plant tissu e extracts. J. Exptl. Bot., 13, v. 38. p. 257, 1962. G e s e r G. U ntersuchungen an A spergillus niger van T ieg über Zinkaufname und A ktiv itätsveränderungen ein iger E nsym e bei Z inkm angel. Arch. M ikrobiol. 41, v. 4, p. 408, 1962. S h o k l . , M c l l r a t h W . I. D istribution of boron in cells of dicotyledonous plante in relation to grow th. P lan t P hys., 33, v. 6, p. 428, 1958. W h a t l e y F. R., О r d i n L., A r n о n D. I. D istribution of micronutrient m etals in leaves and ch lorop last fragm ents. P lan t P hys., 26, v. 2, p. 414, 1951. С О Д Е Р Ж А Н И Е Ф О С Ф О Р Н Ы Х С О Е Д И Н Е Н И Й ПРИ Н Е Д О С Т А Т К Е Ц И Н К А И Д Р У Г И Х М И К Р О Э Л Е М Е Н Т О В У Т ОМАТ ОВ Т. А. Парибок Ботанический институт им. В. Л. К омарова АН СССР При недостатке цинка обмен фосфора у растений нарушает­ ся (Reed, 1946; Парибок и Кузнецова, 1962). Наиболее харак­ терно при этом резкое повышение содержания неорганического фосфата в тканях. Изменения в содержании соединений фос­ фора предшествуют появлению внешних признаков недостаточ­ ности цинка у томатов. По мере усиления цинковой недоста­ точности накопление неорганического фосфата увеличивается, а содержание органических форм фосфата снижается (Парибок и Кузнецова, 1962). 242 В задачу настоящей работы входило выяснить, является ли влияние недостатка цинка на содержание фосфорных соедине­ ний специфическим именно для этого микроэлемента. Для этого в опыт были включены варианты с недостаточностью меди, цинка и железа. Объектом опытов служили томаты сорта ’Уро­ жайные’. Растения выращивали в водной культуре на питатель- Рис. 1. Листья томатов в возрасте 48 дней. Варианты опыта (слева направо): контроль (полная питательная см есь); — Си; — Zn. ном растворе Арнона, приготовленном на бидистиллированной воде. Контрольные растения получали полную смесь микроэле­ ментов в дозах (мг/л): Fe — 6,0; В — 0,5; Мп — 0,5; Си — 0,02; Zn — 0,05; Mo — 0,01. В вариантах без цинка и меди соли очищали от примесей этих элементов с помощью дитизона. П ол­ ное исключение железа гибельно для растений, поэтому его вно­ сили в небольшом количестве — 0,1 от полной нормы, начиная с 15 дня опыта. Признаки недостаточности отдельных микроэлементов поя­ вились в следующие сроки: хлороз — пожелтение молодых листьев от недостатка железа — на 15 день опыта; отставание в росте в высоту, мелколистность и скрученность листьев при недостатке цинка — на 22 день; отставание в росте в высоту, побеление и хрупкость листьев при недостатке меди — на 23 день опыта. На рис. 1 показаны листья томатов из разных в а ­ риантов опыта. Сухой вес растений представлен на рис. 2. Для анализа растения брали на 26-ой и 32-ой день опыта, когда признаки недостаточности каждого из элементов были от­ четливо выражены. Для определения фракций фосфорных сое' 16* 243 динений свежие листья растирали с жидким кислородом, а за ­ тем кислоторастворимый фосфор экстрагировали трихлоруксус- ной кислотой. Неорганический фосфат выделяли из кислото­ растворимой фракции изобутанолом (Weil-Malherbe & Green, 1951). При недостатке цинка у томатов резко увеличивалось содер­ жание неорганического фосфора в листьях; к 32 дню его коли- г Рис. 2. Динамика сухого веса растения томатов в зависимости от обеспеченности микроэлемен­ тами. К — контроль. чество составляло почти 400% по отношению к контролю (рис. 3). В отличие от недостаточности цинка, голодание по же­ лезу и меди не отразилось на содержании этой фракции фос­ фора. Общее содержание фосфора в тканях увеличивалось только при недостатке цинка; оно возрастало за счет минераль­ ного фосфата. Наблюдаемые изменения не коррелировали со степенью стра­ дания растений от недостатка элемента. Самыми угнетенными растениями как по внешнему виду, так и по накоплению орга­ нического вещества были томаты, не получавшие меди (рис. 2 ). Значительно меньше были угнетены растения при недостатке цинка, однако именно у них фосфорный обмен был нарушен сильнее всего. По мере усиления цинковой недостаточности у томатов сни­ жалось содержание органического кислоторастворимого фос­ фора, представленного в основном промежуточными продукта- 244 ми гликолиза (фосфорилированные сахара, кислоты и т. д.). Содержание этой фракции уменьшалось также при недостатке меди и железа. (дни) Рис. 3. С одерж ание форм фосфора в листьях томатов (мг/г сухого вещ ества): А — общ ий, Б — неорганиче­ ский, В — органический кислоторастворимый, Г — кислотонерастворимый. 1 — контроль, 2 — н едоста­ точность цинка, 3 — недостаточность ж елеза , 4 — не­ достаточность меди. При исключении цинка особенно сильно снижалось содер­ жание фосфора кислотонерастворимой фракции, в которую вхо­ дили фосфолипиды, нуклеиновые кислоты и фосфопротеины. По мере усиления недостаточности железа и меди содержание этой фракции фосфора также уменьшалось, но меньше, чем при не­ достаточности цинка. 245 Таким образом, исключение цинка из питательного раствора приводило к определенным специфическим изменениям в мета­ болизме фосфора в растении. При этом особенно характерным было резкое повышение неорганического фосфата в тканях. Накопление неорганического фосфора и снижение содержа­ ния органических форм фосфора позволяет предположить, что при недостатке цинка угнетаются процессы окислительного фос­ форилирования. Чтобы проверить это предположение, мы опре­ делили содержание лабильного фосфора нуклеотидной фрак­ ции, полагая, что содержание макроэргического фосфата дает некоторое представление об этих процессах. Наряду с этим анализировали содержание неорганического фосфата, фосфора липидов и нуклеиновых кислот. Фосфорные соединения фракционировали методом последо­ вательной экстракции (Smiliie & Krotkov, 1960). После минера­ лизации в отдельных фракциях определили содержание фос­ фора (Taussky & Shorr, 1953). Нуклеотиды сорбировали из трихлоруксусного экстракта углем марки ОУД ГОСТ 4453-48 (Котельникова и др., 1959). Д ля определения фракции фосфа­ тов, содержащих макроэргические связи, нуклеотиды подвер­ гали слабому кислотному гидролизу NC1 в течение 10 мин. при 100°. На 15 день опыта для анализа брали контрольные растения, обеспеченные цинком, и опытные растения, выращенные без внесения цинка в питательный раствор. На 16 день опыта часть сосудов с растениями, получавшими цинк, перевели на раствор без цинка, и, наоборот, опытным растениям был добавлен цинк в питательный раствор. Анализы этих растений были проведены на 24 и 30 дни опыта. Результаты анализов приведены в табл. 1 и на рис. 3. При недостаточности цинка у томатов резко увеличивалось содержание неорганического фосфора в тканях (15 день опыта). После внесения цинка в питательный раствор концентрация неорганического фосфора в листьях снижалась (24 день). При исключении цинка она, наоборот, увеличивалась (30 день). Сильно зависело от обеспеченности цинком и содержание фос­ фора нуклеотидов. При цинковом голодании уменьшалось как общее содержание фосфора в нуклеотидной фракции, так и со­ держание лабильного фосфора, представленного макроэргиче- ским фосфором нуклеотид. Недостаток цинка приводил также к снижению содержания фосфора липидов и в особенности нуклеиновых кислот (табл. 1). Также по литературным данным у других объектов — листья апельсина (Kessler & Monselise, 1959) и эвглены (Price, 1962) содержание нуклеиновых кислот и белка при недостатке цинка падало. Основываясь на этих данных, Шнайдер и Прайс (Schneider & Price, 1962) предположили, что торможение роста 246 Т а б л и ц а 1 С одерж ание ф осф ора в листьях томатов (в мкг/r сухого вещ ества) Нуклеотидный P Дни Н еорга­ опыта Вариант нический Л ип ид­ Н уклеи­ лабиль­ P общий стабиль­ ный Р новый Р ный ный + Z n 6470 213 62 151 1220 2720 15 — Zn 18740 166 47 119 920 1540 — Zn 16550 184 32 152 795 2120 24 —Zn + Z n 6730 219 51 168 870 3060 + Z n 4820 149 29 120 754 2620 30 + Z n - > — Zn 10240 101 16 85 543 1070 при недостатке цинка объясняется нарушением синтеза РН К и, как его следствие, угнетением белкового синтеза. Почему при недостатке цинка снижается этерификация по­ глощаемого фосфора, пока сказать трудно. Для того, чтобы найти объяснение этому, рассмотрим некоторые данные, полу­ ченные в основном на плесневых грибах. Можно думать, что высокое накопление неорганического фосфора связано с нару­ шением процесса гликолиза. Действительно, при недостатке цинка угнетаются некоторые ферменты гликолиза: гексокиназа, катализирующая образование гексозо-6 -фосфата (Medina & Nicholas, 1957), и альдолаза, расщепляющая гексозофосфат на две молекулы фосфотриоз (Quinlan-Watson, 1951). Кроме того, подавляется декарбоксилирование пировиноградной кислоты (Foster & Denison, 1950), а это может привести к торможению дальнейших превращений в цикле Кребса. Помимо этого нару­ шение окислительного фосфорилирования может быть связано с угнетением дегидрогеназ, в структуру которых входит цинк, а также с изменением активности ферментов, участвующих в обмене пиридиннуклеотидов (Price, 1962а; Price & Millar, 1962; Nicholas & Goodman, 1958). Снижение же уровня макроэргиче- ских фосфорных соединений, в свою очередь, приводит к угне­ тению синтезов нуклеиновых кислот и белка. 247 Выводы 1. Использование фосфора, поглощаемого томатами из пи­ тательной среды, зависит от обеспеченности растений цинком. Недостаток цинка в отличие от недостаточности железа и меди приводит к значительным специфическим изменениям в мета­ болизме фосфора в растении. 2. При недостаточности цинка резко увеличивается накоп­ ление неорганического фосфора в тканях, снижается содержа­ ние нуклеотидов с макроэргическими связями и угнетается син­ тез других фосфорорганических соединений. 3. Внесение цинка в питательный раствор усиливает процес­ сы этерификации фосфора в растении. При этом восстанавли­ вается нормальный уровень нуклеотидов и синтез других фос­ форорганических соединений. Л И Т Е РА Т У РА К о т е л ь н и к о в а А. В. , Д о в е д о в а Е. Л. и С о л о м а т и н а В. В. Р азделен ие аденозинф осф орны х кислот при помощи отечественных анионитов. Биохимия, т. 24, в. 2, 1959. П а р и б о к Т. А. и К у з н е ц о в а Г. Н. Ф осфатазы и некоторые формы ф осф ора у томатов при недостатке цинка. М икроэлементы в сельском хозяйстве и медицине. Тез. докл. IV Всес. сов., И зд. УАСХИ, Киев, 1962. F o s t e r J. W. a. D e n i s o n F. W. Role of zinc m etabolism . Nature, v. 166, N 4228, 1950. K e s s l e r B. a. M o n s e l i s e S. P. S tu d ies on r ibonuclease, ribonucleic acid and protein syn th esis in healthy and zin c-d eficient citrus leaves. Physiol. Plantarum , v . 12. N I, 1959. M e d i n a A. a. N i с h о 1 a s D. J. D. A zinc-dependent hexokinase from Neuros- pora crassa. Nature, v. 179, N 4550, 1957. N i c h o l a s D. J. D. a. G o o d m a n T. The effect of deficien cies of zinc and iron on som e enzym e system s in Neurospora. J. Exp. Bot., v. 9, N 25, 1958. P r i c e C. A. RNA sy n th sis , zinc deficiency, and the kinetic of growth. Plant P hysio l., v. 37, Suppl., 1962. P r i c e C. A. A zinc-dependent lactate d ehyd rogenase in Euglena gracilis. Biochem . J., v. 82, N I, 1962a. P r i c e C. A. a. M i l l a r E. Zinc, grow th and respiration in Euglena. Plant P hysio l., v. 37, N 3, 1962. Q u i n l a n - W a t s o n T. A. F. A ld o lase activ ity in zin c-d eficient plants. Nature, v ., 167, N 4260, 1951. R e e d H. S. E ffect of zinc deficiency on phosphate m etabolism of the tomato plant. Am er. J. Bot., v. 33, N 10, 1946. S c h n e i d e r E. a. P r i c e C. A. D ecreased RNA levels: a possib le cause of grow th inh ib ition in zinc deficiency. B iochem . et B iophys. Acta, v. 55, N 3, 1962. - • , S m i 11 i e R. M. a. K r o t k o v G. The estim ation of nucleic acids in some a lg a e and higher p lants. Canad. J. Bot., v. 38, N I, 1960. T a u s s k y H. a. S h o r r W. A m icrocolorim etric m ethod for the determ ination of inorgan ic phosphorus. J. B iol. Chem., v. 202, N 2, 1953. W e i l - M a l h e r b e H. a. G r e e n R. H. The cata ly tic e ffect of m olybdate on the hyd ro lysis of the phosphate bonds. Biochem . J., v. 49, N 3, 1951. 248 О В Л И Я Н И И Н Е К О Т О Р ЫХ М И К Р О Э Л Е М Е Н Т О В НА Ф Е Р М Е Н Т А Т И В Н Ы Е П Р О Ц Е С С Ы В Б О Л Ь Н О М Р А С Т Е Н И И X. Э. Карие Таллинский ботанический сад АН ЭССР В литературе имеется много данных о влиянии микроэле­ ментов на ферментативные процессы, происходящие в раститель­ ных организмах. Особенно большое внимание уделяется этому вопросу в последний период. Несмотря на это, многие вопросы указанной проблемы изу­ чены еще недостаточно. Одним из таких «забытых» вопросов является выяснение влияния микроэлементов на ферментатив­ ные процессы, происходящие в больных растениях. Выяснение роли микроэлементов в болезнеустойчивости растений возможно лишь путем детального изучения тех процессов, которые про­ исходят при заражении в растительных клетках. Болезнеустойчивость представляет собою сложное явление, которое определяется многими биохимическими свойствами ра ­ стения. Та или иная степень болезнеустойчивости возникла в результате взаимодействия физиологических и биохимических свойств растения и паразита в эволюционном процессе при определенных конкретных условиях. Нарушая отношения меж­ ду ними, можно вызвать повышение болезнеустойчивости. Легче всего это достигается изменением режима питания растений. Рубин и Арциховская (1948) рассматривают болезнеустой­ чивость как активный физиологический процесс, придавая при этом большое значение окислительной системе растения и ско­ рости протекания окислительных процессов. Этой точки зрения придерживаются и другие авторы (Кокин, 1948; Sanwal, 1956 и др.). Многие исследователи пытаются связать устойчивость расте­ ний с активностью отдельных окислительных ферментов. Н а ­ коплено большое количество фактических данных, но они весьма противоречивы. Например, некоторые ученые обнаружили, что пероксидаза в клетках тем активнее, чем устойчивее растения (Гречушников, 1939; Кокин, 1948; Фаркаш и Кираль, 1956 и др.), тогда как другие исследователи доказывают противопо­ ложное (Нилова и Рашевская, 1952; Шумиленко, 1953; Д е ­ ментьева, 1957 и др.). Все эти данные получены при определении активности окис­ лительных ферментов в тканях здоровых растений. В настоящее время установлено, что при помощи ферментов растения могут обезвреживать токсины, выделяемые паразита­ ми, путем их окисления до безвредных продуктов (Sanwal, 1956). Паразиты, наоборот, своими токсинами подавляют ак ­ тивность окислительных ферментов. Сила воздействия токсинов 2 4 9 определяется главным образом свойствами ферментов. Однако не менее важны и свойства токсинов, так как в природе весьма часто растение оказывается устойчивым к одному паразиту, но восприимчивым к другому. Из окислительных ферментов, по данным Рубина и Арцихов- ской (1960), пероксидаза и полифенолоксидаза значительно бо­ лее устойчивы к токсинам паразитов, чем аскорбиноксидаза и цитохромоксидаза. Здесь необходимо подчеркнуть, что актив­ ность окислительных ферментов в здоровых тканях совсем иная, чем в пораженных клетках. Значит, для того, чтобы связать болезнеустойчивость растений с активностью окислительных ферментов, нужно производить определение активности отдель­ ных ферментов не в здоровых тканях, а в больном растении. Нас интересовал вопрос о влиянии микроэлементов на ак­ тивность пероксидазы и полифенолоксидазы в больном расте­ нии. Первые данные мы получили уже в 1957 году. Нами было проведено два полевых опыта с томатами в учхозе ЭСХА «Раа- ди». Семена томатов намачивались в растворах солей микро­ элементов (марганец, медь, бор, молибден), и этими же раство­ рами растения опрыскивались в открытом грунте. В листьях томатов определяли активность пероксидазы по микрометоду Михлина и Броновицкой. Выяснилось, что активность пероксидазы в листьях томатов увеличивалась при пользовании всеми микроэлементами, но особенно под влиянием меди и марганца у сильно пораженных септориозом (Septoria lycopersici Speg.) растений. Под влия­ нием меди и марганца повышалась и устойчивость томатов к септориозу. В 1962 году проводилось более подробное изучение данного вопроса на двух полевых опытах, заложенных в учхозе ЭСХА «Раади». В первом опыте рассаду сахарной свеклы опрыскивали два раза 0,02% растворами Н 3В 0 3 и (NH4) 2M o 0 4, 0,05% раство­ ром К М п 0 4 и водой (контроль). В листьях свеклы, пораженной фомозом (Phoma betae F rank), определяли активность пероксидазы и полифенолокси­ дазы по микрометоду Михлина и Броновицкой. Активность фер­ ментов изучалась в зонах, расположенных на разном расстоя­ нии от места инфекции. Результаты опыта приведены в таб­ лице 1. Из данных таблицы 1 видно, что активность окислительных ферментов значительно зависит от удаленности места инфек­ ции. Выяснилось, что активность пероксидазы и полифенолокси­ дазы увеличивалась под влиянием марганца и молибдена, осо­ бенно в местах, расположенных в непосредственной близости с инфицированным грибом клетками. 250 Т а б л и ц а 1 Влияние микроэлементов на активность окислительных ферментов в листьях сахарной свеклы, пораженной фомозом Активность ферментов (в мл 0,01 N Варианты Расстояние от иода на 1 г сырого вещества)места инфекции опыта (в см) пероксидазы полифенолокси­дазы Контроль 0,0—0,5 2,27 1,36 0,5— 1,5 0,55 0,54 1,5— 2,5 1,87 0,18 Марганец 0,0—0,5 7,56 1,03 0,5— 1,5 4,71 0,52 1,5— 2,5 3,23 0,50 Бор 0,0— 0,5 3,00 ' 0,70 0.5— 1.5 1,81 0,14 1,5— 2,5 2,71 0,19 Молибден 0,0— 0,5 5,77 1,54 0,5— 1,5 6,09 0,61 1,5— 2,5 2,88 0,34 Во втором опыте, который провели также в учхозе ЭСХА «Раади», изучалось влияние микроэлементов на активность окислительных ферментов лука, зараженного Pernospora d es­ tructor Casp. Растения опрыскивались два раза 0,02% раствором К М п 0 4 и водой (контроль). В листьях определили активность перокси­ дазы и полифенолоксидазы по ранее указанной методике. Результаты опыта приведены в таблице 2. Выяснилось, что в тканях больного растения, зараженного ложной мучнистой росой, активность пероксидазы ниже, а ак­ тивность полифенолоксидазы выше, чем в тканях здорового растения. Особенно заметное увеличение активности полифенолокси­ дазы наблюдалось при заражении в варианте с бором. В 1963 году мы заложили в Таллинском ботаническом саду АН ЭССР полевой опыт с дельфинумом М аака (Delphinium Maackianum R g l .) , который обычно сильно страдает от мучни­ стой росы (E rysiphe nitida (Wallr.) Rabnh.) Растения опрыскивали два раза 0,02% растворами Н3В 0 3, C uS04 и водой (контроль). В листьях растений, зараженных мучнистой росой, опреде­ ляли активность окислительных ферментов (табл. 3 ). 251 Т а б л и ц а 2 Влияние микроэлементов на активность окислительных ферментов в листьях лука, зараж енного Pernospora destructor Casp. Активность ферментов (в мл 0,01 N Варианты Расстояние от иода на 1 г сырого вещества) опыта места инфекции (в см) пероксидазы полифенолокси­дазы Контроль 0 3,89 1,58 0,0—0,5 4,88 1,81 0,5— 1,5 3,21 1,66 1,5— 2,5 4,52 1,19 М арганец 0 7,12 3,04 0 ,0—0,5 8,51 2,89 0,5— 1,5 8,83 2,94 1,5— 2,5 9,25 2,17 Бор 0 3,88 2,82 0,0— 0,5 5,25 1,90 0,5— 1,5 4,77 1,58 1,5— 2,5 5,98 0,80 Т а б л и ц а 3 Влияние микроэлементов на активность окислительных ферментов в листьях дельфинума, зараж енного мучнистой росой Активность ферментов (в мл 0,01 N Варианты Расстояние от иода на 1 г сырого вещества) опыта места инфекции (в см) пероксидазы полифенолокси­дазы Контроль 0 1,72 3,75 0,0— 0,5 1,83 1,00 0,5— 1,5 1,82 1,25 Бор 0 1,78 2,25 0,0—0,5 1,78 2,25 0,5— 1,5 1,79 2,00 М едь 0 1,61 6,50 0,0— 0,5 1,73 3,50 0,5— 1,5 1,78 2,25 252 Выяснилось, что в пораженных тканях активность перокси­ дазы и полифенолоксидазы выше, чем в здоровых тканях. Осо­ бенно отчетливо это отмечалось в варианте с медью, под влия­ нием которой повышалась и болезнеустойчивость растений. Резюмируя приведенные данные, можно сделать следующие общие выводы: 1) влияние микроэлементов на активность окислительных ферментов неодинаково в тканях зараженных и здоровых рас­ тений, причем микроэлементы увеличивают устойчивость фер­ ментов к действию некоторых токсинов паразитов. 2 ) изменение активности окислительных ферментов при з а ­ ражении зависит от использованных микроэлементов и от свойств токсинов паразитов. Рассматриваемая проблема нуждается в дальнейшем углуб­ ленном изучении. Л И Т Е РА Т У РА Г р е ч у ш н и к о в А. И. Значение пероксидазы в иммунитете к фитофторе. Докл. АН СССР, 25, 1939. Д е м е н т ь е в а М. И. Комплексный иммунитет и физиолого-биохимические особенности сортов крыжовника. Докл. Моск. с.-х. акад. им. К. А. Ти­ мирязева, вып. 29, 1957. К о к и н А. Я. К изучению природы устойчивости различных сортов карто­ феля. Уч. зап. К арело-Ф инского гос. ун-та, биол. науки, т. 3, 1948. Н и л о в а В. П. , Р а ш е в с к а я В. Ф. О влиянии некоторых химических элементов на иммунологические свойства растений. Сб. М икроэл. в жизни раст. и животных. И зд . АН СССР, 1952. Р у б и н Б. А. , А р ц и х о в с к а я Е. В. Биохимическая характеристика устойчивости растений к микроорганизмам. И зд. АН СССР, М., 1948. Р у б и н Б. А. , А р ц и х о в с к а я Е. В. Биохимия и физиология иммунитета растений. И зд. АН СССР, М., 1960. Ф а р к а ш Г. Л ., К и р а л ь 3 . И зучение энзимологии больного растения в связи с устойчивостью его к микроорганизмам. И зд. АН СССР, сер. биол.. № 5, 1956. Ш у м и л е н к о Е. П. О влиянии некоторых микроэлементов на устойчи­ вость растений. Зем леделие, № 5( 1953. S a n w а 1 В. D. In v estig a tio n s on the m etabolism of Fusarium lycopersici Sacc. with the aid of radioactive carbon. P hytopathol. Z., 25, N 4, 1956. О Д И А Г Н О С Т И К Е П И Т А Н И Я С Е Я Н Ц Е В СОСНЫ О Б Ы К Н О В Е Н Н О Й ПО Д А Н Н Ы М Х И М И Ч Е С К О Г О А Н А Л И З А ХВОИ В. П оргасаар Институт зоологии и ботаники АН ЭССР Для определения обеспеченности растений питательными веществами обыкновенно пользуются данными почвенных ана­ лизов. Недостатком при этом является то обстоятельство, что ни один из до сих пор известных способов выделения почвен- 253- ной вытяжки не позволяет получить данные о тех количествах питательных веществ, которые действительно доступны в почве для растений. Особенно значительные затруднения возникают при использовании результатов анализа почв для определения степени обеспеченности питательными веществами древесных пород, которые способны вследствие свойственной им мико- трофности усваивать питательные элементы из труднораство­ римых минеральных и органических соединений. Использование результатов почвенных анализов для диаг­ ностики питания растений затрудняется также наличием явле­ ния антагонизма между ионами. Вследствие этого данные ана­ лиза почв могут показывать достаточное содержание элемен­ тов питания, тогда как в действительности растения могут ис­ пытывать недостаток в них. Следовательно, необходимо пользоваться такими методами определения, при которых анализу подвергалось бы само расте­ ние. В настоящее время таким общепризнанным методом яв­ ляется метод листовой диагностики. Лунденгорд (1954) утверж­ дает, что посредством одного лишь указанного метода представ­ ляется возможным определить действительную, т. е. физиологи­ ческую, усвояемость питательных веществ растениями. Исследованиями многих авторов (Mitchell, 1939; Tamm, 1954, 1956; Wittich, 1958; Leyton, 1958, W ehrmann, 1959, Ingestad, 1957, 1959, 1960; Щербаков, 1961 и др.) показано, что степень обспеченности лесных древесных пород питательными веще­ ствами может быть также определена путем химического ана­ лиза органов ассимиляции, т. е. листьев или хвои. Однако для того, чтобы по данным анализа химического со­ става ассимиляционных органов произвести оценку питания растений, необходимо, прежде всего, выяснить, какая зависи­ мость существует между химическим составом исследуемого органа, запасами в почве питательных веществ и ростом растений. В настоящей статье рассматриваются данные, характеризую­ щие указанную зависимость у сеянцев сосны обыкновенной в целях способствовать разработке метода диагностики их пита­ ния по данным химического анализа хвои. Различные уровни питания для сеянцев сосны в наших опы­ тах создавались путем внесения удобрений. Д ля проведения опытов выбирались наименее обеспеченные питательными ве­ ществами для произрастания сосны места — безлесный верхо­ вой торфяник и верещатник. Опыты с удобрением были заложены в апреле и мае 1962 * Верхний 20-сантиметровый слой был представлен малоразложивш имся сфагновым торфом зольностью 3%, рН к с , — 2,8. В аловое содерж ан и е N - 0,58%, РгОб — 120, К2О — 70 и СаО — 400 мг в 100 г почвы; содерж ание лактатно-растворимы х форм Р 2Об — 11,0 и К2О — больш е 40 мг в 100 г почвы. 254 года на осушенном безлесном верховом торфянике * в Пярну- ском лесхозе и на типичной подзолистой почве верещатника в Таллинском лесхозе Эстонской ССР. Величина опытной делянки в обоих местах составляла 1 X 2 м. Повторность опытов на вер­ ховом торфянике была 4-кратная, на верещатнике — 3-кратная. На опытных делянках верхового торфяника снимался верхний живой сфагновый слой; на верещатнике удаляли верхний (А0) горизонт, и семена высевались в А2-горизонт **. Использова­ лись следующие нормы удобрений (из расчета действующего вещества на га): для обоих опытов N — 52 кг, Р 2О5 — 95 кг, КгО — 100 кг (на верховом торфянике) и 120 кг (на верещат­ нике). Удобрения вносились в виде аммиачной селитры, супер­ фосфата и хлористого калия. Норма внесения извести на верхо­ вом торфянике для всех вариантов составляла 21,5 ц и на вере­ щатнике — 15 ц/га. Кроме указанных основных удобрений вно­ сились еще Mg, В, Мп и Си. Опыты были прекращены в октябре 1962 года. Для анали­ зов брались с каждой опытной делянки по 30 сеянцев, опреде­ лялся их воздушно сухой вес, а в хвое определялось по методу Гинзбург и Щегловой (1960) содержание N, Р и К- Из проведенных опытов на торфянике выясняется эффек­ тивное влияние NP удобрений на рост сеянцев сосны (табл. 1). При использовании этих удобрений в отдельности положитель­ ного влияния не отмечалось. Эти данные свидетельствуют о том, что на торфянике сосна ощущает острый недостаток азота и фосфора. Т а б л и ц а 1 Влияние минеральных удобрений на рост и содерж ан ие N, Р и К в хвое однолетних сеянцев сосны на верховом торфянике С одерж ание в % к сухом у веществу .4° вари­ Варианты Сухой вес анта опыта 100 сеянцев (г) N Р К 1 NoPoKo 3,3 0,93 0,11 0,81 2 N1P1K1 18,5 2,10 0,30 1,23 3 N 1Р , Ко 18,0 2,22 0,30 1,05 4 N 1Р 1 Ki/г 18,2 ' 2,22 0,30 1,24 5 N.PoK, 6,2 2,04 0,07 0,92 6 N ,P i/2Ki 18,2 2,36 0,28 1,14 7 N0P1K1 3,6 1,00 0,20 0,98 8 n 1/2p , k , 12,8 1,71 0,27 1,17 ** Характеристика горизонта Аг: мощность горизонта — 12 см, тем но­ серый средний песок; рН КС1 — 3,8; валовое содерж ан ие N — 0,020% , Р 20 5 — 6,2 и КгО — 75 мг в 100 г почвы; содерж ание лактатно-растворимы х форм Р?0 — 1 мг и К2О — 0 мг в 100 г почвы. 255 На верещатнике внесение удобрений оказалось менее эф­ фективным (табл. 2), чем на торфянике. Следует иметь в виду, что рост растений, помимо запасов питательных веществ в поч­ ве, зависит еще от многих других факторов и особенно от ре­ жима влажности почвы, в отношении которого торфяник и ве­ рещатник значительно различаются. Как на торфянике, так и на верещатнике наиболее эффективным оказалось использо­ вание азотных удобрений. Использованная в опытах полная нор­ ма азотных удобрений (52 кг/га) оказывала на рост сеянцев сосны уже отрицательное влияние. На верещатнике внесение фосфорных удобрений оказывало положительное влияние, но в меньшей степени, чем на торфянике. Неэффективным на обеих почвах было калийное удобрение. Т а б л и ц а 2 Влияние минеральных удобрений на рост и содерж ан ие N, Р и К в хвое однолетних сеянцев сосны на верещатнике № вари­ Варианты Сухой вес С одерж ание в % к сухом у веществу анта опыта 100 сеянцев г N Р К 1 N qP oKö 3,6 1,01 0,13 0,65 2 N ,P iK j 7,6 1,99 0,22 1,00 3 N 1Р i Ко 7,8 2,90 0,28 0,55 4 N .PjK v* 8,6 2,05 0,20 0,80 5 NjPoKi 5,5 2,22 0,09 0,84 6 NiPvsK i 6,6 2,07 0,17 0,86 7 NoPiKj 2,8 1,11 0,22 1,10 8 №/2 PiK j 10,7 1,81 0,21 1,05 Из данных химического состава хвои {табл. 1 и 2 ) выясняет­ ся, что с повышением содержания одного элемента питания в почве (без изменения содержания других) возрастает его со­ держание такж е в хвое. Так, содержание азота в хвое при ис­ пользовании азотистых удобрений повышалось на торфянике с 1,00 до 2,10% и на верещатнике — с 1,11 до 1,99%; содержание фосфора — соответственно с 0,07 до 0,30% и с 0,09 до 0,22%, калия — с 1,05 до 1,34% и с 0,55 до 1,00%. Кроме того, из результатов данных опытов выясняется, что на концентрацию того или иного элемента в хвое оказывает влияние не только его содержание в почве, но такж е и содер­ жание остальных элементов. Так, в вариантах за № № 2— 6 ко­ личество азота в почве было одинаковым, однако в хвое сеян­ цев на торфянике концентрация азота колебалась в пределах 2,04—2,36%, а на верещатнике в еще больших пределах — 1,99—2,90%. Содержание фосфора и калия в хвое такж е зави- 256 сит от содержания других элементов в почве. Следовательно, химический. состав хвои не всегда соответствует абсолютному содержанию элементов питания в почве, но зависит также и от их соотношения. К такому же выводу пришли в своих работах также Хахлин (1959), Виттих, Фидлер, Краусс (1960), Вилл (1961) и др. Приведенные данные показывают, что методом химического анализа хвои можно также пользоваться для выяснения взаимо­ действия между питательными веществами. Для определения по данным химического анализа хвои сте­ пени обеспеченности сеянцев сосны питательными веществами, необходимо было выяснить зависимость между содержанием в хвое питательных веществ и ростом сеянцев. Следовало также найти для каждого питательного элемента тот уровень его со­ держания, при котором потребность сеянцев в нем считается полностью удовлетворенной. При подобной концентрации пита­ тельных элементов в хвое, получившей название оптимальной или критической концентрации, дополнительная дача этих же элементов сеянцам в составе удобрений не приводит к дальней­ шему усилению их роста. Нахождение критической концентрации питательных элемен­ тов у сеянцев сосны многими исследователями (Gast, 1936—37, Süchting, 1942, Böszörmenyi, 1958, Ingestad, 1960) проводилось методом вегетационных опытов. Данными исследованиями было выяснено, что возрастание содержания, необходимого питатель­ ного элемента в хвое до оптимальной концентрации сопровож­ дается усилением роста сеянцев; дальнейшее увеличение кон­ центрации обусловлено уже ослаблением их роста. Указанными опытами было показано, что оптимальная кон­ центрация для азота колеблется в пределах 1,8—3 ,0 % и для фосфора — 0,20—0,30%. Относительно величины этого показа­ теля для калия литературные данные немногочисленны. Инге- стад (1960) считает оптимальной концентрацией для калия 0,9%, а Зюхтинг (1942) — 0,33—0,83%. Несоответствие приводимых различными авторами данных относительно критических концентраций питательных элементов, по-видимому, обусловливается тем, что уровень снабжения под­ опытных растений питательными веществами и условия прове­ дения опытов были неодинаковы. В литературе находим указания на то, что оптимальные концентрации не являются постоянными величинами. Лейтон (1960) отмечает, что оптимальные концентрации элементов пи­ тания в хвое сосны могут меняться в зависимости от места про­ израстания деревьев и уровня снабжения их питательными ве­ ществами. Подобного мнения придерживается такж е Краус (Wittich, Fiedler, Krauss, 1960). Зависимость величины опти­ мальной концентрации азота и фосфора от уровня содержания 17 З а к а з № 4752 257 других веществ в почве подробно исследовал Бёзёрмени (1958). В его опытах с песчаными культурами оптимальная концент­ рация азота в хвое сосны при использовании фосфорных удоб­ рений повышалась от 0,96 до 2,94% и оптимальная концентра­ ция фосфора в случае внесения азотных удобрений — от 0,08 до 0,28%. Поэтому для установления оптимальной концентра- в«с сеянца, Ла200| 180 160 1ЧО 120 1ОО 80 (ю 30- Зч ae и -Гб го iS Jo %n t> хЬое Рис. 1. Зависимость роста сеянцев сосны от содерж ания азота в хвое. X — на верховом торфянике; . — на верещатнике. ции нельзя ограничиться только вегетационными опытами, но следует проводить также опыты с удобрениями в конкретных природных условиях. Выясненная в условиях наших опытов зависимость между содержанием питательных элементов в хвое и ростом сеянцев сосны изображена на рис. 1—3. Обратимся прежде всего к анализу тех вариантов опыта, в которых изменению в почве подвергалось содержание только одного элемента питания (на рисунках изображены сплошной линией). Выясняется, что рост сеянцев сосны закономерно ме­ няется с изменением содержания исследуемого элемента пита­ ния в хвое. На верещатнике рост сеянцев усиливался одновременно с повышением в хвое концентрации азота до 1,80%. При даль­ нейшем повышении содержания азота вес сеянцев снижался. Таким образом, в условиях опытов на верещатнике оптималь­ ной концентрацией азота можно считать 1,80%. В опытах на торфянике эта концентрация оказалась значительно выше, так как здесь вес сеянцев еще увеличивался при концентрации азо­ та в хвое 2 ,10%. 258 С повышением в хвое концентрации фосфора также наблю­ далось увеличение веса сеянцев как в опытах на торфянике, так и на верещатнике. Оптимального содержания фосфора нам не удалось установить, так как использованные нормы фосфор­ ного удобрения оказались для этого недостаточными. вес севмцо, 180 1Ь© 440- 120 •100 Ю- 60 40- 20 аов о « <мб Õ5Õ отч он о,'зо %р txtoe Рис. 2. Зависимость роста сеянцев сосны от содерж ания фосфора в хвое. X — на верховом торфянике; . — на верещатнике. бес Рис. 3. Зависимость роста сеянцев сосны от содерж ания калия в хвое. X — на верховом торфянике; . — на верещатнике. Максимальное содержание калия (1,23%) в хвое в опытах на торфянике, очевидно, близко к его оптимальной концентра­ ции. На верещатнике же интенсивность роста сеянцев снижалась начиная с уровня содержания калия в хвое 0,80%. Если в почве верещатника содержание азота было ниже (половина нормы)^, то увеличение веса сеянцев наблюдалось и при более высокой концентрации калия (1,05%). Это означает, что уровень опти­ мального содержания калия в хвое зависит в значительной мере от содержания других питательных веществ. То же самое справедливо в отношении оптимальной концентрации других элементов (N и Р ) , чем и обусловливается вышеот- меченное несовпадение данных различных авторов. Особенно значительные отклонения от установленной зависимости меж­ ду содержанием элементов в хвое и ростом сеянцев наблю­ даются в тех случаях, когда имеет место настолько резкий не­ достаток какого-нибудь необходимого питательного элемента в почве, что он становится лимитирующим фактором. В естест­ венных условиях наиболее часто растения страдают от дефи­ цита азота в почве. По результатам наших опытов, в случае недостатка азота, но при сравнительно высоком содержании в хвое К и Р, сеянцы характеризуются слабым ростом. По данным химического анализа хвои при этом удается установить, в каких питательных элементах растение особенно нуждается, так как содержание их в хвое оказывается в мини­ муме. В указанных случаях однако затрудняется установление степени обеспеченности растений остальными элементами пита­ ния. Лундегорд (1954) считает данное обстоятельство большим недостатком листовой диагностики питания растений, обусловли­ вающим его применяемость не при всех условиях. Важно отме­ тить, что в варианте без удобрений, где имел место глубокий де­ фицит N и Р, содержание последних в хвое оказалось сходным независимо от того, выращивались ли сеянцы на торфянике или на верещатнике. Содержание N на торфянике было 0,93%, на ве­ рещатнике — 1,01%, а содержание Р соответственно — 0,11% и 0,13%. Сходная с отмеченной картина наблюдалась также и в тех вариантах, где в дефиците был один из элементов (N или Р). Так, на верховом торфянике в варианте N0PiKi концентра­ ция N в хвое была 1,00% и на верещатнике — 1,11%, а кон­ центрация Р в варианте N iP 0Ki соответственно 0,07% и 0,09%. Суммируя сказанное, можно отметить, что химический состав хвои сосны отражает степень обеспеченности растений питатель­ ными веществами. Д ля определения методом листовой диагно­ стики потребности растения в питательных веществах необхо­ димо вегетационными опытами, где условия хорошо контроли­ руемы, выяснить, прежде всего, закономерности изменения хи­ мического состава ассимиляционных органов от уровня пита­ ния растений. 260 ЛИТЕРАТУРА Г и н з б у р г К. Е. и Щ е г л о в а Г. М. О пределение азота, ф осф ора и ка­ лия в растительном материале из одной навески. П очвоведение, 5, 1960. Щ е р б а к о в А. П. Опыт применения метода листовой диагностики для определения нуж даем ости сосны в азоте и фосфоре. Корневое пита­ ние в обм ене веществ и продуктивности растений. Тезисы докладов конференции 6— 10 февраля 1961. И зд. АН СССР, М., 1961. B ö s z ö r m e n y i Z. Leaf an a ly sis in v estig a tio n s w ith scotch pine seed lin gs; the problem of the constan cy of critical nutrient concentrations. Acta Botanica A cadem iae Scientiarium H ungaricae. 4, 1958. G a s t P. R. S tudies on the developm ent of con ifers in raw hum us. III. The growth of scotch pine [Pinus silvestris] seed lin g s in pot cultures of different so ils under varied radiation in tensities . M eddelanden fran S ta ­ tens Sk ogsförsök san sta lt, 29, 1936— 1937. H a h l i n M. V äxtn ärin gstillförsel vid uppdrogn ing av barrträdsplanter. Försök med v ä x tn ä r in gstillförse l vid uppdrogn ing av barrträdsplanter. V äxt- näringnytt, 15, 3, 1959. I n g e s t a d T. S tu d ies on the nutriton of forest tree seed lin g s. I. M ineral nutrition of birch [Betula verrucosa]. P h y sio lo g ia P lantarum , 10, 1957. I n g e s t a d T. S tu d ies on the nutrition of forest t ie e seed lin g s. II. M ineral nutrition of spruce. P h y sio lo g ia P lantarum , 12, 1959. I n g e s t a d T. S tu d ies on the nutrition of forest tree seed lin g s. III. M ineral nutrition of pine. P h y sio lo g ia P lantarum , 13, 1960. K r a m e r P. J., K o z l o w s k i Т. T. P h y sio lo g y of trees. N ew York-Toronto- London, 1960. L e y t o n L. The m ineral requirem ents of forest p lants. E ncycloped ia of P lant P h ysio logy , IV. M ineral N utrition of P lan ts, B erlin -G öttingen-H eidelberg, 1958. L e y t o n , L. The grow th and m ineral nutrition of tree sp ecies in relation to site factors. T ransaction of 7th International C on gress of Soil Science, M adison, W ise., U .S.A . 1960, III, 1960. L u n d e g a r d h H. P h y sio lo g ica l a sp ects on tissu e a n a ly sis as a quide to soil fertility. P lan t A n a lys is and F ertilizer Problem s, P aris, 1954. M i t c h e l l H. L. The grow th and nutrition of w h ite pine [Pinus strobus L.] seed lin gs in cultures w ith v a ry in g n itrogen , phosphorus potassium , and calcium . B lack Rock F orest B ulletin , 9, 1939 (цит. no Kramer and K ozlow ski, 1960]. S i i c h t i n g H. U ntersuchungen über die E rnährun gsverh ältn isse des W aldes. VIII. Zur M ethodik der B estim m ung der N ährstoffdynam ik in W aldböden. Bodenkunde und P flanzenernährung, 28, 1942. T a m m C. О. A study of forest nutrition by m eans of foliar analysis . P lant A n alysis and F ertilizer Problem s, Paris, 1954. Т а m m С. O. S tu d ies on forest nutrition. III. The effect of supp ly of plant nutrients to a forest stand on a poor site. M eddelanden fran Statens S k ogsforsk n in gsin stitu t, 46, 1956. W e h r m a n n J. M ineralstoffernährung von K iefernbeständen in Bayern. Z eitschrift für P flanzenernährung, D ü ngu ng, Bodenkunde, 84, 1959. W i l l G. M. The m ineral requirem ents of radiata pine seed lin gs. N ew Zealand Journal of A gricu ltural Research, vol. 4, 1961. W i 11 i с h W. B odenkundliche und p flan zen p h ysio log isch e G rundlagen der m ineralischen D ü ngu ng im W alde und M öglichkeiten für die E rm ittlung des N ährstoffhedarfes. A llgem ein e F orstzeitschrift, 13, 1958. W i 11 i с h W., F i e d l e r H. J., K r a u s s H. H., M öglichkeiten der Produk­ tio n sste ig eru n g in der F orstw irtschaft durch D ü n gu n g und die sich daraus ergebenen F orschungsproblem e. S itzungsberich te der D eutschen A kadem ie der L an d w irtsch aftsw issen schaften zu Berlin, 9, 6, 1960. 261 В Л И Я Н И Е К А Л И Я И Б О Р А НА РОСТ И Р А З В И Т И Е К О Р ­ М О В Ы Х Б О Б О В В Р А З Н Ы Х У С Л О В И Я Х О С В Е Щ Е Н И Я Д ж . А. Фишере Латвийский госуниверситет им. П. Стучки Кормовые бобы приобретают все более важное значение в сельском хозяйстве как источник белков. В биологии их раз­ вития остается еще много неясных вопросов, и полученные на практике результаты относительно факторов урожайности этой ценной кормовой культуры нередко противоречивы. Это свиде­ тельствует о том, что на развитие бобов в большой мере влия­ ют различные внешние факторы как географические, так и ус­ ловия погоды и агротехники. Одним из важнейших факторов в жизни растений является свет. Без света невозможен фотосинтез; свет способствует пе­ ремещению ассимилятов в растении, влияет на его рост и раз­ витие. Из литературы известно, что растение в разные периоды своего развития реагирует на свет по-разному. Новиков (1955, 1956), Шустова (1955) и др. установили, что во время редук­ ционного деления материнских клеток пыльцы растение наибо­ лее чувствительно к недостаточной интенсивности света. Такое недостаточное освещение нередко бывает в естественных поле­ вых условиях при пасмурной дождливой погоде, в результате чего в большей или меньшей степени снижается урожай зерна. Недостаточность освещения возникает и при загущенном посеве. Однако, как установлено практикой, на загущенных посевах урожай бобов с площади больше, чем на изреженных посевах. Причины указанного обстоятельства, характер ответных реак­ ций растений кормовых бобов на пониженную интенсивность света и в какой именно период их развития пониженная интен­ сивность света наиболее вредна или наиболее благоприятна — все эти вопросы остаются еще мало изученными. Поскольку установлено, что при недостаточном освещении нарушается перемещение веществ в растении, то, как указы­ вают Новиков и Шустова (1955), бороться за прирост урожая в случае пасмурного, дождливого лета представляется возмож­ ным путем стимулирования перемещения ассимилятов в расте­ нии, чтобы они в достаточном количестве поступали в генера­ тивные органы и обеспечивали их нормальное развитие. Имеющиеся в литературе данные наводят на мысль, что из минеральных элементов, способствующих перемещению веществ, могут быть использованы калии и бор. При недостатке калия в значительной мере нарушается перемещение углеводов. Понто- вич (1945) высказывает предположение, что как свет, так и ка- 262 лий способствуют образованию в растении флавина, воздейст­ вуя таким образом на его окислительно-восстановительную си­ стему. Можно было предположить, что при пониженной интен­ сивности света у растения повышается потребность в калии. П о­ добные же указания встречаются и о боре (Дроздов, 1956; Сы- вороткин, 1952; Школьник, 1950). Задача настоящей работы заключалась в том, чтобы выяс­ нить влияние калия и бора на рост и развитие кормовых бо­ бов на разных стадиях их развития в условиях недостаточного освещения. Работа проведена в Ботаническом саду Латвийского госуниверситета имени П. Стучки летом 1962 года. Растения вы­ ращивались в пластмассовых вегетационных сосудах, в почвен­ ной культуре, в трех повторностях. Опытным объектом были выбраны лиелплатонские кормовые бобы. Растения разбива­ лись на 3 группы с таким расчетом, чтобы каж дая группа в определенный период развития находилась в затенении. В к а ж ­ дой группе выделили 6 вариантов: 1. Растения на определенной стадии развития опрыски­ вались калием и выращивались при естественном ос­ вещении; 2. Растения опрыскивались калием и выращивались в з а ­ тенении; 3. Растения опрыскивались бором и выращивались при естественном освещении; 4. Растения опрыскивались бором и выращивались в з а ­ тенении; 5. Контроль (растения опрыскивались водой и выращи­ вались при естественном освещении); 6. Контроль (растения опрыскивались водой и выращи­ вались в затенении). Для затенения использовался трехслойный марлевый домик, в который по литературным данным (Шапкина, 1956; Мауриня, 1960; Мошков, 1961) проникает всего лишь 20% нормального дневного освещения. Температура и влажность воздуха в та ­ ком домике были приблизительно такие же, как и на открытом воздухе. Для опрыскивания применялись растворы 1% хлористого ка ­ лия и 0,02% борной кислоты. На каждый сосуд было израсхо­ довано 50 мл раствора. Растения каждой группы опрыскива­ лись двухкратно, через день. Растения первой группы были разделены на указанные в а ­ рианты и опрыснуты соответствующими растворами в то время, когда в конусах нарастания началась дифференциация соцве­ тия. В затенении растения находились в течение 11 дней, т. е. до того момента, когда в конусах нарастания растений конт­ рольного варианта началось образование зачатков цветков. 263 Установлено, что, находясь в затенении, как опрыснутые ка­ лием и бором, так и контрольные растения растут интенсивнее. После снятия затенения рост в высоту почти прекратился, а че­ рез 7— 8 дней у растений снова наблюдался такой же рост, как и у незатененных растений. К концу периода вегетации высота растений всех вариантов сравнялась. Затенение в этот период повлияло такж е на ход развития растения. Через 11 дней в конусах нарастания контрольных ра­ стений началась уже дифференциация пыльников и пестика, а у растений, находившихся в затенении, еще продолжалось лишь образование зачатков цветков. Подобные же результаты полу­ чила Папонова (1963). У растений помидоров в затенении уси­ лились процессы роста, но замедлилось образование генератив­ ных органов. Полученные нами данные по влиянию калия и бора на рост и развитие кормовых бобов при затенении их в период диффе­ ренциации соцветий представлены в таблице 1. Как видно из данных, приведенных в табл. 1, процесс обра­ зования зачатков цветков у затененных растений затягивается, в результате чего образуется большее число бутонов. Особенно это проявляется в вариантах с калием и бором. Также урожай в этих вариантах ниже, за исключением варианта с калием. Можно предполагать, что калий и бор, способствуя притоку ас- Т а б л и ц а 1 Влияние калия и бора на рост и развитие кормовых бобов при затенении в период дифференциации соцветий Д лина расте­ В ес растений Среднее коли­ ний в конце в конце веге­ чество бутонов Воздуш но су­В ари­ вегетации тации на одно расте­ хой вес семянанты * ние см % г % кол. % г % Ki 107,2 93,4 67,6 89,6 28,6 105,1 8,1 83,8 К2 113,3 98,7 83,8 110,0 34,8 127,9 10,9 112,8 В, 110,5 96,3 69,6 92,3 34,6 127,2 9,9 102,4 В 2 109,8 95,7 68,0 90,1 36,8 135,3 9,2 95,1 контр. 1 114,7 100 75,4 100 27,2 100 9,7 100 контр. 2 112,3 97,9 64,2 85,1 28,8 105,9 8,2 84,4 * П ояснение к обозначениям вариантов опыта, используемы х также во всех последую щ их таблицах: Ki, В), контр.j растения опрыснуты растворами соответствую щ их эле­ ментов или водой и выращивались при естественном освещении; Kži В 2) контр.2 — растения ̂ опрыснуты соответствующ ими элементами или водой и выращивались при затенении. 264 симилятов и участвуя в окислительно-восстановительных про­ цессах растения, стимулируют процесс образования зачатков цветков. По-видимому, обработка растений по использованной нами методике бором оказалась недостаточной для повышения урожая зерна. На урожай зерна некоторое влияние оказал ка ­ лий, который в растениях может подвергаться реутилизации; под влиянием калия затененные растения дали более мощную вегетативную массу и более высокий урожай зерна. Начиная с момента дифференциации пыльников и пестика растения соответствующих вариантов 2 -й группы опрыскива­ лись вышеуказанными растворами и помещались в условия з а ­ тенения, где они содержались в течение 9 дней — до образо­ вания тетрад. Динамика роста растений в затенении подобна росту расте­ ний предыдущей группы. К концу периода вегетации растения, получившие калий или бор как в затенении, так и в естествен­ ных условиях освещения, были по размерам несколько выше контрольных. Растения, которые получали только затенение (без калия или бора), уступали по высоте контрольным расте­ ниям на 7%. То же самое можно сказать о весе подопытных и контрольных растений. Полученные нами данные представлены в таблице 2. Как видно из данных табл. 2, недостаточная интенсивность света в период дифференциации пыльников и пестика резко сказалась на количестве бутонов. В условиях затенения оно уменьшилось на 33,4%. У растений, получивших в этот период калий и бор, число бутонов приближается к числу их у конт­ рольных растений, находившихся в затенении; при обработке их бором и особенно калием неблагоприятное влияние недоста­ точности света устранилось и урожай зерна приближался к урожаю контрольных растений. Т а б л и ц а 2 Влияние калия и бора на рост и развитие кормовых бобов при затенении в период образования зачатков цветков Длина растений В ес растений С реднее коли­ Вари­ в конце вегета­ в конце веге­ чество бутонов В оздуш но с у ­ ции тации на 1-ом расте­ хой вес семянанты нии см % г % кол. % Г % К. 114,3 109,0 73,7 120,2 35,8 96,2 9,9 101,6 К2 115,4 110,1 70,2 114,5 34,6 93,0 9,5 97,2 в, 108,6 103,6 63,9 104,2 34,2 91,9 8,6 87.6 в 2 108,9 103,9 67,4 109,9 34,2 91,9 9,5 97,0 Контр.1 104,8 100 61,3 100 37,2 100 9,8 100 КоНТр.2 97,5 93,0 43,9 71,6 24,8 66,6 7,7 79,0 265 На основании приведенных в табл. 2 данных можно сделать вывод, что во время образования пыльников, пестика и археспо- риальных тканей растения, очевидно, нуждаются в определен­ ной интенсивности света. Недостаточное освещение до некото­ рой степени может быть компенсировано обработкой растений калием или бором. Указанные элементы в это время не только влияют на передвижение веществ, но и способствуют более быстрому росту вегетативных частей растения. Растения третьей группы выдерживались в затенении 11 дней и опрыскивались в тот период, когда у них началось редукци­ онное деление материнских клеток пыльцы. Процесс роста в затенении у них такж е был подобен росту растений соответст­ вующих вариантов предыдущих групп. К концу периода веге­ тации высота растений сравнялась, за исключением тех расте­ ний, которые в затенении получили бор. Они на 7% были выше контрольных растений. Затенение способствовало не только уве­ личению высоты растений, но и увеличению их общего веса. По данным исследований Новикова (1955, 1956), Гжесюка (1955) и других авторов, образование тетрад в пыльниках на­ чинается в критический период в жизни растения в отношении интенсивности света. Это подтверждается и на кормовых бобах. У растений, находившихся в затенении, почти половина более развитых нижних бутонов осыпалась (табл. 3 ). Как видно из данных табл. 3, опрыскивание растений ка­ лием и бором не в состоянии предотвратить осыпание у них бутонов. Оно способствует лишь увеличению вегетативной мас­ сы, но, по-видимому, не может заменить специфического воз­ действия света, как это наблюдалось в соответствующих вари­ антах предыдущей группы. Несмотря на то, что в условиях затенения число бутонов уменьшилось почти наполовину, урожай зерна у всех вариан- Т а б л и ц а 3 Влияние калия и бора на рост и развитие кормовых бобов при затенении в период образования тетрад и пыльцы Длина растений Вес растений С реднее коли­ в конце веге­ в конце веге­ чество бутонов Воздуш но су­ Вариант тации тации на 1-ом расте­ хой вес семяннии см % г % кол. . % г % К, 87,7 85,4 39,7 96,5 29,0 96,0 7,2 102,8 К2 100,5 97,9 45,8 111,4 16,8 55,6 6,6 94,5 в, 101,5 98,9 46,8 113,8 31,0 102,6 7,0 99,5 в 2 110,0 107,2 55,7 135,5 16,0 52,9 7,2 103,0 Контр. 1 102,6 100 41,1 100 30,2 100 7,0 100 К онтр.2 102,8 100,1 49,0 119,2 19,0 62,9 7,3 103,9 266 тов сравнялся. Это объясняется тем, что вместо опавших буто­ нов растение энергично образовало новые бутоны, которые р а з ­ местились выше по стеблю. В практике также замечено, что на более густых посевах, а следовательно при меньшей интен­ сивности света, первый стручок помещается на стебле выше, что имеет положительное значение при механизированной убор­ ке урожая. Выводы 1. Пониженная интенсивность света способствует росту рас­ тений, но неблагоприятно влияет на образование структурных элементов урожая. Недостаточная интенсивность света во вре­ мя образования археспориальной ткани и тетрад вызывает от­ мирание зачатков цветков. 2. Калий и бор при недостаточной интенсивности света бла­ гоприятно влияют как на рост, так и на развитие растений. Подкормка растений путем опрыскивания, во время третьей стадии развития, указанными элементами способствует увели­ чению вегетативной массы и усилению оттока ассимилятов в генеративные органы. Введенные в растения путем опрыскивания во время четвер­ той стадии развития калий и бор не в состоянии исключить влияние недостаточного освещения и предотвратить осыпание нижних бутонов. Л И Т Е РА Т У РА Г ж е с ю к С., Критический период в отношении к интенсивности света у проса. Зап. Л С Х И , вып. 9, 1955. Д р о з д о в C. X. П отрзбность в боре у пшеницы в онтогенезе. Зап. Л СХИ , вып. 11, 1956. М о ш к о в Б. С. Ф отопериодизм растений, М .— Л ., 1961. Н о в и к о в В. А. , Ш у с т о в а А. П. Влияние света на отток пластиче­ ских веществ из листа. Д А Н СССР, т. 82, № 3, 1962. Н о в и к о в В. А. Повышение устойчивости растений к снижению интен­ сивности света в критический период. Зап. Л С Х И , вып. 9, 1955. Н о в и к о в В. А. Третья и четвертая стадии развития растений, Зап. Л СХИ , вып. 11, 1956. П о н т о в и ч В. Э. Изв. АН СССР, сер. биолог., № 5, 1945. П а п о н о в а И. Т. Сб. трудов аспирантов и молоды х научных сотрудников, 3 (7 ) , 1963. С ы в о р о т к и н Г. С. Кн. «М икроэлементы в ж изни растений и животных». 1952. Ш а п к и н а Т. А. Критический период в отношении к сниженной интенсив­ ности света у красного клевера. Зап . Л С Х И , вып. 11, 1956. Ш к о л ь н и к М. Я. Значение микроэлементов в ж изни растений и в зем ­ леделии. И зд . АН СССР, 1950. Ш у с т о в а А. П. Критический период в отношении к интенсивности света у гречихи. Зап . Л СХИ , вып. 9, 1955. 267 О В Л И Я Н И И Н Е К О Т О Р Ы Х М И К Р О Э Л Е М Е Н Т О В НА Ф И З И О Л О Г И Ч Е С К И Е П Р О Ц Е С С Ы В Л И С Т Ь Я Х К Р А С Н О Г О К Л Е В Е Р А К. А. Киви Эстонская сельхозакадем ия «В основе жизненного процесса лежит обмен веществ, со­ ставными звеньями которого являются многочисленные биохи­ мические реакции, в подавляющем большинстве случаев ката­ лизируемые при помощи ферментов. В отсутствии этих послед­ них указанные реакции осуществлялись бы с такими малыми скоростями, что они не могли бы иметь никакого значения для бурного протекающего процесса жизни. Вместе с тем ферменты не только ускоряют биохимические реакции, но и направляют течение всего жизненного процесса по определенному руслу. Набор ферментов, которым располагает любая живая клетка, и относительная активность этих ферментов определяют после­ довательность и взаимосогласованность реакций обмена ве­ ществ, лежащие в основе всей организации живой материи во времени» (Опарин, 1961). Ферментативная активность часто зависит от присутствия атома металла. В истинных металлоферментах этот атом, яв­ ляясь составной частью собственного фермента, прочно связан либо с некоторыми группами в белке, либо с какой-либо просте- тической группой, например порфирином. В других случаях не­ обходимо добавлять ионы некоторых металлов для того, чтобы «активировать» фермент. Чтобы сохранить фермент в форме активного «металлофермента», необходимо бывает поддержи­ вать определенную концентрацию свободного активирующего иона (Диксон и Уэбб, 1961). Исходя из вышеизложенного, мы поставили в наших опы­ тах задачу изменять протекающие в растениях красного кле­ вера физиологические процессы путем применения микроэле­ ментов. Во всех наш их опытах семена красного клевера смачивались растворами солей микроэлементов в следую щ их концентрациях: 0,02% Н 3 ВО 3 , 0,05% (N H 4) 2M o 0 4, 0,1% КМ1Ю4 и 0,001% C u S 0 4. Семена контрольного варианта смачивались дистиллированной водой. П араллельно пользовались и сухим контролем в опытах 3, 4, 5, 6, 19. Семена обрабаты вались двукратно соот­ ветственно в продолж ение 3 и Ч часов при температуре 18— 20° С. Растения клевера первого года пользования опрыскивались растворами этих ж е со­ лей микроэлементов в указанны х концентрациях, за исключением варианта с медью, где опрыскивание проводилось 0,005% раствором C u S 0 4. Парал­ лельно с этими вариантами были залож ены варианты, где растения клевера первого и второго года пользования опрыскивались растворами микроэле­ ментов в указанны х концентрациях без предпосевного намачивания семян. 268 Т а б л и ц а 1 М есто проведения опытов и характеристика использованных в опытах почв ^ С одерж ание (в мг на СО М естонахож дение 2 2 опыта * Разновидность почвы кг почвы) подвиж ного РН КС1 В ид опыта Сорт X.2 ос В Мо Мл Си 1 Тарту, учхоз Р аади Д ерн ов о-сл абоп одзо­ 4,6 0,15 0,28 200 6,24 Вегетац. опыт ’Йыгева 205’ ЭСХА листая 2 — ,,— 4,6 0,15 0,28 200 6,24 Полевой опыт 3 Пыльва, колхоз им. 4,7 0,07 0,07 168 1,50 — „ — ’Йыгева 433’ Эд. Вильде 4 Тарту, учхоз Ээрика 5,2 0,16 0,15 140 3,31 — ,,— ’Йыгева 205’ ЭСХА 5 Пыльва, колхоз им. 4,4 0,03 0,20 140 1,70 Вегетац. опыт ’Йыгева 433’ В. И. Л енина 6 йы гева, колхоз Койт Дерново-карбонатная 6,5 0,20 0,05 109 1,70 »>— ’йы гева 205’ выщелоченная 19 Тарту, учхоз Ээрика Д ерн ово-сл абоп одзол и­ 5,2 0,16 0,15 267 3,31 Полевой опыт ’йы гева 433’ ЭСХА стая * При вегетационных опытах указано место взятия почвы. СtсТ o о> Опрыскивание проводилось в то время, когда у клевера было достаточно листьев для усвоения микроэлементов. Наши опыты были залож ены в раз­ ных почвенных условиях (табл. 1). Д л я того, чтобы судить о степени изменения физиологических процессов, протекающ их в листьях красного клевера под влиянием микроэлементов, мы определяли активность некоторых окислительно-восстановительны х ферментов. О пределения проводились у клевера первого укоса через три дня после опрыскивания и непосредственно перед уборкой сена, у клевера второго укоса первого года пользования — через три дня после опрыскивания и в опытах 1, 2 кроме того ещ е непосредственно перед вторым опрыскиванием. Активность пероксидазы и полифенолоксидазы определялась по микро­ м етоду Д . М. Михлина и 3 . С. Броновицкой и каталазы методом Баха й Опарина. Т а б л и ц а 2 Влияние микроэлементов на активность каталазы, пероксидазы и полифено­ локсидазы в листьях красного клевера в год посева Активность ката­ Активность фермен тов (в мл 0,01 N J лазы (в мл 0,1 N на 1 г сыро го вещества) Варианты К М п 04 на 1 г сы­ опыта рого вещ ества) пероксидазы полифенолокси­дазы Опыт 5 Опыт 6 Опыт 5 Опыт 6 Опыт 5 Опыт 6 Контроль 4,2 4,8 22,3 23,7 1,0 5,0 Н 3В 0 3 3,6 3,9 26,7 28,7 5,0 6,7 (N H 4) 2M o 0 4 3,0 3,6 27,5 29,5 8,2 7,0 К М п 04 3,0 3,0 33,0 25,0 12,0 6,7 C u S 0 4 2,4 3,3 25,5 32,5 8,7 6,5 Влияние микроэлементов на активность А к т и в н о с т ь каталазы (в мл 0,1 N К М п04 Варианты Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 опыта 9/05 21/05 8/08 14/08 6/06 4/07 16/08 21/08 11/06 5/09 2/09 1961 1961 1961 1961 1961 1961 1961 1961 1962 1962 1963 Контроль _ 14,7 7,8 19,2 Д иет. Н 20 2,8 2,4 18,3 4,8 6,9 7,2 6,0 5,4 15,0 7,8 18,0 В о. 1,8 2,4 20,4 1,2 6,9 4,2 4,5 4,5 13,5 9,6 20,1 В с. + о. 2,4 3,6 18,0 0,6 2,7 — 3,9 4,5 15,6 21,0 ___ М о о. 2,5 0,6 17,4 3,0 6,7 5,7 6,0 4,2 14,7 9,0 17,4 М о с. + о. 1,8 1,2 19,8 0,6 5,4 6,0 2,7 5,1 13,8 13,8 16,5 М п о. 2,1 2,7 19,2 1,2 2 t7 6,0 2,1 3,9 14,1 21,6 17,1 Мп с. -f- о. 2,4 1,3 18,6 0,6 2,5 5,1 3,3 4,8 12,9 13.8 23,4 Си о. 0,9 2,4 19,8 1,8 5,2 2,1 2,7 4,8 12,9 10,2 16,5 Си с. + о. 1,9 2,7 19,2 1,2 7,5 2J 3,3 3,6 14,1 5,4 17,4 Диет. Н 20 — семена смачивались дистиллированной водой. В о. — растения опрыскивались 0 ,02% раствором Н3В 0 3. В с. -j- о. семена смачивались 0,2% раствором Н3В О3 и растения оп­ рыскивались 0,02% раствором Н 3В 0 3. 270 Как видно из данных, приведенных в таблице 2, под влия­ нием микроэлементов изменялась активность каталазы, перо­ ксидазы и полифенолоксидазы уже в год посева. Под влиянием всех микроэлементов активность каталазы снизилась, а актив­ ность пероксидазы и полифенолоксидазы повысилась. Почти сходное влияние микроэлементы оказали на актив­ ность ферментов у растений на первом и втором году пользо­ вания. Из данных таблицы 3 видно, что в большинстве случаев активность каталазы снизилась под влиянием микроэлементов. Только в некоторых случаях активность каталазы повышалась под влиянием микроэлементов. Анализируя полученные данные, нельзя утверждать, что во всех случаях снижалась активность каталазы. Можно только отметить, что активность каталазы больше снижалась под влия­ нием марганца, меди и молибдена. При сравнении тех вариан­ тов, где микроэлементы вносились путем предпосевной обра­ ботки семян с последующей внекорневой подкормкой растений, с вариантами, где растения только опрыскивались на первом и втором году пользования, выясняется, что активность ката ­ лазы в большинстве случаев наименьшая в вариантах, где мик­ роэлементы вносились путем предпосевной обработки семян с последующей внекорневой подкормкой растений. В год посева и на первом году пользования у клевера под влиянием микроэлементов повышалась активность пероксидазы Т а б л и ц а 3 каталазы в листьях красного клевера на 1 г сырого вещ ества) Опыт 4 Опыт 5 Опыт 6 Опыт 19 7/06 11/07 16/08 28/05 17/05 20/06 2/08 21/05 30/06 7/08 30/05 22/08 1962 1962 1962 1963 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1963 1963 14,1 11,4 7,8 22,0 7,2 14,4 11,4 20,1 15,0 13,8 17,1 51,6 13,5 10,8 7,2 21,6 10,8 10,5 11,4 19,5 15,6 14,1 16,5 48,0 14,1 10,2 9,0 20,4 12,6 12.6 12,3 16,2 13,2 11,7 15,4 49,2 13,8 10,8 8,4 20,2 15,0 11,4 12,3 17,1 13,8 11,4 15,9 46,8 13,2 7,8 6,6 20,8 16,8 12,0 11,4 17,4 14,1 11,4 15,7 46,8 12,3 8,4 7,5 18,7 11,4 13,8 7,8 16,5 13,8 12,0 14,7 47,7 12,9 9,6 8,4 19,9 16,8 11,1 10,2 15,0 13,4 10,8 20,1 47,7 14,4 7,8 7,5 19,9 9,0 10,5 11,4 13,8 15,3 11,4 16,5 48,6 10,8 1р,2 7,8 21,0 13,2 13,2 11,7 18,0 13,5 12,9 15,9 49,2 10,2 9,6 6,6 21,0 13,8 13,8 12,0 15,3 12,6 10,5 13,6 50,4 271 Влияние микроэлементов на активность пероксидазы Активность пероксидазы [в мл 0,01 N J I Варианты Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3 j опыта * 9/05 21/05 8/08 14/08 6/06 4/07 16/08 21/08 11/06 1961 1961 1961 1961 1961 1961 1961 1961 1962 Контроль _ 28,5 Д иет. Н 20 18,7 24,0 20,0 24,0 21,0 31,0 27,5 19,7 27,5 В о. 13,2 30,0 18,0 38,0 21,2 39,5 34,5 25,2 29,5 В с. + о. 12,5 24.0 25,0 34,0 19,7 30,0 34,0 24,0 35,0 М о о. 20,5 29,5 20,0 32,0 23,0 27,0 33,0 26,7 40,0 Мо с. 4 - о. 20,0 26,0 21,0 27,0 22,2 36,0 28,0 23,0 41,5 Мп о. 17,5 30,0 31,0 28,5 22,2 23,0 30,5 24,5 32,5 Мп с. -|- о. 18,7 30,0 19,5 27,0 21,5 34,0 36,0 22,5 31,5 Си о. 22,5 25,5 30,5 35,5 24,0 30,0 39,5 26,0 33,0 Си с. + о. 20,2 26,5 31,0 34,0 26,7 37,5 33,0 22,7 34,0 * О бозначения вариантов опыта те ж е, что и в таблице 3. Влияние микроэлементов на активность полифенолоксидазы Активность полифенолоксидазы (в мл 0,01 N J Варианты Опыт 1 Опыт 2 опыта 9/05 21/05 8/08 14/08 6/06 4/07 16/08 21/08 1961 1961 1961 1961 1961 1961 1961 1961 Контроль _ _ _ _ __ _ _ _ Диет. НгО 6,7 2,5 2.5 0,5 0,3 3,2 6,0 6,0 В о. 4,5 14,0 3,5 9,0 2,5 5,0 6,5 9,0 В с. + о. 4,5 4,0 3,5 6,5 4,2 5,0 7,5 10,0 М о о. 8,2 17,0 9,5 1,0 2,7 5,0 5,0 13,2 Мо с. о. 8,2 2,0 2,0 4,0 1,1 4,0 6,5 9,2 Мп о. 9,0 16,5 10,0 5,5 0,6 4,0 6,5 9.5 Мп с. + о. 8,7 7,5 9,5 3,5 0,5 4,5 ' 9,0 7,2 Си о. 8,5 3,5 10,0 7,0 0,7 4,2 12,0 9,7 Си с. -f- о. 7,5 5,0 11,0 6,0 8,0 4,5 7,0 8,7 * Обозначения вариантов опыта те ж е, что и в таблице 3. (табл. 4). В отношении изменения активности пероксидазы под влиянием микроэлементов отмечалась сходная картина, приве­ денная выше для каталазы. В разные сроки определения ак­ тивность пероксидазы была повышена даж е в пределах од­ ного опыта как под влиянием одного, так и другого микроэле­ мента. Суммируя случаи наивысшей активности пероксидазы во всех опытах и во всех сроках определения, выясняется, что чаще всего активность пероксидазы была наивысшая в вариантах с медью и бором. Если сравнивать активность пероксидазы в ва- 272 в листьях красного клевера на 1 г сырого вещ ества) Опыт I Опыт 5 Опыт Опыт 19 7/06 11/07 16/08 17/05 20/06 2/08 21/05 30/06 7/08 30/05 22/08 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1963 1963 31,0 31,5 25,0 6,0 18,0 29,0 5,0 21,5 26,5 17,0 15,5 27,0 25,0 28,0 8,0 11,5 30,0 6,0 17,5 20,5 17,5 15,7 32,0 29,5 27,0 12,0 17,0 29,5 6,5 27,0 24,5 23,5 18,2 33,0 34,5 36,5 17,5 26,5 31,0 13,0 26,0 36,0 22,5 17,2 38,0 32,0 30,0 17,0 14,5 35,0 7,0 27,5 35,5 20,5 20,7 43,0 34,5 28,0 17,0 14,0 36,0 10,0 22,0 37,5 18,5 22,5 34,0 33,0 27,5 10,0 10,2 31,0 6,5 28,7 25,0 15,5 20,7 40,5 26,0 29,0 10,5 14,0 34,0 7,0 18,2 35,5 19,0 17,0 37,5 39,5 30,0 11,0 21,0 39,5 14,0 31,0 22,0 22,0 19,5 38,0 42,0 27,5 13,0 18,0 38,5 11,5 18,2 25,0 23,0 21,7 Т а б л и ц а 5 в листьях красного клевера на 1 г сырого вещ ества) Опыт 3 Опыт 4 Опыт 5 Опыт 6 Опыт 19 11/06 5/09 7/06 11/07 17/05 20/06 21/05 30/06 7/08 30/05 22/08 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1962 1963 1963 1,0 2,2 2,0 1,0 0,5 0 2,0 1,5 2,5 1,0 2,7 4,0 2,2 1,0 0,5 1,0 0 5,0 1,0 2,5 0,5 3,2 4,7 5,2 2,0 4,0 1,5 5,0 4,5 3,7 4,5 6,0 8,2 5,2 5,7 1,0 5,5 2,0 5,5 4,0 4,5 3,0 4,5 6.0 4,7 3,5 4,0 5,5 3,5 3,0 6,0 4,0 0 3,0 9,5 3,0 3,7 3,2 7,0 3,5 4,5 6,5 3,5 0 2,5 6,5 4,0 2,5 3,5 2,5 2,5 0 7,0 2,5 2,0 0 7,2 2,0 3,5 7,5 3,0 3,5 0 6,5 3,0 1,0 0 ^ \ 2,7 3,0 3,0 3,0 8,0 6,0 4,5 6,5 6,0 4,0 5,0 8,5 1,5 2,2 5,0 8,5 Л 5 5,5 6,0 4,0 5,5 4,5 6,2 ' риантах, где семена смачивались и растения опрыскивались, с активностью пероксидазы в вариантах, где растения только опрыскивались, то можно установить следующую закономер­ ность. В опытах, заложенных на почвах, в которых содержание того или другого использованного в опытах микроэлемента в подвижной форме было достаточно высоким, активность перок­ сидазы оказывалась выше в тех вариантах, где растения толь­ ко опрыскивались, после первого опрыскивания. Однако перед уборкой и повторным' опрыскиванием активность пероксидазы 18 З а к а з № 4752 273 была в этих вариантах понижена. После второго опрыскивания активность пероксидазы была выше у растений, которые толь­ ко опрыскивались растворами солей микроэлементов. Это, оче­ видно, можно объяснить тем, что растения, на почве с относи­ тельно высоким содержанием микроэлементов и будучи уже раньше обработаны соответствующим микроэлементом, реаги­ ровали на его повторное воздействие уже слабее, чем на пер­ вое. В случае, когда в почве содержание соответствующего мик­ роэлемента было низкое, активность пероксидазы повышалась при повторном воздействии больше, чем при однократном воз­ действии. При изучении влияния микроэлементов на активность поли­ фенолоксидазы (табл. 5) в листьях красного клевера выясни­ лось, что здесь также не проявляется определенной закономер­ ности в отношении доминирующего влияния того или иного микроэлемента. Чаще всего наивысшая активность полифенолоксидазы на­ блюдалась в вариантах с медью и бором. В отношении меди это понятно, так как он входит в состав указанного фермента (Пейве, 1961). Резюмируя, можно сказать, что в большинстве случаев из­ менение активности полифенолоксидазы происходило парал­ лельно с изменением активности пероксидазы. В тех случаях и в тех вариантах, где активность пероксидазы была выше,, наблюдалась и более высокая активность полифенолоксидазы. Сравнивая результаты определений активности каталазы, пероксидазы и полифенолоксидазы, можно отметить, что во многих случаях, в тех вариантах, где активность каталазы больше всего снизилась, активность пероксидазы и полифенол­ оксидазы была наивысшая. В итоге можно утверждать, что под влиянием микроэлемен­ тов изменяются физиологические процессы, протекающие в листьях красного клевера. Больше всего изменялась актив­ ность каталазы, пероксидазы, и полифенолоксидазы под влия­ нием меди и бора. Л И Т Е РА Т А У РА Д и к с о н В. и У э б б Э. Ферменты. М., стр. 345, 1961. О п а р и н А. И. П редисловие к русскому изданию . Диксон М. и У эбб Э. Ферменты. М., 1961. П е й в е Я. В. Роль микроэлементов в обм ене веществ и повышении про­ дуктивности сельскохозяйственных культур. Изв. АН СССР, сер. биол.,, 6, 1961. 274 РОСТ Р А С Т Е Н И Й И С О Д Е Р Ж А Н И Е П И Г М Е Н Т О В В Л И С Т Ь Я Х П Р И Н Е Д О С Т А Т К Е М А Г Н И Я И ПРИ В Н Е С Е Н И И ЕГО К О Р Н Е В Ы М И В Н Е К О Р Н Е В Ы М ПУТЕМ Г. Ж . Валиханова, О, А. Гречухина Л енинградский госуниверситет им. А. А. Ж данова Магний является одним из крайне необходимых для нор­ мального роста и развития растений элементов. Многосторонние физиологические функции магния в растениях освещены в свод­ ках Циммерманна (1949), Якоба (1955), Вельте и Вернера (1959). Магний входит в состав молекулы хлорофилла, участвует в построении клеточных структур. Магний является кофактором большого числа ферментов и тем самым принимает активно^ участие в процессах дыхания, брожения, деления клеток. Особо следует отметить роль ионов магния в активировании энзимов фосфат-переносчиков. И, по-видимому, через действие на фос­ форный обмен 'он оказывает влияние на синтез белков, углево­ дов, жиров. Значительная часть магния растворена в клеточном соке и играет роль в поддержании коллоидно-химических свойств клетки; регулирование же коллоидного состояния плаз­ мы является предпосылкой для нормального течения всех ж из­ ненных процессов. Растения, испытывающие недостаток магния, хлоротичны и сильно подавлены в росте. Обеспеченность растений магнием •повышает их устойчивость к неблагоприятным условиям внеш­ ней среды. Песчаные и супесчаные дерново-подзолистые почвы бедны доступным для растения магнием. Потребность растений в маг­ нии по мере внесения обычного «полного минерального пита­ ния» в виде NPK возрастает, что ставит вплотную вопрос об использовании и магниевых удобрений (Кораблева, 1954; М аг­ ницкий, 1957). Работы последних лет показали, что применение магниевых удобрений ведет к увеличению урожая и улучшению его каче­ ства у многих сельскохозяйственных культур. Потребность растений в магнии может быть удовлетворена как корневым, так и внекорневым путем. Эффективность вне­ корневых подкормок солями магния испытана на ряде овощных, зерновых и плодовых культур (Бойнтон, 1956; Мацков, 1957; Oland a. Opl and, 1956; Wi t t wer a. Teubner, 1959) . За рубежом широко применяется на практике опрыскива­ ние раствором сульфата магния таких плодовых деревьев, как яблоня, тунг, персик, слива и цитрусовые. В результате этого агроприема улучшается рост растений, увеличивается содержа­ 18* 275 ние хлорофилла, повышается урожай. Магниевые удобрения, внесенные под плодовые деревья в почву, оказывались менее действенными. Сравнительная оценка корневого и внекорневого внесения магния на других культурах изучена недостаточно. Задачей нашей работы и являлось выяснение действия кор­ невого и внекорневого питания сульфатом магния на рост расте­ ний и содержание зеленых пигментов в листьях фасоли и то­ матов. Материал и методика Опыты проводились в 1962 и 1963 гг. в водных культурах на питатель­ ной смеси Хогленда. Сначала 2 группы растений фасоли сорта ’Сакса’ вы­ ращивались на полном питательном растворе (П П Р ) и на среде, не содер­ ж ащ ей магния (— M g ). При исключении из среды сульфата магния анион SO4" возмещался соответствующ им количеством сульфата калия, причем растворы без магния готовились на воде, перегнанной через стеклянный дистиллятор. При появлении первых видимых признаков магниевого голодания (бурые пятна м еж ду жилками листьев) растения разбивались на подгруппы по сле­ дую щ ей схеме: I. Растущ ие на полном питательном растворе: часть была оставлена, другая — перенесена на раствор без магния, третья — на раствор без маг­ ния и опрыскивалась раствором сульфата магния; II. Растущ ие на растворе с исключением магния: часть растений остав­ лена, другая перенесена на полный питательный раствор, третья оставлена и опрыскивалась раствором сульфата магния. В дальнейшем для удобства излож ения схема опыта с фасолью будет и зображ аться в таком виде: y f П П Р — M g I. П Г 1 Р — — M g II. — M g — > П П Р \ — M g + опрыскивание. ^ — M g + опрыскивание. В опытах 1963 года при распределении на подгруппы соответственно вариантам опыта растения были перенесены на свеж ие питательные раство­ ры, тогда как в 1962 году использовали для этого старые растворы. Томаты сорта ’Бизон’п выращенные в почве д о состояния рассады , были пересажены на полный питательный раствор и на среду, не содерж ащ ую магния. После появления признаков недостатка магния часть растений помещ алась на пол­ ное питание, а часть — получала внекорневую подкормку раствором суль­ фата магния. Растения, оставленные на полной питательной среде и на среде с исключением магния, служ или контрольными. Опрыскивание сульфатом магния (M g S 0 4 • 7Н20 ) проводилось ежедневно утром и вечером. В 1962 году применялся 0,5% раствор, а в 1963 году кон­ центрация раствора после предварительной проверки на отсутствие ожога листьев была постепенно увеличена с 0,5% до 2%. Сумма зеленых пигментов в листьях определялась по м етоду, разрабо­ танному Сапожниковым с сотрудниками (1955). С одерж ание пигментов в листьях рассчитывалось в мг на 1 дм2 пло­ щ ади листа. В представленных таблицах приводятся средние данные. 276 Результаты опытов Как видно из таблицы 1, перенос растений фасоли с полного питания на среду без магния вызывает у них резкое торможение роста. Те растения, которые были перенесены на такую же среду, но при этом опрыскивались раствором магниевой соли, имеют почти такой же вес, как и контрольные. Их вес, по отно­ шению к весу контрольных растений, составлял в 1962 г. 95,6% и в 1963 г. — 126%. Т а б л и ц а 1 Влияние недостатка магния и его внесения корневым и внекорневым путем на рост растений фасоли Сухой вес одного раст. И зменение веса Исходный Окончатель­ питательный ный пита­ (в г) (в %) раствор тельныйраствор 1962 1963 1962 1963 П П Р 6,16 8,28 100 100 ППР — M g 3,83 4,25 62,17 51,32- M g 4 - опрыск. 5,89 10,46 95,61 126,03 — M g 0,79 1,31 100 100 — Mg П П Р 2,79 3,36 353,18 256,48— M g - f опрыск. 3,65 4,43 462,02 338,16 Фасоль, постоянно находившаяся на среде без магния, была сильно подавлена в росте. Растения, перенесенные на полный питательный раствор и опрысканные сульфатом магния, замет­ но выправлялись; размеры бурых пятен между жилками листьев сокращались, вновь появившиеся листья имели зеленую окра­ ску. Притом, получение недостающего магния через листья ока­ зало на рост лучшее действие, чем его корневое поступление. Если вес растений, получивших магний через корневую систему, принять за 100%, то вес опрысканных растений составит 130%. Опыты 1962 и 1963 гг. дали одинаковые результаты. Лучший рост растений в опыте 1963 года, вероятно, объяс­ няется заменой использованных питательных растворов новыми при распределении по вариантам, а также более благоприят­ ными условиями лета этого года. Таким образом, можно сделать заключение, что корневой и внекорневой способы питания фасоли магнием оказывают на накопление сухой массы растениями равноценное действие. 277 Сумма зеленых пигментов была определена у растений всех вариантов в листьях 2 и 4 ярусов. Выбор ярусов не случаен. Листья 2 яруса развивались у растений еще в период произра­ стания их на исходных питательных растворах (П П Р, — Mg), листья же 4 яруса появились в новых условиях питания. Дан­ ные этих анализов сведены в таблице 2. У растений, выросших на полном питательном растворе, суммарное содержание хлоро­ филлов выше в верхних более молодых листьях, чем в нижних. При перенесении растений с полного питания на растворы Т а б л и ц а 2 Влияние недостатка магния и внесения его корневым и внекорневым путем на содерж ан ие зелены х пигментов в листьях фасоли (в мг/дм2) И сходный О кончатель­ 1962 г. 1963 г. питательный ный пита­ раствор тельный раствор 2 ярус 4 ярус 2 ярус 4 ярус П П Р 2,63 3,13 1,31 1,50 П П Р - M g 0,73 1,46 0,80 0,91- M g -f- опрыск. 1,06 1,63 1,09 1,39 — M g 0,49 1,69 0,27 1,07 - M g П П Р 2,36 2,33 1,90 1,86- M g -f- опрыск. 2,26 2,23 1,34 1,49 без магния содержание зеленых пигментов резко снижается, особенно в листьях нижних ярусов. Внекорневая же подкормка таких растений вызывает значительное увеличение содержания пигментов. Однако замена корневого поступления магния внекорневым у растений полного питания не обеспечивает повышения содер­ жания хлорофилла в листьях до уровня контрольных растений. У растений, находившихся на питательной среде без магния, а затем получивших его различными путями, наблюдается силь­ ное повышение количества пигментов в листьях обоих ярусов, причем различие в содержании пигментов между верхними и нижними листьями стирается. Заметное увеличение суммы хлорофиллов в листьях второго яруса говорит о задержке у них процессов старения. Таким образом, мы видим, что корневое и внекорневое по­ ступление магния оказывает различное действие на рост фасоли и на образование зеленых пигментов в ее листьях. Рост расте­ ний (накопление сухой массы) может быть полностью обеспе- 278 чен внекорневым поступлением магния, тогда как образование пигментов в ряде случаев происходит интенсивнее при корне­ вом поступлении магния. Это может быть связано с разной степенью нарушения обмена в листьях и точках роста при не­ достатке магния и различием в его поступлении при корневой или внекорневой подкормках. Представляют интерес и результаты опытов с томатами. Сырой вес растений и содержание зеленых пигментов в листьях представлены в таблице 3. Т а б л и ц а 3 Влияние недостатка магния и внесения его корневым и внекорневым путем на рост и содерж ание зеленых пигментов в листьях томатов Окончатель­ Сумма зелены х пигментов по ярусам Исходный ный пита­ Сырой вес (в мг/дм 2)питательный тельный одного раст. раствор раствор (в г) нижний средний верхний ППР П П Р 97,91 1,70 2,05 3,52 - M g 37.50 2,08 0,32 2,47 — Mg П П Р 72.50 0,87 0,46 4,06- M g + опрыск. 73,30 1,67 0,93 3,67 На питательной среде, не содержащей магния, томаты ра­ стут очень плохо, и к концу опыта их вес составляет менее по­ ловины веса растений с полного питания. На листьях растений появляются признаки недостатка магния, причем наиболее сильно страдают листья средних ярусов. Томаты, перенесенные на полное питание, а также опрыс­ канные раствором сульфата магния, растут и достигают 74— 75% от веса растений с полного питания. Действие обоих спо­ собов подкормки равноценно. На анализ пигментов были взяты листья нижних, средних и верхних ярусов: Содержание пигментов у растений, находившихся в усло­ виях нормального питания, возрастает от нижних листьев к верхним. Сравнивая содержание суммы хлорофиллов в листьях у растений полного питания и у растений с недостатком магния, можно отметить сильное снижение количества пигментов в ли­ стьях средних и верхних ярусов и некоторое увеличение их в нижних листьях, которые сформировались еще в условиях оди­ накового почвенного питания. 279 Если томатам, выросшим при недостатке магния, дать его корневым путем, т. е. перенести их на полный питательный раствор, то имеет место значительное увеличение содержания хлорофилла в верхних листьях, тогда как в средних листьях количество хлорофилла мало отличается от его содержания в листьях растений, не получивших подкормки, а в нижних ли­ стьях даж е уменьшается. Опрыскивание растений раствором сульфата магния также приводит к повышению содержания зеленых пигментов, при этом в нижних и средних ярусах листьев их содержание выше, чем при корневом поступлении магния. В обоих вариантах количество хлорофилла в средних яру­ сах листьев остается самым низким. По-видимому, магний в нижних листьях малоподвижен и не может реутилизироваться при его недостатке в питательной среде. Это наглядно было видно и по внешнему виду томатов. В то время как у фасоли раньше всего страдали при отсутствии магния нижние листья, у томатов пожелтение начиналось с листьев 3—4 ярусов. Воз­ можно, такое изменение содержания пигментов в листьях объ­ ясняется условиями постановки опыта. Выявленная способность нижних листьев томатов сохранять пигмент при магниевом го­ лодании представляет собой интересный факт и подлежит даль­ нейшему изучению. Выводы 1. Исключение магния из питательной среды вызывает силь­ ное подавление роста и резкое снижение содержания хлорофил­ ла в листьях фасоли и томатов. 2. Корневые и внекорневые подкормки магнием усиливают рост растений, причем в некоторых случаях внекорневые под­ кормки являются даж е более эффективными. 3. У растений фасоли, испытывающих недостаток магния, большему накоплению хлорофилла способствовали корневые подкормки, тогда как у томатов лучшее действие оказывали внекорневые подкормки. ЛИ ТЕРАТУРА Б о й н т о н Д . Сб. Внекорневое питание растений, 1956. К о р а б л е в а Л . И. Применение известковых и магниевых удобрений на дерново-подзолисты х почвах, 1954. М а г н и ц к и й К. П. Эффективность магниевых удобрений, 1957. М а ц к о в Ф. Ф. Внекорневое питание растений, 1957. С а п о ж н и к о в Д. И. , Б р о н ш т е й н И. А. , К р а с о в с к а я Т. А. При­ менение метода бум аж ной хроматографии для анализа пигментов пла­ стид зеленого листа. Биохимия, т. 20, вып. 3, 1955. 280 Y a c o b A. M agnesia , der fünfte P flanzenhauptnährstofi. S tu ttgart, Enke, 1955. О 1 a n d K. and О p 1 a n d Т. B. Uptake of M agnesium by A pple Leaves. P h y sio lo g ia P lantarum , vol. 9, 1956. W e l t e E. und W e r n e r W. Über die ph ysio log isch en Funktionen des M ag­ nesium s in der P flanze. L andw irtschaft. Forsch., Sonderheft, 13, 1959. W i t t w e r S. H. and T e u b n e r F. G. Foliar absorpstion of m ineral nutrients Ann. Rev. P lant P hysio l., 9, 1959. Z i m m e r m a n n M. M agnesium on plants. Soil Sei., vol. 63, No. 1, 1947. В Л И Я Н И Е М А Л О Н О В О Й К И С Л О Т Ы НА Д Ы Х А Н И Е И П Р Е В Р А Щ Е Н И Е О Р Г А Н И Ч Е С К И Х К И С Л О Т У Б О Б О В Ы Х Р А С Т Е Н И Й А. Н. Пантелеев, Н. П. М ихалева Ленинградский госуниверситет им. А. А. Ж дан ова Малоновая кислота, являясь ингибитором сукцинатдегидро- геназы, при определенных концентрациях подавляет клеточное дыхание, нарушая превращение янтарной кислоты в фумаро- вую в системе цикла Кребса. Однако у растений не всегда проявляется малонатное торможение дыхания (Джеймс, 1956; Петров-Спиридонов, 1962 и др.). В опытах с луком нами также не обнаружено ни угнетения дыхания, ни нарушения в превра­ щении кислот у изучаемых растений под влиянием малоната (Пантелеев и Жуков, 1961, 1963). С целью дальнейшего изучения особенностей действия м а­ лоновой кислоты на дыхание и кислотный обмен у растений в настоящей работе в качестве объектов исследования были вы­ браны люпин (синий), горох (сорт ’Неистощимый’) и фасоль (сорт ’Сакса’). Эти и некоторые другие исследованные виды бобовых растений отличаются способностью к образованию и накоплению в листьях малоновой кислоты как естественного метаболита в обмене веществ (Солдатенков и Мазурова, 1957). Малоновая кислота, следовательно, не является для них чуже­ родным субстратом и принимает участие в метаболизме кислот. Методика Опыты проводились на срезанных листьях. Применялась та ж з м ето­ дика, что и в опытах с луком. В листья вводился методом вакуумной инфильтрации 0,1 М раствор малоната калия, приготовленный на ф осф ат­ ном буф ере при pH 4,5— 5. Контрольные растения инфильтровались раство­ ром буфера. Брались порции листьев по 30 или 40 г. П осле инфильтрации одни порции листьев сразу ж е фиксировались сухим ж аром , затем высуши­ вались при 60° и анализировались для определения исходного содерж ания органических кислот. Д ругие порции анализировались аналогично после экс­ 281 позиции в опытах по дыханию, через 20— 48 часов. Л истья помещ ались в специальную камеру и подключались к прибору Солдатенкова и Чеснокова, с помощью которого определялась интенсивность ды хания по С 0 2 и Ог, непрерывно в течение всей экспозиции. Анализ органических кислот проводился с применением ионоооменных смол и хром атографии на бумаге по м етоду С олдатенкова и Мазуровой (1962). Результаты исследований I. Влияние малоновой кислоты на интенсивность дыхания листьев. Данные о действии малоната на интенсивность дыхания листьев люпина, гороха и фасоли приведены в таблице 1. По­ лученные результаты показывают, что инфильтрация 0,1 М раствора малоната калия в листья люпина не вызывает у них угнетения дыхания, а в ряде случаев даж е несколько стиму­ лирует его. Интенсивность дыхания опытных растений по срав­ нению с контрольными составляет около 98— 133% по Ог и 104— 143% по С 0 2. У листьев гороха малонат в большинстве случаев также не тормозил дыхания и оно протекало с той же интенсивно­ стью, что и у контрольных растений. Небольшое угнетение ды­ хания под влиянием малоната наблюдалось у листьев фасоли, и то не во всех случаях. II. Влияние малоната на превращение органических кислот 1. П ревращ ение кислот в листьях фасоли. Органические кислоты листьев фасоли хорошо изучены (Чесноков, Жаботинский, Ильинская, 1962; Солдатенков и Ма­ зурова, 1956). Эти растения отличаются довольно высокой об­ щей кислотностью. Среди ди- и трикарбоновых кислот преобладают лимонная и яблочная. Кроме них имеются янтарная и фумаровая, а так­ же встречается щавелевая. Наряду с обычными ди- и трикарбоновыми кислотами в листьях фасоли Солдатенковым и Мазуровой были открыты но­ вые кислоты первичного окисления сахаров, которые являются изомерами или производными продуктами окисления гексоз и пентоз, с одной или двумя карбоксильными группами. Назван­ ные авторы в листьях фасоли нашли малоновую кислоту, со­ держание которой может достигать свыше 40% от суммы ди- и трикарбоновых кислот. Ее накапливается до 2—3% на сухой вес листьев. Как видно из данных таблицы 2, у исследуемых растений лимонная и яблочная кислоты в листьях составляют 82—87% от суммы ди- и трикарбоновых кислот, янтарная 3 ,6—4 ,4%, 282 Таблица 1 Интенсивность дыхания листьев люпина, гороха и ф асоли, инфильтрирован­ ных 0,1 М раствором малоната калия П ро­ П оглощ ено Выделено Варианты Н авес­ дол о 2 С 0 2 Ды х.ка (г) Ж . (час.) коэфф. мл % мг % Люпин Фосф. буфер (контроль) 30 43 338,8 100 624,8 100 0,94 Малонат 19 356,9 106,0 679,8 108,8 0.97 Фосф. буфер (контроль) » j 43 338,8 100 624,8 100 0,94 Малонат 91 11 372,2 109,8 723,8 116,8 0,99 Фосф. буфер (контроль) И 43 242,2 100 422,8 100 1,03 Малонат »э 322,9 133,3 604,0 142,8 1,10 Фосф. буфер (контроль) 99 43 349,8 100 651,2 100 0,95 Малонат 99 19 345,8 98,7 677,6 104,1 1,0 Горох Фосф. буфер (контроль) 40 21 347,3 100 704,0 100 1,03 Малонат 99 11 329,2 94,8 690.8 98,1 1,07 Фосф. буфер (контроль) „ 21 280,5 100 589,6 100 1,07 Малонат 99 11 276,0 98,3 602,3 102,2 1,10 Фосф. буфер (контроль) 99 21 267,0 100 475,2 100 0,91 Малонат 19 ff 260,6 97,6 479,6 100,9 0,94 Фосф. буфер (контроль) 21 327,4 100 662,2 100 1,03 Малонат 99 11 210,8 64,7 514,8 77,7 1,24 Фасоль Фосф. буфер (контроль) 40 20 245,4 100 545,6 100 1,10 Малонат 222,7 90,7 435,6 79,9 0,99 Фосф. буфер (контроль) »1 20 286,3 100 576,4 100 1,02 Малонат э) 240,9 84,2 484,0 83,9 1,02 Фосф. буфер (контроль) 20 302,2 100 620,4 100 1,04 Малонат 19 19 275,1 91,0 550,0 88,6 1,02 Фосф. буфер (контроль) 11 20 282,6 100 528,0 100 0,96 Малонат ” ” 264,6 93,6 536,8 101,6 1,03 фумаровая 2,2—3,4%. На долю малоновой кислоты среди них приходится 7— 11%. У контрольных растений в темноте происходит характерное превращение яблочной кислоты. Ее количество за 22 часа умень­ шается на 101 — 135 мг или на 42—50% от исходного. Одновре­ менно происходит образование лимонной кислоты, и ее содер­ жание увеличивается на 50—58%, что составляет 97— 123 мг. Очевидно, яблочная кислота превращается почти в эквивалент­ ных количествах в лимонную. На фоне этих кислот превраще­ ние янтарной и фумаровой с количественной стороны не явля­ ется существенным. 283 Таблица 2 Превращение органических кислот в листьях фасоли при инфильтрации 0,1 М раствора малоната калия (в мг на 40 г сырого веса) Д и - и трикарбоновые кислоты Всего Л имонная Яблочная Янтарная Ф умаровая М алоновая Варианты в % от мг общ. мг в % от в % от в % от в % от в % от кисл. исход. мг исход. мг исход. мг исход. мг исход. по Ва Фосфат, буф ер исход. 130,7 586,4 70,0 240,7 100 269,3 100 20,9 100 12,6 100 42,9 100 „ „ опытн. 22 123,4 592,5 76,0 363,1 150,8 134,5 50,0 26,0 124,4 25,4 200 43,5 101 исход. 135,2 495,3 58,1 166,4 100 236,0 100 22,1 100 17,2 100 53,6 100 опытн. 22 126,8 499,4 63,1 263,3 158,2 135,9 57,5 15,6 70,5 15,6 90,7 59,0 110 М алонат исход. 149,2 662,5 70,7 182,0 100 265,6 100 19.8 100 19.6 100 175,5 100 „ опытн. 22 128,3 548,8 65,4 334,1 183,5 131,1 49,4 следы следы 82,9 47,2 „ исход. 172,1 653,5 70,1 183,5 100 299,6 100 24,5 100 22,8 100 123,1 100 опытн. 22 134,0 490,9 58,9 242,1 132,0 126,7 42,3 37,2 152,0 18,3 80 66,6 54,1 П родолж . опыта (час.) Общая кислотн. (в мг экв.) 284 Обогащение листьев малонатом не нарушает процесс прев­ ращения кислот. В них идет активное потребление яблочной и параллельно увеличивается содержание лимонной. Янтарная кислота ведет себя так же, как и у контрольных растений, и ее содержание колеблется в небольших количествах как в одну, так и в другую сторону. Содержание малоновой кислоты, после ее инфильтрации, увеличилось в листьях в 2,5—4 раза. Ее доля среди ди- и три­ карбоновых кислот возросла с 7,3— 10,8% до 19—26%. Сама малоновая кислота подвергается превращениям. За время опыта ее было израсходовано 57—92 мг, т. е. около по­ ловины от исходного содержания. 2. Превращение кислот в листьях люпина. Листья люпина имеют, как и листья фасоли, высокую об­ щую кислотность. Ди- и трикарбоновые кислоты представлены в них преимущественно яблочной и лимонной. Имеется в лю­ пине малоновая кислота, количество которой может составлять до 1% от сухого веса листьев. Данные по превращению кислот у люпина приведены в таб­ лице 3. Как у контрольных, так и у опытных растений, обога­ щенных малонатом, превращение кислот протекает одинаково. Оно сопровождается усиленным расходованием яблочной кис­ лоты и активным накоплением лимонной. Других ди- и три­ карбоновых кислот и, в частности, янтарной в листьях не на­ капливается. Но в отличие от фасоли у люпина яблочной кис­ лоты расходуется в листьях контрольных и опытных растений значительно больше, чем накапливается лимонной. Большая часть ее превращается каким-то иным путем. Возможно, что она используется на дыхание или непосредственно как тако­ вая или предварительно трансформируясь в сахар. Подобное превращение яблочной кислоты, меченой С 14, было показано, например, в прорастающих бобах клещевины (Benedict, Вее- vers, 1962). Что касается малоновой кислоты, то ее содержание за вре­ мя опыта практически остается без изменений как у конт­ рольных, так и у опытных растений люпина. 3: Превращение кислот в листьях гороха. В листьях гороха кислот содержится обычно меньше, чем в листьях фасоли. Среди ди- и трикарбоновых кислот большая доля приходится на яблочную и лимонную. В небольших ко­ личествах найдена янтарная. В листьях гороха накапливается малоновая кислота (Солдатенков и Мазурова, 1956). Из данных таблицы 4 следует, что у гороха, так же как у фасоли и люпина, превращение кислот у контрольных растений сопровождается переработкой яблочной кислоты и накоплением лимонной. За время опыта яблочной расходуется 36— 130 мг 285 Таблица 3 Превращение органических кислот в листьях синего люпина при инфильтра­ ции 0,1 М раствора малоната калия (в мг на 30 г сырого веса) Всего Д и - и трикарбоновые кислоты Л имонная Яблочная Янтарная М алоновая в % от Варианты общ. мг кис- в % от в % от в % от в % от лотн. мг исход. мг исход. мг исход. мг исход. по Ва Ф осфат, буф ер исход. 159,8 675,9 64,6 94,6 100 541,8 100 нет 0 39,4 100 „ “ опытн. 44 138,4 469,6 52,8 155,4 164,3 271,0 50,0 0 43,1 109,0 “ исход. 159,6 656,8 60,0 87,0 100 524,6 100 0 45,2 100 „ “ опытн. 44 140,0 496,1 54,1 170,2 195,0 270,7 51,6 0 45,2 100 М алонат исход. 205,4 860,4 65,2 81,9 100 659,0 100 0 120,0 100 опытн. 44 130,0 442,1 57,9 112,1 137,6 204,0 30,9 0 125,3 104,4 „ исход. 200,6 866,8 67,9 73,6 100 644,5 100 0 148,7 100 „ опытн. 44 129,8 500,2 63,2 144,0 195,0 206,4 32,0 0 149,8 100,7 П родолж . опыта (час.) Общая кислот, (в мг экв. В а) 286 Т а б л и ц а 4 Превращение органических кислот в листьях гороха при инфильтрации 0,1 М раствора малоната калия (в мг на 40 г сырого веса) Д и - и трикарбоновые кислоты Всего Лимонная Яблочная Янтарная М алоновая Варианты в % от мг общ ей мг в % от в % от в % от кисл. исход. мг исход. мг исход. мг в % от исход. по Ва Ф осфат, буфер исход. 110,1 364,8 50,5 96,0 100 257,0 100 следы 11,8 100 „ опытн. 20 109,3 305,6 43,8 166,5 173,4 126,7 49,9 следы 12,4 105,0 исход. 124,3 307,4 38,4 98,1 100 177,2 100 12,4 100 19,7 100 „ опытн. 20 118,8 383,4 50,7 190,8 194,5 141,5 80,0 31,0 250 20,1 102,0 М алонат исход. 154,1 531,4 56,4 166,3 100 261,7 100 35,3 100 68,1 100 „ опытн. 20 113,3 295,3 49,0 69,9 42,0 59,6 22,7 106,0 300 59,8 87,8 исход. 120,0 448,2 55,2 93,0 100 248,1 100 34,6 100 72,5 100 „ опытн. 20 107,9 303,1 44,0 93,9 " 100 107,4 43,4 61,2 180 39,8 54,9 to О•̂ о1 П родолж . 1 опыта (час.) Общая кислотн. в мг экв. по Ва или 25—50% от имевшегося ее количества, а содержание ли­ монной увеличивается на 70—92 мг или на 73—94%. Подобное же превращение яблочной кислоты происходит в листьях гороха и после инфильтрации в них раствора малоната. Однако переработка яблочной кислоты в этих вариантах не приводила к накоплению лимонной. Количество последней или поддерживалось на прежнем уровне или уменьшалось. Одновременно у гороха, в отличие от других изучавшихся бобовых растений фасоли и люпина, при обогащении листьев малонатом наблюдается заметное накопление янтарной кисло­ ты. Ее количество повышается на 27—71 мг и по сравнению с исходным содержанием возрастает в 1,8—3 раза. При этом следует отметить, что у гороха небольшое накопление янтарной кислоты наблюдалось и у отдельных контрольных вариантов, при низком содержании малоновой кислоты. После инфильтрации количество малоновой кислоты в листь­ ях гороха увеличилось в 3,5—5 раз. Наряду с другими кисло­ тами она вовлекается в обмен, и к концу опыта ее содержание снижается на 12—45%. Таким образом, проведенные исследования показали, что у бобовых растений — люпина, гороха и фасоли — относительно высокие концентрации малоната не вызывают в листьях спе­ цифического нарушения механизма дыхания и взаимопревра­ щения ди- и трикарбоновых кислот. Некоторые уклонения, на­ блюдаемые у фасоли и гороха, не носят типичного характера и затрагивают или процесс дыхания без одновременного на­ рушения кислотного обмена (у фасоли) или, наоборот, отра­ жаются на превращении кислот, не вызывая, как правило, на­ рушения дыхания (горох). Абсолютное содержание малоновой кислоты и ее доля среди других ди- и трикарбоновых кислот опытных растений после обогащения их малонатом варьиро­ вали в пределах, приведенных в таблице 5 . Т а б л и ц а 5 С одерж ание малоновой кислоты и ее доля среди других органических кислот в листьях растений (в мг на 30 или 40 г сырого веса) Количество кислот М алоновая кислота Растения Д и - и трикар- бон. кислоты % от ди- и (мг) мг трикарбон. увеличение кислот к контролю Горох 448— 531 68 — 73 12,8— 16,1 3— 6 раз Ф асоль 653—662 123— 175 19.1— 26,5 2,5— 4 раза Люпин 860 122— 149 1 4 .1 -1 7 ,1 3 раза Количество малоновой кислоты увеличилось по сравнению с ее содержанием у контрольных растений в 3— 6 раз. Тем не менее столь существенные изменения в содержании малоновой кислоты, как уже отмечалось, не вызывают харак­ терного малонатного эффекта. Возможно, что механизм дыха­ ния у исследованных растений осуществляется не только через систему цикла ди- и трикарбоновых кислот, но также какими- то иными путями. Литературные данные свидетельствуют о том, что у неко­ торых видов растений малонатный эффект может иметь место или отсутствовать в зависимости от условий углеводного пи­ тания. Такого рода данные были получены для разных сортов сои (Петров-Спиридонов, 1962), а также для колеоптилей овса и листьев шпината (Джеймс, 1956). 'Что касается метаболизма малоновой кислоты в листьях, то ее усвоение, очевидно, легко может осуществляться путем декарбоксилирования, с образованием ацетата. Подобное пре­ вращение было показано, например, на листьях фасоли с по­ мощью меченого углерода С 14 (Young & Shannon, 1959). Джо- ванелли и Стампф (1957), Вагелос и Ерл (1959) пришли к з а ­ ключению, что малонил-КоА является промежуточным звеном при окислении пропионовой кислоты митохондриями земляного ореха до С 0 2 и ацетата. Ферменты декарбоксилирования мало­ новой кислоты обнаружены также у некоторых бактерий, в част­ ности, у Pseudom otias fluorescens (Hagaichio, 1953; Wolf, Ivler, Rittenberg, 1954). Усвоение малоновой кислоты наблюдается не только у тех растений, где она образуется естественным путем, как, напри­ мер, у фасоли. Ее переработка происходит также в тканях ряда других растений, в которых она не обнаружена и вводилась искусственно. Это было установлено, например, в луке (Панте­ леев и Жуков, 1961), на листьях табака (King, 1953), на срезах клубней картофеля (Bentley, 1952). Очевидно, у таких растений имеются соответствующие ферментные системы, которые способ­ ны осуществлять превращение лимонной кислоты. Л И Т Е РА Т У РА Д ж е й м с В Ды хание растений. М., И Л , 1956. П а н т е л е е в A. H. , Ж у к о в Л. Б. О собенности действия малоновой кис­ лоты на превращения органических кислот у растений. V -й М еж д. Биохим. конгресс, т. 2, 404, 1961. П а н т е л е е в A. H. , Ж у к о в Л . Б. Влияние малоновой кислоты на ды ­ хание и превращ ение органических кислот у лука. Вестник Л ен. гос. ун-та, сер. биол., № 21, 1963. П е т р о в - С п и р и д о н о в А. Е. Действие малоновой кислоты на ды хание листьев сои. Изв. ТСХА, вып. 2, 206, 1962. 19 З а к а з № 4752 289 С о л д а т е н к о в С. В., М а з у р о в а Т. А. Новые кислоты первичного окисления сахаров у бобовы х растений. Биохимия, т. 21, в. 6 , 1956. С о л д а т е н к о в С. В. , М а з у р о в а Т. А. О бразование органических кислот при прорастании семян бобовы х растений. Биохимия, т. 21, в. 5, 1956. С о л д а т е н к о в С. В. , М а з у р о в а Т. А. М алоновая кислота в листьях бобовы х растений. Биохимия, т. 22, в. 1— 2, 1957. С о л д а т е н к о в С. В. , М а з у р о в а Т. А. Анализ органических кислот растений методом ионообменны х смол и хроматограф ии на бумаге. Сб. «М етодика количеств, хроматогр. сахаров, орг. кислот и амино­ кислот у растений». М .—Л ., И зд . АН СССР, 1962. Ч е с н о к о в В. А. , Ж а б о т и н с к и й Г. X. , И л ь и н с к а я Н. Л. Орга­ нические кислоты растений. Тр. П етергоф. Биол. ин-та, № 19, 1962. B e n e d i c t C. R. , B e e v e r s H. Form ation of sucrose from m alate in ger­ m inating castor beans. I. C onversion of m alate to phosphoenol-peruvate. P lant P hysio l,, v. 36, N 5, 1961. B e n t l e y ^ L . O ccurrence of m alonic acid in plants. Nature, 170, 847, 1952. G i о v a n e 11 i and S t u m p h. A new pathw ay for propionate oxilation. Journ. of A m erican Chem. Soc., 79, 2652', 1957. •• H a g a i с h i o. P articipation of ATP and coenzim e A in the enzim atic decarbo­ x y la tio n of m alonic acid. Journ. Amer. Chem. Soc., 75, 4307, 1953. V a g e l o s and E a r l . Propionic acid m etabolism . Journ. of B iolog. Chem., 234, 9, 1959. W o l f J. В. , I v i e r D. , R i t t e n b e r g S. M alonate decarboxilation Pseudo- monas fluorescens. Journ. of B iol. Chem. 209, .867, 1954. Y o u n g R. U. and S h a n n o n E. M. M alonate as a participant in organic acid m etabolism in Buch bean leaves. P lant P hysio l., v. 34, N 2, 1959. О Р О Л И Л И С Т Ь Е В В С Н А Б Ж Е Н И И К О Р Н Е Й А С К О Р Б И Н О ­ ВОЙ К И С Л О Т О Й И В ЕЕ Б И О С И Н Т Е З Е Т. В. Чиркова Л енинградский госуниверситет им. А. А. Ж данова Вопрос о роли листьев в снабжении корней аскорбиновой кислотой и в ее биосинтезе возник в связи с исследованием значения листьев в снабжении кислородом корней, находящих­ ся в условиях анаэробиоза (Солдатенков и Чиркова, 1963). В процессе работы необходимо было выяснить, поступает ли из листьев кислород в корни, или же водород в составе проме­ жуточных метаболитов дыхания идет из корней в листья, где и происходит затем его окисление. Предполагалось, что в цепи передачи водорода от корней к листьям может участвовать такая широко распространенная в растениях окислительно-восстановительная система как аскор­ биновая кислота и ее дегидроформа. Однако определение обеих форм аскорбиновой кислоты по­ казало, что передачи водорода из корней в листья не происхо­ дит. При этом оказалось, что результаты анализа восстанов­ ленной формы аскорбиновой кислоты имеют самостоятельное 290 значение, связанное с условиями биосинтеза и передвижения аскорбиновой кислоты в растениях. Объектами нашего исследования являлись фасоль сорта ’Сакса’ и русские бобы. Опытные растения выращивались на растворе Кнопа. Корневую систему отобранных для опыта растений поме­ щали в герметические стеклянные камеры (Солдатенков и Чжао сянь-дуан, 1961). Концы корней в камере погружали в воду. Анаэробные условия в камерах создавали замещением в них воздуха водородом или азотом. После 30—60-минутного про­ пускания газа в камеру производился анализ газовой смеси на полноту удаления кислорода газоанализатором Хольдэна. Аскорбиновая кислота определялась титрованием 2,6-ди- хлорфенолиндофенолом вытяжек из листьев, корней фасоли и бобов. Варианты опытов в приводимой ниже таблице 1 представ­ лены в виде дроби. Числитель обозначает газовую атмосферу, в которой находится надземная часть растения, а знамена­ тель — газ, в который помещены корни. Например, -Ц- озна­ чает, что надземная часть и корни находятся в воздухе; В -г11г2- — надземная часть в воздухе, а корни в водороде и т. д. Отсутствие числителя указывает на то, что надземная часть растения удалена. Например, - р - — растение обезглавлено, а 2 корни его находятся в водороде. В таблице 1 приведены средние из 5—7 определений, округ­ ленные цифры по содержанию аскорбиновой кислоты в корнях и листьях после 24—28-часового выдерживания растений в опытных условиях. Т а б л и ц а 1 Содержание аскорбиновой кислоты в листьях и корнях фасоли и бобов (в мг% на сырое вещ ество) В В В В В В В В Н2 н 2 В н 2 В н 2 н* Растение без кольцо кольцо пробка кольцо листьев н - пробка Л и с т ь я Фасоль 103 81 — — — 76 91 92 75 Бобы 108 88 — — — 85 87 103 87 К о р н и Фасоль 39 24 0 10,3 6,5 1,5 24 16 0,5 Бобы 37 25 0 9,5 9,0 7,0 ' 20 20 5,0 19* Как показывают приводимые данные, помещение корней фа~ соли и бобов в анаэробные условия несколько снижает содер­ жание аскорбиновой кислоты в корнях по сравнению с количе­ ством ее в нормальных условиях, то есть при обеспечении кор­ ней кислородом. Корни же фасоли и бобов, отделенные от надземной! части, полностью расходуют в анаэробных условиях аскорбиновую кис­ лоту. Новообразования ее при отсутствии кислорода не проис­ ходит. В корнях растений, лишенных надземной части, но находя­ щихся в воздухе, содержание аскорбиновой кислоты снижается в 4 раза, по сравнению с корнями неповрежденных растений в воздухе. Таким образом, отделенные корни фасоли и бобов в нормальных кислородных условиях в ограниченной степени спо­ собны к биосинтезу аскорбиновой кислоты. Д л я того, чтобы установить, являются ли листья источником аскорбиновой кислоты для корней, у опытных растений произ­ водилось удаление листовых пластинок. Как и следовало ожи­ дать, в результате этой операции количество аскорбиновой кис­ лоты в корнях, находящихся в анаэробных условиях, снизилось в 3—4 раза. Таким образом, основным поставщиком аскорбиновой кисло­ ты для корня, находящегося в анаэробных условиях, является лист. Следующим вопросом, который естественно возник в ходе ра­ боты, было выяснение пути, по которому идет передвижение аскорбиновой кислоты. С этой целью производилось кольцева­ ние стеблей паром, которое должно было блокировать передви­ жение веществ по живым элементам стебля. В корнях окольцованных растений в анаэробных условиях наблюдалось резкое (в 3,5 раза у бобов и в 16 раз у фасоли) снижение количества аскорбиновой кислоты. Следовательно, пе­ редвижение аскорбиновой кислоты в корни, помещенные в ана­ эробные условия, происходит по проводящим пучкам флоэмы. Кольцевание растений, корни которых находились в воздухе, также приводило к некоторому снижению содержания аскорби­ новой кислоты по сравнению с корнями неповрежденных расте­ ний в воздухе. Приведенные цифры показывают, что в нормаль­ ных условиях дыхания приблизительно половина аскорбиновой кислоты притекает в корни из листьев. На возможность передвижения аскорбиновой кислоты от листьев к другим органам растений указывают некоторые авто­ ры. Так, Рубин, Арциховская и Спиридонова (1939), а также Рубин и Спиридонова (1941) считают, что аскорбиновая кис­ лота в плодах шиповника является продуктом деятельности листа. 292 Поповская (1950) указывает на передвижение аскорбиновой кислоты из листьев в плоды и корнеплоды у некоторых расте­ ний. Однако, как показано рядом исследователей (Солдатенков и Чиркова, 1963; Солдатенков и Чжао сянь-дуан, 1961; Аими, 1960), роль листьев может состоять также в обеспечении кор­ ней кислородом тогда, когда последние лишены его. Поэтому можно было предполагать, что листья, снабжая кислородом корни, находящиеся в анаэробных условиях, способствуют био­ синтезу аскорбиновой кислоты непосредственно в корневой ткани. Для выяснения этого вопроса у растений, корни которых помещены были в камеры с водородом или азотом, производит лась закупорка центральной полости стебля низкоплавким па­ рафином. Это несколько затрудняло передвижение кислорода к корням, но не могло полностью перекрыть его путь, посколь­ ку, как показали наши исследования (Солдатенков и Чиркова, 1963), поступление кислорода в корни осуществляется кроме центральной полости стебля и по проводящей системе флоэмы вместе с ассимилятами. Выведение из строя одного из путец движения кислорода вызвало некоторое снижение в содержании аскорбиновой кис: лоты в корнях, заключенных в камеры с водородом. Сочетание же закупорки центральной полости стебля с коль­ цеванием его паром способствует еще большему уменьшению количества аскорбиновой кислоты в корнях по сравнению с кор­ нями только окольцованных растений. Небольшое количество аскорбиновой кислоты, которое обна­ ружено в корнях варианта «кольцо + пробка», объясняется, ве­ роятно, тем, что поступление кислорода идет, кроме указанных путей, и по межклетникам паренхимы, путь по которым не на-, рушается при кольцевании стебля паром. Отсюда следует, что для биосинтеза аскорбиновой кислоты кислород необходим. Этот вывод совпадает с точкой зрения ряда авторов (Ру­ бин, Арциховская и Спиридонова, 1939; Поволоцкая, 1937; Р у ­ бин, 1940; Алешин, 1959), определивших аскорбиновую кислоту в проростках семян различных растений, предварительно вы­ держанных в воздухе или азоте. Рубин с сотрудниками (1939, 1940, 1941) указывает, что возникновение аскорбиновой кислоты — результат специфиче­ ски направленного процесса окисления сахаров в присутствии кислорода. Одновременно идет и быстрое разрушение витами­ на С и, вместе с тем, ускоренное новообразование его, причем последнее преобладает. Поэтому интенсивный биосинтез аскор­ биновой кислоты возможен в растительных тканях, характери­ зующихся высоким уровнем окислительно-восстановительных процессов. 293 В плоды, отличающиеся от листьев пониженным дыханием, аскорбиновая кислота целиком притекает из листьев. Корень занимает, вероятно, промежуточное положение; в нормальных условиях дыхания часть аскорбиновой кислоты по­ ступает в него из листьев, а другая — синтезируется в тканях корня. При недостатке кислорода в зоне корней готовую аскорби­ новую кислоту, а также кислород, необходимый как для био­ синтеза аскорбиновой кислоты, так и для других проявлений жизнедеятельности любой ткани, корни получают из листьев. Способность листьев обеспечивать корни аскорбиновой кис­ лотой и кислородом — еще один пример физиологической вза­ имосвязи органов растения и приспособления его к меняющим­ ся условиям среды. ЛИТЕРАТУРА А и м и Р. Нихон сакумоцу гаккай кидзи. Ргос. Crop. Sei. Soc. Japan. 29, № 1, 51— 54, 1960. А л е ш и н E. П. Ф изиологические особенности прорастания семян риса. Ав­ тореферат канд. диссертации, И Ф Р, 1959. П о в о л о ц к а я К. Л . Витамин С в прорастающ их семенах. Проблемы ви­ таминов. Сб. 2. 20— 57, 1937. П о п о в с к а я E. М. К вопросу об образовании и передвижении аскорби­ новой кислоты в растениях. Биохимия, т. 15, 249, № 3, 1950. Р у б и н В. А. , А р ц и х о в с к а я Е. В. , С п и р и д о н о в а Н. С. Окисли­ тельный режим в ж ивой ткани и его влияние на динамику витамина С. Биохимия, т. 4, в. 3, 268, 1939. Р у б и н В А. , С п и р и д о н о в а Н. С. Значение окислительной активности растительной ткани для синтеза аскорбиновой кислоты. Д А Н СССР, 6 , 31, 1941. Р у б и н В. А. Современные представления об условиях образования вита­ мина С в растениях. П рирода, № 6 , 99— 102, 1940. С о л д а т е н к о в С. В. и Ч ж а о с я н ь - д у а н . Роль листьев фасоли и ку- курузы в дыхании корней, лишенных кислорода. Ф изиология растений, т. 8 , в. 4, 385, 1961. С о л д а т е н к о в С. В. и Ч и р к о в а Т. В. О роли листьев в дыхании корней, лишенных кислорода. Ф изиология растений, т. 10, в. 5, 1963. О Т Н О Ш Е Н И Е Д Ы Х А Н И Я К И Н Г И Б И Р О В А Н И Ю В З А В И ­ СИМОС ТИ ОТ О Б Е С П Е Ч Е Н Н О С Т И Л И С Т Ь Е В П Ш Е Н И Ц Ы Н Е К О Т О Р Ы М И М Е Т А Б О Л И Т А М И Д. М. Седенко, М. Г. Зайцева И нститут физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР В ранее проведенных исследованиях (Зайцева, Седенко, Позднякова, 1962, 1962а) нами обнаружено, что дыхание листь­ ев некоторых злаков, выращенных на Крайнем Севере (ст. Апа- 294 ( титы Мурманской обл., 67,4° с. ш.) отличалось повышенной чувствительностью к NaN3 и KCN. Оказалось, что эта особен­ ность дыхания коррелирует с низким содержанием фосфорных соединений в тканях. Последнее было связано с фосфорным голоданием, наблюдающимся у растений на железистом под­ золе. При повышении содержания фосфорных соединений в ра ­ стениях ингибирование дыхания ослаблялось. Отмечалось это как при внесении в северную почву повышенных доз фосфор­ ных удобрений, так и при применении некоторых активаторов фосфорного и окислительного обмена (например, магния и мик­ роэлементов). Вместе с тем, при инфильтрации фосфатных бу­ феров в листья, степень подавления дыхания возрастала. Это могло служить указанием на то, что решающее значение в ре­ акции дыхания на ингибитор имел обмен веществ в тех или иных условиях фосфатного режима, а не простое увеличение их содержания. Согласно общепринятому мнению, до 90% освобождающейся энергии аккумулируется в реакциях окислительного фосфорили­ рования при передаче электронов от восстановленных пиридин- нуклеотидов к кислороду по цитохромному пути. Выращенные на подзолах растения, у которых сильно подавлялось дыхание, казалось бы, должны были обладать высокоэффективным ды­ ханием, так как цианид действует именно на терминальные ок- сидазы. Вместе с тем у этих растений понижено содержание фосфора, и они характеризовались низкими темпами накопле­ ния сухого вещества и значительным отставанием в росте. К а ­ жущееся несоответствие и заставило нас глубже заняться этим вопросом. В последние годы рядом авторов (Laties, 1959; Нас- kett, 1959; Loughmann, 1957; Hackett, Haas, Griffiths, Needer- pruem, I960) установлено, что в хранящихся тканевых срезах наблюдается увеличение интенсивности дыхания, причем оно становилось нечувствительным к ингибиторам. Развитие цианид- устойчивого дыхания сопровождалось возрастанием способности тканей к поглощению фосфатов и переводу их в фосфороргани- ческие соединения. Таким образом, в стареющих срезах наме­ чалась известная аналогия с тем, что мы наблюдали у растений при активации фосфорного обмена, и обратная той, которая имела место при фосфорном голодании. О возможных местах в дыхательной цепи, с которыми связано поглощение фосфатов корнями ячменей, упоминается в работе Джексона и Хагена (1960). В связи с этим, задачей наших исследований явилось установление зависимости между фосфорным обменом и отно­ шением дыхания к ингибированию у злаков. В значительной степени дыхание и сопряженное с ним фосфорилирование з а ­ висят от обеспеченности тканей теми или иными метаболитами. Поэтому с изучения влияния их на дыхание мы и начали свои исследования. 295 Методика В работе использовалась пшеница сорта ’Л ю тесценс 62’. Растения вы­ ращивались методом водных культур на питательной смеси Кнопа, вклю­ чающей все элементы, а такж е при исключении ф осф ора или азота. Испы­ туемые вещества вводились в питательные растворы или в тех ж е концент­ рациях инфильтрировались в корни и надзем ную м ассу растений. О преде­ ление дыхания проводилось манометрическим методом В арбурга при тем ­ пературе 25,5° С. В качестве ингибитора дыхания использовался цианид ка­ лия (0,01 М ). Фиксация и разделение фосфорны х соединений велись по ме­ тоду Ш мидта и Т аннгаузера, а определение ф осф ора — по Д ен и ж е с по­ следующ им колориметрированием на фотоэлектроколориметре. Результаты исследований \ У растений, выращенных методом водных культур, при раз­ личном обеспечении фосфатами действительно сохранялись раз­ личия между вариантами, т. е. при дефиците фосфора дыхание было более чувствительным к ингибированию при выращивании в летнее время, когда интенсивность освещения была достаточ­ ной. В зимнее время картина могла быть иной. Известно, что в процесе фотосинтеза образуются углеводы — основные суб­ страты дыхания, а при фотосинтетическом фосфорилировании и АТФ, которые оказывают существенное влияние на процесс дыхания и в том числе на отношение дыхания к ингибирова­ нию. В том, что уровень углеводов в тканях имеет определенное значение, убедил нас опыт с подкормкой растений сахарозой. В таблице 1 приведены данные по влиянию сахарозы на дыха­ ние. Как видно, у растений в нормальных условиях фосфатного питания ( + Р ) добавление сахарозы (0Л М) в среду и инфильт­ рация ее в корни и листья вызывала снижение интенсивности дыхания, причем уменьшалась также степень подавления его цианидом. У дефицитных по фосфору растений (— Р) даже че­ рез сутки не наблюдалось изменений в дыхании. В связи с тем, что опыт продолжался в течение многих ча­ сов, скорее всего можно было предполагать, что изменения в дыхании листьев происходили под влиянием уже не самой са­ харозы, а продуктов ее распада, тем более, что особенно четкие изменения наблюдались при инфильтрации сахарозы в корни. Такими возможными промежуточными соединениями могли быть пировиноградная кислота и 3-фосфоглицерат. Действительно, при введении этих соединений в питательный раствор через 24 часа в листьях снижалась чувствительность дыхания к циа­ ниду. Подобный результат был получен через 23 и 46 часов после инфильтрации пирувата в листья и корни. 3-фосфоглице­ рат иногда вызывал повышение чувствительности дыхания к 296 Т а б л и ц а 1 Влияние сахарозы на чувствительность дыхания к цианиду (в (1Л 0 2 на 1 г сырого веса в час) s ? KCN 2Я «= Условия опыта о б ­ . не подавл. щее не по­ по- %5 g >> с да вл. давл. подавл. 1 + р исх. состояние 380 190 190 50/50 12 час. 1+ сахароза 279 175 104 62/38 + р S НоО (26 час.) 357 118 239 33/67 сг о 2 е- . J3 сахарозы в листья 330 175 155 53/47 ч К в корни 256 169 87 66/34 •кВ* К Н20 (24 час.) 435 270 165 62/38 — р сахарозы в листья 461 292 169 63/37 в корни 404 233 171 58/42 цианиду. Очевидно, это являлось результатом различных путей превращения этих соединений. В процессе дыхания при окислительных превращениях, и, в том числе, на конечных этапах передачи электронов к кисло­ роду образуются соединения с богатыми энергией фосфатными связями. Согласно современным представлениям, эти соединения участвуют в регулировании дыхания. В связи с этим интересно было проследить за изменением чувствительности дыхания пос­ ле введения в растения указанных соединений. При внесении АТФ (0,006 М) в питательный раствор через 2 часа сдвигов в дыхании листьев еще не происходило. Если определения про­ водились через 46 часов, то поглощение кислорода усилива­ лось, причем в большей степени возрастало дыхание, устойчи­ вое к цианиду. Одинаковый характер изменений наблюдался у растений, выращенных в различных условиях фосфатного пи­ тания. Очевидно, после введения АТФ усиливалась синтетическая деятельность в корнях. Подтверждением этому служит увеличе­ ние содержания как неорганического, так и фосфорорганиче- ских соединений в растениях (табл. 2). Влияние АТФ, введен­ ной в питательный раствор, могло быть связано с повышением уровня содержания фосфора в питательном растворе (Купре- вич, 1949; Ратнер и Самойлова, 1955), определенное значение Ж Номер опыта Т аблица ž Влияние АТФ на ды хание и содерж ан ие ф осф ора у пшеницы Д ы хание (в цп. 0 2) органич. не- Условия Условия KCN фосфор органич. питания опыта общ ее фосфорне по давл. подавл. в % + Р исходное состояние 348 281 67 100 100 через 46 час. 4 - АТФ 467 384 83 145 175 — Р исходное состояние 302 278 24 100 100 через 46 час. + АТФ 420 350 70 82 496 мог иметь и углеводный компонент, а также аденин или про­ дукты его разложения. На влиянии первых двух мы уже оста­ навливались, поэтому явилась необходимость проверки дейст­ вия соединений азота. Д л я этого растениям, голодавшим по азоту, давалась азотная подкормка и, наоборот, азот исклю­ чался из питательного раствора. Это приводило к резкому из­ менению отношения дыхания к яду. В первом случае применяв­ шаяся ранее концентрация цианида стимулировала дыхание. После исключения азота из среды чувствительность к цианиду возрастала (табл. 3). Т а б л и ц а 3 Влияние азота на ды хание листьев пшеницы (в цл 0 2 на 1 г сырого веса в час) № № KCN опытов Условия питания О бщ ее не подавл. подавл. Опыт 1 Длительное азотное го­ лодание 380 253 127 через 24 часа после вне­ сения азота 347 367 0 Опыт 2 Полная питательная смесь 591 187 404 через 4 дня после ис­ ключения азота 615 ' 111 505 298 Можно предположить, что при исключении азота из среды нарушался синтез аминокислот и белковых соединений, т. е. снижался общий уровень синтетической деятельности. И, на­ оборот, если растения после голодания получали азот, то про­ исходила активизация синтетических процессов, мобилизова­ лись углеводы, продукты гликолиза, компоненты цикла Кребса и др. Вследствие этого усиливалась трата макроэргических сое­ динений, что вызывало интенсификацию процессов окислитель­ ного фосфорилирования. Благодаря большей скорости окисли­ тельно-восстановительных реакций ингибитор, возможно, в меньшей степени выдерживал конкуренцию за активную груп­ пу своего воздействия в ферментной системе. Суммируя полу­ ченные данные, можно предполагать, что напряженность об­ мена веществ и, в том числе, уровень макроэргических соеди­ нений в тканях влияли на отношение дыхания к ингибиторам. При большей напряженности процессов окислительного фосфо­ рилирования передающая электроны система становилась ме­ нее подавляемой ядами. Наоборот, в условиях торможения ис­ пользования АТФ реакции фосфорилирования ослаблялись и дыхание в большей мере подавлялось цианидом. Прямым под­ тверждением того, что именно АТФ повышала чувствительность дыхательной цепи к ингибитору, служили опыты с непосредст­ венной инфильтрацией АТФ в ткани (табл. 4). При инфильтра­ т а б л и ц а 4 Влияние инфильтрации АТФ и А Д Ф на ды хание листьев пшеницы (в цл 0 2 на 1 г сырого веса в 1 час.) Условия Инфильтрация (+ K C N ) питания Ды хание Н 20 АТФ Н 20 АТФ Н20 АДФ Н20 АДФ + Р устойч. 207 122 110 74 80 80 255 188 подавл. 359 456 253 418 392 500 164 249 • —Р устойч. 92 110 154 229 107 167 подавл. 342 455 374 374 452 403 ции АДФ в ткани растений (варианты -f-P и —Р) реакция мог­ ла быть различной. В случае нормального снабжения фосфо­ ром увеличивалось подавляемое дыхание, тогда как при дефи­ ците его дыхание могло становиться менее чувствительным к цианиду. Очевидно, в этом случае усиливались реакции фос­ форилирования. По мнению Чанса и Хаджихара (1962), АТФ и АДФ являются веществами, которые оказывают влияние на 299 состояние динамического равновесия переносчиков и направле- А Д Ф -f- Р ние потока электронов. Иными словами, отношение д^ф контролирует направление переноса электронов в дыхательной цепи. Наконец, нами были поставлены опыты, в которых испы­ тывалось действие Д Н Ф — яда, как известно, подавляющего окислительное фосфорилирование. Хотя прошло уже довольно много времени с момента открытия Энгельгардтом (1930 г.) окислительного фосфорилирования, но механизм этих превраще­ ний остается до сих пор нераскрытым. Существует несколько то­ чек зрения на механизм разобщения окисления и фосфорилиро­ вания. При применении динитрофенола в определенной концент­ рации можно без торможения окислительных превращений вы­ звать нарушение реакций фосфорилирования. Такой стимули­ рующей дыхание у пшеницы концентрацией была 5,10-4 М. После 6-дневного пребывания растений на питательных раст­ ворах с добавлением ДН Ф дыхание в листьях в большей сте­ пени подавлялось цианидом. При дефиците фосфора это прояв­ лялось в большей мере (табл. 5). Д а ж е после 2-дневного пре­ бывания растений на растворе динитрофенола (вар. -}-Р и —Р) у них степень ингибирования дыхания возрастала. Т а б л и ц а 5 Влияние Д Н Ф ка ингибирование дыхания листьев пшеницы (в ил. 0 2 ка 1 г сырого веса в час) KCN Условия опыта О бщ ее устойч. устойч. подавл. подавл. 3 лист + Р исходное 500 186 314 37/63 6 дней -f- ДН Ф 587 105 482 18/82 4 лист + Р 666 355 311 53/47 — Р 7 дней + Д Н Ф 689 222 467 32/68 3 лист + Р исходное 272 132 140 49/51 2 дня + Д Н Ф 356 148 208 42/58 3 лист — Р исходное 321 239 82 72/28 2 дня + Д Н Ф 416 214 202 51/49 Проведенное фракционированное определение фосфорных соединений в последнем опыте позволило отметить резкое со­ кращение количества фосфорорганических соединений по всем фракциям и увеличение доли неорганического у растений ва­ рианта —)—Р. Подобное же уменьшение фосфорорганических сое­ динений, с одновременным снижением содержания неорганиче­ ского фосфора, происходило у растений варианта — Р. Эги 300 опыты показали, что подавление реакций окислительного фос- форилирования сопровождалось увеличением чувствительности дыхания к цианиду. На основании полученных данных можно заключить, что на степень чувствительности дыхания к ингибиторам существенное влияние оказывали не только условия корневого (фосфатного, азотного) питания, но и интенсивность освещения. Под влия­ нием этих внешних факторов происходят существенные изме­ нения в метаболизме, которые и определяют отношение дыха­ ния к ингибированию. Дыхание становилось устойчивым к ин­ гибиторам в условиях активного метаболизма при большой на­ пряженности синтетических процессов. Установленная корре­ ляция между устойчивостью дыхания и изменением содержания фосфорорганических соединений, а также усиление подавляю­ щего действия яда под влиянием динитрофенола позволили предположить, что основное значение в отношении чувствитель­ ности дыхания к яду имели реакции окислительного фосфори- лирования. Подтверждением этому служат работы Хакетта (1960), в которых было установлено, что цианид может тормо­ зить окислительное фосфорилирование не в меньшей степени, чем специфический разобщающий яд ДНФ. Л И Т Е РА Т У РА З а й ц е в а М. Г., С е д е н к о Д. М. , П о з д н я к о в а В. А. Влияние ф ос­ фора и магния на ды хание растений, культивируемых на почвах Кольского полуострова. Ф изиология растений, т. 9, вып. 1, 1962. З а й ц е в а М. Г., С е д е н к о Д. М. , П о з д н я к о в а В. А. Обмен веществ у пшеницы в связи с условиями питания на Крайнем Севере. Сб. «Растение и среда», т. 4, 1962а. К у п р е в и ч В. Ф. Внеклеточные ферменты корней высших автотрофных растений. Д А Н СССР, т. 68 , № 5, 1949. Р а т н е р Е. И. , С а м о й л о в а С. А. Внеклеточная ф осф атазная актив­ ность корней. Физиология растений, т. 2, № 1, 1955. Ч а н с Б. , Х а д ж и х а р а Б. Прямые спектрофотометрические изменения взаимодействия компонентов дыхательной цепи с АТФ, А Д Ф , ф осф а­ том и разобщ аю щ ими веществами. Тр. V М БК, симпозиум 5, 1962. H a c k e t t D. P. R espiratory m echanism s in higher p lants. Ann. Rev. P lant Physiol., v. 10, 1959. H a c k e t t D. P. , H a a s D. W. , G r i f f i t h s S. K. , N e e d e r p r u e m D. J. Studies of developm ent of cyan ide-resistan t respiration in potato tuber slices. P lan t P hysio l., v. 35, N 1, 1960. H a с k e 11 D. P., R i c e B. , S c h m i d C. The partial d issocia tion of phosphory­ lation from oxidation in plant m itochondria by respiratory chain inh i­ bitors. J. B io log . Chem istry, v. 235, N 7, 1960. J a c k s o n P. C. , H a g e n C. E. P roducts of ortnphosphate absorption by barley roots. P lan t P hysio l., v. 35, N 4, 1960. L a t i e s G. G. The nature of the respiratory Rice in s lices of chicory roots. Arch. B iochem . a B iophis., v. 79, 1959. 301 L o u g h m a n n В. C., R u s s e l l R. S. The absorption and u tiliza tion of phosphate by young barley plants. J. Exp. Bot., v. 8 , N 23, 1957. S c h m i d t G. , T h a n n h a u s e r S. J. A m ethod for determ ination of desoxy­ ribonucleic acid, ribonucleic acid and phospoproteins in anim al tissiies. Biol. Chem., v. 161, N 1, 1945. З А В И С И М О С Т Ь РОСТА, Р А З В И Т И Я И У Р О Ж А Й Н О С Т И Р А С Т Е Н И Й ОТ У С Л О В И Й П Р О Р А С Т А Н И Я СЕМЯН Э. Халлер Эстонская сельхозакадемия Накопление органического вещества у растений, учитываем мого в форме урожая, в основном связано с тем периодом их онтогенеза, когда развиты органы ассимиляции — зеленые листья. Поэтому распространенным является мнение, что уро­ жай растений в основном формируют те условия среды, кото­ рые господствуют в названный период. Правда, в литературе по растениеводству очень часто можно найти ссылки на то, что регулирование того или иного необхо­ димого фактора жизни необходимо проводить в начальные фазы роста растений, но при этом все же в большинстве случаев речь идет о том периоде, когда у растения уже образовались зеленые листья. В данной статье мы стараемся показать, что рост, развитие и особенно урожай растений в значительной степени зависят от тех условий внешней среды, которые имеются в наличии во время прорастания семян, т. е. в период до появления всхо­ дов, хотя растения, развивающиеся из семян, в это время еще не имеют функционирующих зеленых листьев. Наша точка зрения является в некотором отношении новой. Созданная акад. Т. Д. Лысенко (1949) теория стадиального развития растений, обширный опытный материал, полученный им и его учениками, убеждают нас в том, что развитие растений и следовательно также их урожай определяются уже при про­ хождении стадии яровизации. Последняя совершается как в фазе прорастания семян, так и в последующей фазе. В комплек­ се факторов внешней среды, необходимых для прохождения стадии яровизации, определяющее значение имеет температура. Результаты наших опытов показали, что и все другие фак­ торы жизни растений, как реакция, влажность и аэрация поч­ вы, доступность питательных веществ и т. д., которые влияют на развивающееся растение в фазе прорастания, вызывают до­ вольно значительные изменения также и в последующих фазах онтогенеза растений, усиливая или ослабляя процесс ассими­ ляции и тем самым повышая или снижая урожай. До настоя- 302 щего времени этим вопросам уделялось недостаточное внима­ ние. Исследование упомянутых вопросов проводится автором с 1954 года (Халлер, 1957) и к настоящему времени накоплен значительный опытный материал. Как известно, донник и люцерна, являясь кальцефильными культурами, на кислой почве вообще не растут или дают очень низкие урожаи. Нам, однако, удалось названные культуры весь­ ма успешно выращивать уже в течение ряда лет на дерново- подзолистых почвах с рНк а 4,0—4,5, применяя для этого соот­ ветствующие воздействия на развивающиеся растения в фазе прорастания семян. Так, в 1957 году на экспериментальной базе Полли Эстонского научно-исследовательского института земледелия (Халлер, 1961) был заложен опыт на дерново­ среднеподзолистой суглинистой почве с p H KCi 5,2. Ниже при­ водим данные по четырем следующим вариантам указанного опыта: 1) Семена донника были высеяны первоначально на дерно- во-карбонатной почве с pH KCi 7,0—7,2 и ко времени появле­ ния у части семян корешков они были вынуты из почвы, ино- кулированы и высеяны в кислую подзолистую почву (pHKCi 5,2); 2) семена были подготовлены аналогично первому варианту и высеяны в известкованную почву (вносилась сланцевая зола из расчета 22,5 ц/га с заделкой в поверхностный пятисантимет­ ровый слой почвы); 3) семена донника после инокуляции были высеяны не­ посредственно в известкованную дерново-подзолистую почву при той же норме внесения и глубине заделки сланцевой золы, что и в случае варианта 2; 4) контрольный вариант — инокулированные семена дон­ ника были высеяны в кислую дерново-подзолистую почву. В 1958 году были получены с 1 м2 следующие урожаи зе­ леной массы (см. также табл. 1): по варианту 1 — 3,200 кг „ 2 - 5,425 „ 3 — 3,475 „ 4 - 0,312 „ Интересно проследить за динамикой изменения количества растений на единицу площади, которая характеризует в некото­ рой степени также и условия развития растений. Осенью в год посева больше всего растений сохранилось на делянках вари­ анта 2 (215 растений на 1 м2). На делянках варианта 1 расте­ ния сохранились также довольно хорошо: 150 растений на 1 м2 или 70% от количества растений второго варианта. На делян- 303 Т а б л и ц а 1 Влияние среды прорастания на количество растений и урож ай зеленой массы белого донника на экспериментальной ба зе Полли (1957/58 гг.) Количество растений на 1 м2 % У рожай зе пере- леной мас­ осенью весной зимо- сы в 1958 г. Варианты опыта 1957 г. 1958 г. вав- в % к в % к ших вари­ шт. вари­ рас­ шт. анту анту тений кг/м2 % 2 2 1. П редварительно проро- щенные в карбонатной почве семена инокули- рованы и высеяны в кислую почву 150 70 138 64 92 3,200 92,1 2. Таким ж е образом п од­ готовленные семена вы­ сеяны в известкованную подзолистую почву 215 100 215 100 100 5,425 156,1 3. Инокулированные сем е­ на высеяны непосредст­ венно (без предвари­ тельного проращ ивания) в известкованную почву 48 22 37 17 80 3,475 100,0 4. Инокулированные сем е­ на высеяны непосредст­ венно в кислую почву 15 7 9 4 60 0,312 9,8 ках же варианта 3 большинство растений выпало уже в год посева и к осени имелось только 22% от количества их по ва­ рианту 2. На делянках контрольного варианта большая часть растений погибла уже в год посева и к осени осталось только 7% от количества растений, сохранившихся на делянках ва­ рианта 2, причем сохранившиеся растения были хилыми и име­ ли желтовато-зеленую окраску. Как видим из приведенных данных, рост и развитие расте­ ний донника может протекать нормально также на кислой почве в том случае, если начало прорастания происходило в среде с благоприятной для донника реакцией почвы, повысив урожай с 0,312 кг до 3,200 кг/м2 или более чем в 10 раз. Даже на известкованной почве предварительное проращивание семян донника в дерново-карбонатной почве дало положительные ре- 304 зультаты, обеспечив наибольшее количество растений на 1 м2 и повысив урожай с 3,475 кг до 5,425 кг или на 56,1%. То, что протекающие в фазе прорастания семян изменения имеют определяющее значение для дальнейшего роста и разви­ тия растений, весьма показательно подтверждают также сле­ дующие обстоятельства. Из заложенного в 1959 году опыта с люцерной приводим данные по вариантам 4 и 5. Люцерна была высеяна на опытном поле Эстонской сельскохозяйственной ака ­ демии (ЭСХА), где, по имеющемуся у нас опыту, она росла очень хорошо (pHKCi почвы 6,3). В варианте 4, который служил контролем, семена люцерны высевали непосредственно на опыт­ ном поле, а в варианте 5 семена предварительно проращивали в подзолистом горизонте дерново-сильноподзолистой почвы (с рНКС1 в 4,4) до появления кончиков корешков у части семян (5%), после чего они вынимались из почвы и высевались на то же поле рядом с контролем (вар. 4). Опыт был заложен в 6-кратной повторности на делянках величиной 1 м2. Для из­ бежания различий, могущих возникнуть вследствие инокуля­ ции семян нитрагином, последний в обоих вариантах применял­ ся путем внесения в виде водного раствора в посевные рядки основного места выращивания растений. Осенью в год посева существенных различий между указан­ ными вариантами в отношении количества растений и вели­ чины урожая не отмечалось (табл. 2). Весной следующего года количество растений по варианту 5 составляло только 38% от количества растений по варианту 4, и вследствие этого урожай трех укосов был в среднем на 42% Т а б л и ц а 2 Влияние среды прорастания на урож ай люцерны (кг/м 2) и количество растений в учхозе «Р аади» ЭСХА (1959— 1960 гг.) Осенью года посева В первом году пользо­ а (в 1959 г.) вания (в 1960 г.) Описание ва­ У рожай з е ­ Число рас­ У рожай сена риантов Количест­ тений во растений леной массы люцерны (23/06. (при в л аж ­ 1960 г.) ности 15%) 2; на 1 м2| в % на 1 м2 в % на 1 м2 в % на 1 м2 в % 4 Контроль 330 100 1,00 100 139 100 2,01 100 5 Семена пр едва­ * рительно прора­ щивали Н А 2 горизонте и з а ­ тем высевали рядом с вар. 4 j 297 90 0.86 86 52 38 1,17 58 1 20 З а к а з N« 4752 3 0 5 вариант меньше, чем по варианту 4 (рис. 1). При этом урожай по ва­ рианту 4 был очень высоким, составляя более 2 кг сухого сена с 1 м2. Таким образом видим, что происшедшие уже при прораста­ нии семян изменения предопределили результаты зимовки ра­ стений. То, что именно характер процессов, протекающих в фазе прорастания семян, предопределяет в большой степени даль- Рис. 1. Влияние условий среды прорастания семян на рост люцерны. 4 — семена люцерны высеяны непосредственно на сл або­ кислую почву; 5 — семена предварительно проращивали (в течение 35 часов) в подзолистом горизонте дерново­ сильноподзолистой почвы (pH = 4 ,4 ), после чего они выби­ рались из А 2 горизонта и высевались на то ж е опытное поле рядом с вариантом 4. нейшее развитие и интенсивность роста, показывают и данные опыта с белым донником, заложенного в 1962 году (Халлер, 1963). Опыты проводились, в отделении «Соокалдузе» совхоза «Кооса» Тартуского района на дерново-среднеподзолистой су­ песчаной почве с рН Кс! 4,20—4,45. Размер делянок 1 м2, по­ вторность 5—6-кратная. Опыт был заложен так, что имелась возможность устано­ вить влияние на рост донника различий в условиях среды на различных этапах прорастания семян. Для этого мы помещали в посевные рядки под семена на различную глубину карбонатную прослойку известково-навоз­ но-земляного компоста шириной в 2 см и толщиной от 2 до 6 мм 306 (рис. 2). Компост был приготовлен осенью 1961 года и содер­ жал 52% дерново-слабоподзолистой почвы с рН КС1 6,2, 25% просеянной сланцевой золы, 20% навоза и 3% суперфосфата. Осенью компостная куча была обильно полита навозной жижей. Как видно на рис. 2, урожай зеленой массы донника очень сильно снижается в том случае, если развивающийся корешок Mt ОПЫТА 37 зв /во**» лес < елСГ£*и> с *СЬЕСГКОГО-НА&ОЛМО JSM/IЯНОЙ КОНПОСТ Рис. 2. Влияние различий в среде прорастания семян на урож ай д о н ­ ника в первый год пользования (подсеянного весной под покровную культуру) в более раннем (опыт № 37) и более позднем посеве (опыт № 38) в отделении «С оокалдузе» совхоза «К ооса» в 1962 г. проростка находится в течение всего периода прорастания в кислой почве и достигает контакта с карбонатной прослойкой (компостом) непосредственно перед моментом появления всхо­ дов (вариант 5 и 8) или позже (вариант 6 и 9). На рис. 3 видно, что корешок проростка донника . в момент появления 20* 307 всходов проник на глубину 5—6 см от поверхности почвы, до­ стигнув внесенной на эту глубину компостной прослойки. Сле­ довательно, растения вариантов 5 и 8 вступили в контакт с компостом в момент появления всходов, но это уже не могло устранить последующего выпадения большого количества ра­ стений и сильного снижения урожая. По той же причине уже Рис. 3. Длина корешков во время появления всхо­ дов у донника (вариант 5 ). в ранее рассмотренном опыте произошло выпадение большого количества растений и на известкованной почве, так как вне­ сенная доза сланцевой золы 22,5 ц/га не была достаточной для обеспечения каждому прорастающему семени возможности контакта с известковым удобрением. Это подтверждают и ре­ зультаты производственных опытов, которые были проведены в различных районах Эстонской ССР, на площади более 30 га (Халлер, 1963). Все приведенные до сих пор примеры были тем или другим образом связаны с реакцией почвы и зависящими от нее изме­ нениями биохимических процессов растений. Также и другие факторы вызывают в биохимических процессах растений зна­ чительные изменения, которые проявляются на более поздних фазах их онтогенеза. Так, например, в нашем соответствующем вегетационном опыте в 1962 году урожай ячменя снизился на 43,1% только вследствие того, что семена находились после по­ сева в течение 2,5 суток в среде, недостаточно обеспеченной 308 воздухом. Аналогичные данные получены в том же году и в со­ ответствующих полевых опытах (Халлер, 1963). В одном более раннем нашем опыте, проведенном в 1956 году, урожай яровой пшеницы повысился на 11,2% только вследствие того, что семена находились до начала прорастания в кварцевом песке, политом раствором NPK удобрений. Конт­ ролем служили семена, политые водопроводной водой. Когда семена начали наклевываться, их высевали в удобренную почву. Полученным в наших опытах результатам можно дать сле­ дующее теоретическое обоснование. Как показывают исследования последнего десятилетия в об­ ласти физиологии растений, корень у растений не является пассивным органом поглощения питательных элементов и их дальнейшего перемещения, как это полагали раньше, но имеет очень важные синтетические функции, выполняя активную роль в обмене веществ. Так, исследованиями академика А. Л. Курса- нова и его сотрудников (1954, 1957) установлено, что в корнях растений протекает синтез большинства растительных амино­ кислот и амидов, части белков и нуклеиновых кислот, никотина и некоторых других алколоидов и, вероятно, также предшест­ венника хлорофилла. Установлено около 30 различных веществ, которые синтезируются в корнях растений. Из синтезированных веществ приблизительно половина остается в корнях, а другая половина направляется в надземные органы, где они находят использование в процессах обмена веществ и роста. Углеводы поступают в корни в основном в виде глюкозы, где она подвергается процессу гликолиза с участием обычно цикла Кребса (Курсанов, 1957). В результате этого образуют­ ся различные органические кислоты. В этом процессе довольно значительная роль принадлежит находящейся в почвенном ра ­ створе углекислоте, которую растение поглощает из почвы че­ рез корни. Одновременно в корнях образуются различные про­ межуточные продукты и в процессе дыхания. Все они имеют ионный характер и являются важными акцепторами поглощае­ мого при помощи корней аммиака, а также имеют значение для накопления катионов и анионов (Курсанов, 1957). В зависимо­ сти от условий среды, в которых развивается растение, в ре­ зультате этих процессов могут образоваться более или менее благоприятные для растений углеродные акцепторы и соеди­ нения, от которых зависит характер обмена веществ и следо­ вательно энергия их роста и развития. Так, например, из опытов A. J1. Курсанова (1957) выясня­ ется, что при недостатке фосфора задерживаются у растений многие реакции гликолиза и цикл Кребса. Такие растения в значительной мере теряют способность к корневой фиксации углекислоты, что уже само по себе указывает на ослабление превращений по циклу Кребса Недостаток нормальных угле- 309 родных акцепторов компенсировали голодавшие по фосфору 22-дневные растения тыквы образованием иных продуктов не­ полного окисления углеродов, малотипичных для нормальных растений тыквы. «Естественно поэтому, — пишет A. JT. Курса- нов, * — что продолжающий поступать в голодающее по фос­ фору растение аммиак образует иные продукты среди которых преобладают вещества с гуаниновыми группировками и аллан: тоин, в которых на углеродный акцептор приходится по три— четыре аминные группы и которые поэтому мы вместе с Моте- сом можем назвать «аккумуляторами» ЫНг-групп. Таким обра­ зом при задержке выработки углеродных акцепторов в корнях возникает смесь «концентратов» азота, распространяющаяся, как и нормальная смесь аминокислот, по всему растению, но менее пригодная для дальнейшего использования, в частности для синтеза белка. Так совершается нормальный или анормаль­ ный круговорот веществ в растении». В прорастающих семенах продукты обмена веществ исполь­ зуются в первую очередь для образования новых клеток и их органоидов — для роста корешка проростка, который в даль­ нейшем метаболическом процессе превращается в ту «лабора­ торию», в которой образуются новые «строительные материа­ лы». Если же при прорастании семян господствуют ненормаль: ные условия, то вследствие этого образуются прежде всего мало­ пригодные для соответствующей культуры углеродные акцеп­ торы и другие необходимые соединения. Отсюда понятно так­ же и то, что в таких случаях у растений оформляются корни, которые мало пригодны для осуществления нормального об­ мена веществ. Поскольку рост и развитие растения с биохимической точ­ ки зрения представляет собой очень сложную цепную реакцию, в которой каждое последующее звено зависит от предыдущего, то понятно, почему те растения, фазы прорастания семян ко­ торых протекают в неблагоприятных условиях, имеют низкую энергию роста или даже гибнут, не завершив своего развития. Реакция почвы оказывает большое влияние на внутрикле­ точные биохимические процессы. По А. Гизе (1959), водород­ ные ионы сами по себе проникают в клетку не очень быстро, но в определенных условиях они могут содействовать проник­ новению в клетки слабых кислот. В кислой почве, по указан^ ному автору, угольная кислота содержится большей частью в молекулярном виде и высокая концентрация водородных ионов содействует ее проникновению в клетку. В клетке названная кислота диссоциирует, понижая pH клеточной протоплазмы, Это, в свою очередь, определяет как степень диссоциации бел­ * А. Л. Курсанов. Корневая система растении как орган обмена веществ. Изв. АН СССР, сер. биол., 6 . 1957, стр. 702. 310 ков, так и ее заряд, и оказывает большое влияние на структуру молекул белка и на его ферментативную активность. В резуль­ тате этого смещается изоэлектрическая точка клеточной плазмы. По Г. И. Роскину (1946), В. Г. Конареву (1948), Л. Б. Л е ­ винсону и 3. П. Канарской (1947), И. В. Москову (1960) и многим другим авторам, жизненность организма, а следова­ тельно и энергия роста, тем больше, чем больше разница между изоэлектрической точкой и pH клеточной протоплазмы. В наших соответствующих опытах, например, у корешков проростков донника (длина 1 — 1,5 см) величина pH клеток (оп­ ределялась потенциометрически на живых растениях) в случае посева семян в кислую почву (контрольный вариант) была 5,90, а при наличии карбонатной (из навозо-зольно-земляного компоста) прослойки толщиной в 2 мм на глубине 1 мм под семенами величина pH была 6,25. Изоэлектрические точки были соответственно при pH 4,3 и pH 4,1. Следовательно, разница между pH и изоэлектрической точкой клеточной протоплазмы по контрольному варианту была 1,60, а по варианту с карбо­ натной прослойкой — 2,15. Эти результаты подтверждают точку зрения вышеприведенных авторов и согласуются с данными по­ лученных урожаев в указанных опытах. Различия в реакции почвы в фазе прорастания семян отра­ жаются и на составе аминокислот проростков донника. Из на­ ших соответствующих опытов (Халлер и Пийрсалу, 1963) вы­ яснилось, что у корешков проростков донника, которые в на­ чале роста находились в карбонатной среде, состав свободных аминокислот отличался от их состава у корешков проростков семян, росших в кислой почве. Так, например, в первом случае содержание цистеина -f- цистина было выше, чем во втором варианте. Различия имелись также и в отношении содержания других свободных аминокислот. По В. Л. Кретовичу (1941), цистеин активизирует деятель­ ность многих ферментов, так как в составе его имеется актив­ ная группа SH. Какое же народнохозяйственное значение имеет обсуждае­ мая проблема? Зная, что высокие урожаи можно получить только в том случае, когда растениям созданы нормальные условия роста и развития уже с фазы прорастания семян, и что возникшие в фазе прорастания нежелательные изменения невозможно уст­ ранить на дальнейших этапах развития растений, мы тем са­ мым имеем весьма важную теоретическую основу для успеш­ ного развития растениеводства, практическая ценность которого заслуживает внимания. Л И Т Е РА Т У РА Г и з е А. Ф изиология клетки. М., 1959. К о н а р е в В. Г. Возрастны е изменения в клетках растения и изоэлектри- ческая точка протоплазмы. Докл. АН СССР, т. 59, № 4, 1948. К р е т о в и ч В. Л . Основы биохимии растений, 1961. К у р с а н о в А. Л. , Т у е в а О. Ф. и В е р е щ а г и н А. Г. Физиология ра­ стений, т. 1, 1954. К у р с а н о в А. Л . Корневая система растений как орган обмена веществ. Изв. АН СССР, сер. биол. 6 , 1957. Л е в и н с о н Л. Б. , К а н а р с к а я 3 . П. С одерж ание рибонуклеиновой кис­ лоты в клетке во время деления. Д окл. АН СССР, т. 58, № 9, 1947. Л ы с е н к о Т. Д . Агробиология, Тарту, 1949. М о с к о в И. В. Ц итофизиологическое изучение семян пшеницы в покое и при прорастании. Ф изиология устойчивости растений. Труды конфе­ ренции 3— 7 марта 1959 г., I960. Р о с к и н Г. И. Изоэлектрические пункты клеток и их изменения в норме, развитии и патологии. Усп. совр. биол., т. 22, вып. 2 (5 ) , 1946. Х а л л е р Э. Влияние среды прорастания на рост и развитие белого дон­ ника. Социалистическое сельское хозяйство, № 12 (на эстонском язы­ ке), 1957. Х а л л е р Э. Влияние условий произрастания на рост и развитие донника и люцерны. Социалистическое сельское хозяйство, № 15 (на эст. яз.), 1961. Х а л л е р Э. Результаты возделы вания донника и люцерны на кислых поч­ вах. Сб. научн. трудов ЭСХА, № 28 (на эст. я з.), 1963. Х а л л е р Э. Пути быстрого поднятия плодородия почв и урожайности культур. Сб. научн. трудов ЭСХА, № 35, 1963. Х а л л е р Э. и П и й р с а л у Л . Влияние среды прорастания на состав ами­ нокислот донника. Сб. трудов ЭСХА, № 35 (на эст. я з.), 1963. З А В И С И М О С Т Ь У Р О Ж А Й Н О С Т И Р А С Т Е Н И Й ОТ УСЛО­ ВИ Й П И Т А Н И Я ВО В Р Е М Я П Р О Р А С Т А Н И Я СЕМЯН : X. Райг Эстонская сельхозакадем ия В последние годы считается общепризнанным, что удобре­ ния должны вноситься в почву в наиболее доступной для ра­ стений форме и в сроки, когда последние наиболее в них нуж­ даются. Необходимо считаться также с тем, чтобы они подвер­ гались наименьшим воздействиям со стороны самой почвы. Условия питания сказываются на развитии растения с пер­ вых дней прорастания. Проростки растений используют вна­ чале питательные вещества семени и также вещества из внеш­ ней среды. Попадая в неблагоприятные почвенные условия, даже высококачественные семена прорастают плохо или могут даже совсем не давать всходов. На подзолистых почвах, большие площади которых имеются на территории нашей страны и в частности Эстонской ССР, кальцефильные культуры (люцерна, клевер, горох и др.) дают низкие урожаи. 312 Главной причиной, вызывающей очень сильное понижение урожая этих культур, является низкое плодородие дерново-под­ золистых почв, так как в них имеет место недостаток усвояе­ мых питательных веществ, повышенная кислотность, избыток подвижного алюминия, марганца и другие неблагоприятные ус­ ловия. Большая роль б регулировании режима питания на дерново- подзолистых почвах принадлежит удобрениям. При наличии у дерново-подзолистых почв вредной для сельскохозяйственных культур повышенной кислотности крайне важное значение имеет известкование этих почв. Как известно, люцерна хорошо растет на дерново-карбонат­ ных почвах. Почва, pH которой ниже 5,8, считается непригод­ ной для выращивания люцерны. Но, как показывают наши опыты, кальцефильные культуры, в частности и люцерну, можно успешно возделывать на кислых почвах. В опытах, проведенных кафедрой земледелия Эстонской сельскохозяйственной академии в совхозе Луунья, первона­ чально исследовалось влияние на урожай люцерны минераль­ ных и известковых удобрений, вносимых в кислые почвы (pHKCi 4,2—4,5, подвижного алюминия 3,8 мг на 100 г почвы). Мине­ ральные и известковые удобрения вносились совместно с семе­ нами в разных комбинациях. Нормы удобрений из расчета на 1 га были следующие: суперфосфата 2 ц, хлористого калия 1,5 ц, сульфата аммония 1 ц. Физиологически кислые удобрения — сульфат аммония и хлористый калий — действовали отрицательно. Эти вредные последствия целиком устраняются при применении в качестве нзвесткого удобрения сланцевой золы из расчета 6 т/га. При­ менение молибдена в виде (NH4) 2M o 0 4 (150 г на 1 га) оказа ­ лось неэффективным. В проведенных опытах удобрения оказали сильное влияние на число проростков. Без известкового удобрения проростков было мало из-за гибели их в этих условиях. Ниже приведены данные по вегетационным опытам на той же почве. Чтобы полнее выявить роль алюминия и мар­ ганца, были включены варианты с этими элементами. Алюми­ ний в виде А1С1з и марганец в виде МпС12 были внесены в почву перед набивкой сосудов из расчета 8 мг А1 и 2 мг Мп на 100 г почвы. Такое количество А1 и Мп нередко встречается в кислых дерново-подзолистых почвах. Внесение N, К, KN, PKN, А1 и Мп оказало резкое отрица­ тельное действие на урожай люцерны первого укоса. Известно, что аммиачные формы азота и хлористый калий при длитель­ ном применении их на кислых дерново-подзолистых почвах приводят к затуханию эффекта удобрений, а затем к снижению 313 урожая. Явное отрицательное действие указанных удобрений имело место в нашем опыте даже при однократном их внесе­ нии независимо от степени обеспеченности почвы питательными веществами. Иллюстрацией этого является невысокий урожай в контрольном варианте и резкая потеря урожая при внесении полного удобрения. В рассматриваемом случае действие удобрения оказывается двояким. С одной стороны, снабжение растений удобрениями приводит к повышению урожая, а, с другой стороны, свойства почвы ухудшаются. Аммиачные, калийные и фосфорные удоб­ рения вносились без извести и способствовали в результате об­ менных реакций переходу алюминия в почвенный раствор, что усиливает его токсическое действие. Применение известкового удобрения в нашем опыте полностью устранило их отрица­ тельное действие. По данным Н. С. Авдонина (1960), Я. В. Пей­ ве (1961) и др., избыток алюминия нарушает углеводный и бел­ ковый обмен у растений, что приводит к уменьшению содержа­ ния сахаров и белков, а также небелкового азота. Из этих опытов выясняется, что главным фактором, опре­ деляющим величину урожая, является известкование, которое резко повышает эффективность удобрений. На дальнейших этапах исследования выяснилось, что уро­ вень урожая зависит главным образом от способов внесения удобрений. Особенно важное значение имеет регулирование режима пи­ тания растений во время прорастания семян. На мелкоделяночных опытах с внесением известковых удоб­ рений на разные глубины выяснилось, что, если слой кислой почвы между семенами люцерны и удобрением был толще чем полсантиметра, то влияние последнего резко падало и прибли­ жалось к нулю, что подтверждает данные многочисленных ис- ледований Э. Халлера (1963). Из этой закономерности имеются исключения. Предварительные опыты показывают, что глубина заделки удобрения оказывает то или иное влияние на семена и зависит от вида удобрений и от биологических особенностей выращи­ ваемых культур. Например, непосредственный контакт семян с физиологически кислыми и кислыми удобрениями не благо­ приятствует прорастанию семян люцерны. В подтверждение приведем данные одного опыта. Полевой опыт был заложен в совхозе Моосте Выруского района. Почва была сильно-подзолистая с pH 4,5—4,7, по механи­ ческому составу супесь; содержание подвижного алюминия со­ ставляло 2,8 мг на 100 г почвы. Использовались следующие нормы удобрений из расчета на га: суперфосфата 3 ц, хлори­ стого калия 1,5 ц, известкового туффа 3 т. » 314 В таблице 1 приводятся данные относительно количества проростков люцерны. Из данных таблицы 1 видно, что удобрения (РК + Са), вне­ сенные вместе с семенами, уменьшают их прорастание. Когда удобрения (РК ■+ Са) были’заделаны на 0,5—2 см глубже се­ мян, то количество проростков удвоилось по сравнению с их внесением совместно с семенами. Особенно неблагоприятные Т а б л и ц а 1 Влияние удобрений на количество проростков люцерны № Варианты опыта Количество про­ пл. ростков на 1 м2 1. РК с семенами 37 2. Са с семенами 149 3. РК т Са с семенами 57 4. РК + Са на глубину 0,5 см от семени 118 5. РК + Са на глубину 2,0 см от семени 90 последствия наблюдались при внесении РК удобрений без из­ вести. В этом случае всхожесть семян приближалась к нулю. Данные этого опыта показали, насколько важна глубина з а ­ делки удобрений, а также известкование почвы. Для изучения усвояемости фосфора из разных слоев почвы был использован радиоактивный фосфор. Опыт был поставлен с четырьмя культурами: люцерной, клевером, горохом и ячме­ нем. Радиоактивный фосфор и удобрение (суперфосфат) вноси­ лись со слоем почвы на различную глубину от семян. Самое активное усвоение фосфора из почвы наблюдалось у всех культур за первые 11 — 15 дней после посева. У люцерны и клевера наиболее полное усвоение фосфора происходило в условиях, где удобрения вносились в почву на 0,5—2 см глубже расположения семян. У ячменя и гороха усваивание фосфора лучше всего наблю­ далось при заделке его на глубину 6 и 10 см от семян. Как при меньшей, так и при большей глубине заделки удобрений интенсивность усвоения фосфора уменьшалась. Важно отметить, что корни гороха и ячменя очень скоро ухо­ дят из зоны расположения семян и не успевают усвоить пи­ тательные вещества, внесенные в эту зону. Удобрения же, вне­ сенные в более глубокие слои, усваиваются значительно пол­ нее. На участках без удобрений люцерна не давала урожая. Обычно в агроправилах рекомендуется вносить известковые удобрения в больших дозах под культиватор или под плуг, но 315 результаты часто оказываются неудовлетворительными. Так, в нашем опыте в учхозе «Раади» на кислой подзолистой почве (pH Kci 4,8—5,2) густота стояния растений люцерны оказалась редкой и большую часть площади заняли сорняки. Только в том случае, когда известковое удобрение (сланце­ вая зола) в дозе 2 т на га заделывалось в верхний слой почвы при катковании, т. е. в зону, где прорастают семена люцерны, развивался густой равномерный покров люцерны. С этого участка уже пятый год подряд получают высокие урожаи. Так, в 1961 году урожай сухого сена люцерны соста­ вил до 124 ц/га, т. е. около 5600 кормовых единиц или в два раза больше, чем в подобных же почвенных условиях получают от ячменя — 22 ц/га, т. е. 2000 кормовых единиц. В случае вы­ ращивания ячменя содержание переваримого протеина в зерне и соломе составляет до 250 кг с гектара, у люцерны же — 1400 кг или в 5 раз больше. Люцерна является наиболее бо­ гатым источником необходимых для животноводства белков. Д ля того, чтобы получить с одного гектара свыше 5 тыс. кормовых единиц концентрированного корма для животновод­ ства, нужно использовать семена высшего качества и создать благоприятные условия для роста растений. Это отвечает ра­ циональному использованию земельных фондов и внедрению интенсивной системы земледелия в нашей стране. Результаты рассмотренного опыта подтверждают наши вы­ воды о том, что внесение извести в зону расположения семян создает благоприятные условия для их прорастания и резко повышает урожай растений. Выводы Результаты настоящего исследования позволяют считать, что рост, развитие и урожай растений зависят, главным образом, от условий в период прорастания семян, от способов внесения и вида удобрений, а также от биологических особенностей вы­ ращиваемых культур. Путем создания благоприятных условий для прорастания семян можно успешно возделывать на кислых подзолистых поч­ вах кальцефильные культуры (люцерну, ячмень, бобовые и др.) и повышать их урожай. 316 Л И ТЕ РАТ У РА А в д о н и н Н. С. Повышение плодородия кислых почв Сельхозгиз, 1960. К е д р о в - З и х м а н О. К. И звесткование и применение микроэлементов. Сельхозгиз, 1957. Р а т н е р Е. И. П одвижны й алюминий в почве и фосфорно-кислог пита­ ние растений. П очвоведение, № 2, 1946. Х а л л е р Э. О. О путях быстрейшего поднятия плодородия почв и урож ай ­ ности (рукопись). Тарту, 1963. П е й в е Я- В. Биохимия почв. Сельхозгиз, 1961. О В Л И Я Н И И У Д О Б Р Е Н И Й НА А М И Н О К И С Л О Т Н Ы Й СОСТАВ Л Ю Ц Е Р Н Ы В. Тали, X. Райг Эстонская сельхозакадемия Люцерна является ценным белковым кормом для животных. При составлении кормовых рационов сельскохозяйственных ж и ­ вотных обычно руководствуются содержанием в корме сырого протеина, что явно недостаточно, так как для оценки питатель­ ности корма по белку необходимо знать его аминокислотный состав. Имеющиеся в литературе данные об аминокислотном составе люцерны (Попов, 196.1; Сийм и Тали, 1961; Harvey, 1958; Singleton и др., 1952; Nehring и Schwerdtfeger, 1957; Wer­ ner и Gruhn, 1961) не дают, к сожалению, представления о влия­ нии условий произрастания растения на его аминокислотный состав. В доступной нам литературе очень мало приводится данных о влиянии удобрений на аминокислотный состав люцер­ ны. Вопрос этот имеет большую практическую важность, так как знания о влиянии различных удобрений на аминокислот­ ный состав люцерны дают возможность целенаправленнее из­ менить его в соответствии с нуждами кормления сельскохозяй­ ственных животных и птиц. Шельдон с сотрудниками (Sheldon и др., 1948) исследовали листья люцерны, культивируемой на пяти различных типах почвы штата Миссури в США, и пришли к заключению, что количество некоторых аминокислот повышается при использо­ вании малых доз Мп, В, Со, Си и Zn. Глейтер и Паркер (Glei­ ter и Parker, 1957) сообщают, что выращенная в условиях де­ фицита фосфора люцерна содержит в спиртовом экстракте больше аспарагина, аргинина и глютамина и меньше глутами­ новой кислоты и пролина, чем экстракт нормальных листьев люцерны. Содержание других аминокислот не изменялось. Влияние фосфора и калия на содержание аминокислот в гидролизатах зелёной массы люцерны изучал Мак Грегор с со- 317 трудниками (Mac Gregor и др., 1961). Существенной разницы в содержании отдельных аминокислот в урожае в зависимости от удобрений и года ими не обнаружено. ■ Таким образом, имеющиеся крайне недостаточные данные о влиянии удобрений на аминокислотный состав люцерны явля­ ются противоречивыми и нуждаются в проверке. Исходя из этого, мы решили проследить влияние некоторых удобрений, в том числе и микроудобрений, на аминокислотный состав люцерны. Д ля этого был использован вегетационный опыт, залож енны й в 1961 году с почвой, взятой из отделения С оокалдусе совхоза Л уунья Тартуского района. Почва по механическому составу супесчаная сильно-дерново-подзо­ листая, с содерж анием подвиж ного А] 2,9 мг/100 г почвы, рН (КС1) 4,2— 4,4. И спользовались следую щ ие нормы удобрений: суперф осф ата (Р ) — 3,9. хлористого калия (К ) — 1,2 , сульфата аммония (N ) — 3,5, хлористого мар­ ганца (М п) — 0,2, хлористого алюминия (А1) — 0,8, молибдата аммония (М о) — 0,01 и сланцевой золы (Са) — 26,7 г на 10 г почвы. Д ля анализа брались надземны е части люцерны первого укоса второго года закладки опыта. Сушка производилась при комнатной температуре и перед обмолом дополнительно в течение суток в сушильном ш кафу при 60° С. В воздуш но сухом материале определялся общ ий азот по Кьельдалю и протеин (общ ий N X 6,25). При определении аминокислотного состава мы руководствовались тем. что в обмене азотистых веществ в организме играют роль не только белко­ вые вещества, но -м небелковые азотистые соединения, которые в зеленых растениях содерж атся в значительных количествах. В то ж е вргмя получить пропорциональный выход всех групп белка из зеленых растений практически невозмож но. П оэтом у мы определяли аминокислоты в целом растении без выделения белковых препаратов. Д ля этого навеска сухого исследуем ого материала, содерж ащ ая около 300 мг сухого протеина, обезж иривалась серным эфиром и гидролизовалась 6 N НС1 в колбе с обратным холодильником на водяной бане в течение 24 часов. Полученный гидролизат фильтровался через беззольный фильтр для отделения негидролизовавш ихся остатков растения и гуминовых веществ, образую щ ихся в результате взаимодействия азотистых веществ с углево­ дами. О садок на фильтре промывался горячей дистиллированной водой до нейтральной реакции промывной воды и фильтрат вместе с промывными водами упаривался до сиропообразной консистенции с трехкратным д обав ­ лением воды для удаления свободной соляной кислоты. Сгущенный гидро­ лизат смывался 10% раствором изопропилового спирта в градуированную пробирку и объем доводился до 10 мл. Для определения аминокислот в гидролизате пользовались методом рас­ пределительной хром атограф ии на бум аге с пятикратным пропусканием б у ­ тиловой смеси: первые три раза в соотнош ении н-бутилового спирта, ускус- ной кислоты и воды 4 : 1 : 5 и последую щ ие два раза соответственно 40 : 15 : 5. Количественное определение происходило прямым денситометрированием хром атограмм на автоматически регистрирующем денситометре, нами ранее описанным методом (T ali, 1963). П ример денситограммы с соответствующей хром атограммой приведен на рис. 1. В табл. 1 и на рис. 2 приводятся средние результаты четы­ рех определений. Как видно, удобрения оказывают сильное влияние на содержание протеина в растениях и на его амино­ кислотный состав. В нашем опыте все использованные удобре- 318 ния повышали содержание протеина, но последнее мало свя­ зано с нарастанием урожая (табл. 2). Удобрения оказывают неодинаковое влияние на содержание аминокислот. Так, сум­ марное содержание лизина и гистидина при вариантах удобре­ ний, использованных в нашем опыте, практически не превы- Рис. 1. Пример денситогра.ммы и хроматограммы гидроли­ зата люцерны (вариант с Мп и Ai ) . шало содержания их в контроле. В вариантах с К, Са -f- Mn + AI и Са -j- Мп -j- Al -f- NPK содержание лизина понизилось напо­ ловину. Содержание аргинина превышало контроль только в вариан­ те с N. В вариантах с К, Са -f- К, Са NK, C a - f - N P K - f M o и_. M n ^ - A l содержание аргинина было низкое. Содержание аспарагиновой кислоты превышало контроль только в варианте с N. Мало аспарагиновой кислоты содержа­ лось в варианте с Са - j - Мп + Al NPK. Содержание серина было сравнительно низким, и влияния удобрений на его содержание не отмечалось. Содержание глицина в вариантах с Ca + NPK, C a - - - N P K + -j-Mo и Са + M n - f Al превышало контроль в 6—8 раз, дости­ гая, 4,6% на абсолютно сухой вес. Сильное влияние удобрения оказывали на содержание глу­ таминовой кислоты и аланина. Содержание треонина превышало контроль только в вариан­ те с Са -f- Мп -j- Al -f- NPK. Содержание изолейцина, лейцина, валина и метионина прак­ тически не изменялось. 319 Т а б л и ц а I С одерж ание аминокислот в сене люцерны в зависимости от минерального удобрения (в % на абс. сухой вес) Варианты удобрений + < + Аминокислоты Контроль Си с N К Са Са + N Са + К Са + NK Z £ + 1 + + +ЯЗ ей-- - 0 + и и < Лизин + гистидин 2,3 1,7 1,9 1,7 1,9 2,1 1,9 2,8 1,9 1,7 1,2 1,3 Аргинин 2,1 2,3 1,9 1,9 2,1 1,3 0,6 1,8 0,8 0,8 1,7 1,8 Аспарагиновая к-та 2,2 2,4 1,6 1,7 1,8 1,7 1,9 1,4 1,8 1, / 2,3 1,1 Серин 1,0 1,5 1,2 0,7 0,7 0,8 0,5 0, / 0.6 0,5 0,7 0,6 Глицин 0,6 0,6 0,4 0,6 0,7 0,3 0,3 3,7 4,6 0,3 4,4 0,4 Глутаминовая к-та 1,9 3,5 1,5 2,1 1,3 1,7 1,1 3,0 3,1 2,6 2,5 1,2 Треонин 1,0 1,1 0,6 1,0 0,9 0,9 0,8 1,1 0,9 — 0,8 1,8 Аланин - f валин 0.7 2,3 0,8 3,2 1,4 0,6 0,7 0,8 1.2 3,1 0,5 4,0 Метионин -j- лейцин 0,5 0,6 0,3 0,6 0,7 0,3 0,4 0,5 0,5 0,5 0,6 0,5 Изолейцин 0,9 0,9 1,1 0,9 1,1 0,8 0,9 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6 Ca + N P K Mn + Al Шо.Л0ицим. Лейцин ♦NPtf Р ис . 2. С одерж ание аминокислот в гидролизатах сена люцерны при различных вариантах удобрений. Т а б л и ц а 2 Урожай сена люцерны и содерж ан ие в нем общ его азота и протеина (средние данные трех повторностей опыта в ■% на абсолю тно сухое вещ ество) Варианты У рож ай сена С одерж ание С одерж ание удобрений (в г) азота протеина Контроль 11,26 ( + 0 ,4 6 ) 1,55 ( + 0,16) 9,69 N 7,27 ( + 3,09) 2,42 ( + 0,30) 15,13 К 2,24 ( + 0,66) 1,72 ( + 0,005) 10,75 Са 14,05 ( + 0,46) 2,31 ( + 0 ,1 4 ) 14,44 Ca + N 14,72 ( + 1,09) 2,35 ( + 0,15) 14,69 Са + К 14,67 ( + 1,14) 1,77 ( + 0 ,2 7 ) 11,06 Ca + NK 14,87 ( + 0 ,8 1 ) 1,81 ( + 0 ,1 8 ) 11,31 Ca + N P K 18,74 ( + 0,58) 1,84 ( + 0,06) 11,50 Ca + N P K + M o 16,35 ( + 0,39) 2,04 ( + 0,07) 12,75 NPK + M o 3,07 ( + 0,61) 2,31 ( + 0 ,1 3 ) 14,44 Mn + Al 4,52 ( + 1,40) 1,38 ( + 0,20) 8,63 Ca + Mn + Al 14,10 ( + 0,31) 2,07 ( + 0,05) 12,94 Ca + Mn + Al + N PK 17,33 ( + 1,99) 1,83 ( ± 0,03) 11,44 I 21 З а к а з № 4752 321 Таким образом, результаты наших опытов показывают, что удобрения оказывают сильное влияние не только на содержа­ ние сырого протеина в сене люцерны, но и на его аминокислот­ ный состав, что необходимо учитывать при составлении полно­ ценных кормовых рационов для сельскохозяйственных живот­ ных. Л И Т Е РА Т У РА П о п о в И. С. Аминокислотный состав кормовых продуктов. Ж ивотновод­ ство, № 7, 1961. С и и м А. и Т а л и В. О. О содерж ании аминокислот в некоторых кормо­ вых растениях, выращиваемых в ЭССР. Труды I Биохимической кон­ ференции Прибалтийских республик и Белоруссии. Тарту, 1961. G l e i t e r М. Е. and P a r k e r H. E. E ffect of phosphorous deficiency on the free am ino acids of a lfa lfa . Arch. B iochem . B iophys., 71, 1957. H a r v e y D. T ables of the am ino acids in foods and feed in gstu ffs . Common­ w ealth Bureau of A nim al N utrition. R ow ett Institute, Bucksburn, Aber­ deenshire, Scotland. T echnical C om m unication № 19. Com m onwealth A gricu ltural B ureaux Farnham Royal. S lou gh , Bucks. 1956. Reprinted 1958. M a c G r e g o r J. M. , T a s k о v i t с h L., M a r t i n W. P. E ffect of phos­ phate and potash on am ino acid content of a lfa lfa . A gron. J., № 4, 1961. N e h r i n g K. und S c h w e r d f e g e r E. D ie quantitative B estim m ung der essen tie llen A m inosäuren in N ahrungs- und Futterm itteln. Z. Lebensmittel- Unters. u. -Forsch., 105, 1957. S h e l d o n V. L., B l u e Wm. G. and A l b r e c h t Wm. A. D iversity of amino acids in legu m es according to the so il fertility . Science, 108, 1948. S i n g l e t o n V: L., M e r t z E. T. and D a v i s R. L. The h yd rolysis on amino acid assa y of a lfa lfa , and the m ethionine range in 100 selections. A gro­ nom y J., 44, 1952. T a l i V. A m iinohapete kvan titatiivne m ääram ine krom atogram m ide otsese den- sitom etreerim isega . E PA T eaduslike T ööde K ogum ik, 32, 1963. V e r n e r A. und G r u h n К- U ntersuchungen über den A m inosäuregehalt des R ohproteins der W iesen pflanzen in versch iedenen W achstum sstadien. Arch. T iernährung, 11, Nr. 2, 1961. О Д И Н А М И К Е У С В О Е Н И Я Г В О З Д И К О Й К А Л И Я ИЗ П И Т А Т Е Л Ь Н О Г О Р А С Т В О Р А П Р И ЕЕ В Ы Р А Щ И В А Н И И В Г И Д Р О К У Л Ь Т У Р Е Э. И. Вески Таллинский ботанический сад АН ЭССР За последние годы все больше и больше применяют гидро­ культуру при выращивании овощей и цветов в крытых поме­ щениях. В крупных социалистических хозяйствах этот способ выращивания дает возможность механизировать и даже авто­ матизировать работы и, таким образом, в значительной мере экономить труд и снижать себестоимость продукции. 322 При введении же гидрокультуры в практику выращивания цветов предстоит решить еще некоторые мало исследованные вопросы. Еще не выяснены подходящие питательные растворы для различных культур и их состав с учетом фаз развития вы­ ращиваемых растений. Известно, что растения требуют в на ­ чальной фазе своего развития больше азота, а в фазе образо­ вания почек и в фазе цветения больше калия и фосфора. Для того, чтобы выяснить указанные вопросы, необходимо проследить рост и развитие различных культур на различных составах и концентрациях питательных растворов, определить потребности растений в питательных элементах на различных фазах развития. Динамику усвоения питательных элементов из питательного раствора исследовали для овощей Гейсслер (1957), Гёлер (1960) и Журбицкий (1962). Журбицкий отмечает, что при вы­ ращивании огурцов в гидрокультуре усвоение калия растения­ ми в течение всего вегетационного периода оказывается интен­ сивнее, чем усвоение азота и фосфора. Увеличение концентра­ ции питательного раствора до оптимальных пределов значитель­ но ускоряет рост растений, и при этом очень усиливается усвое­ ние ими питательных элементов. Для того, чтобы выяснить наиболее подходящий состав пи­ тательного раствора для гвоздики, нами проводились исследо­ вания по определению динамики усвоения питательных веществ по фазам развития подопытной культуры. В настоящей статье приводятся данные по динамике усвоения калия гвоздикой. Методика опытов Для того, чтобы выяснить необходимы е для нормального роста и р а з­ вития гвоздики оптимальные количества калия, осенью 1961 г. в Таллинском ботаническом саду АН Эстонской ССР были залож ены опыты с гидрокуль­ турой по м етоду орошения снизу. Опыты проводились в трех вариантах с местным сортом гвоздики ’Полли пунане’. Черенки гвоздики были посажены во второй половине августа в пикировочные ящики. Укоренившиеся черенки были пересажены в первой половине января в цветочные горшки диаметром в 10 см, наполненные промытым гравием (размер частиц 0,2— 0,4 см ). Р асте­ ния подкармливали питательным раствором, поливая сверху от одного до двух раз в день. Вторая пересадка была произведена в начале мая 1962 г. в горшки диаметром в 12 см, наполненные промытым гравием. Указанным способом полученные растения высадили в начале сентября 1962 г. на постоянное место выращивания, которым служили 3 водонепро­ ницаемых бетонных бассейна с площ адью в 10 м2, наполненные промытым гравием. Глубина бассейна бы ла*30 см. Д иам етр частиц гравия 0,3— 0,6 см. На 1 м2 вы саживали по 20 растений. При всех вариантах опыта сохранилась реакция питательных растворов pH 5,6__6,0. Питательный раствор был приготовлен на водопроводной воде с рН 7 2— 7 4. Д л я подкисления его употребляли серную кислоту. Т емпера­ тура питательного раствора была 13— 15° С. При различных вариантах опыта использовалась различная концентрация питательного раствора, ко­ торая в пределах одного опыта бралась постоянной на различных ф азах развития опытных растений. 21* 323 В I варианте опыта питательный раствор содерж ал 5206 мг питатель­ ных веществ на 1 литр воды (0,5% ), причем содерж ан ие калия было 322 мг/л. А зот, ф осф ор и калий вносились в питательный раствор в соотношении 3: 2:1. В о II варианте опыта питательный раствор содерж ал питательных ве­ ществ 3363 мг/л (0,3% ); содерж ан ие калия в нем было 106 мг/л. Соотнош е­ ния азота, ф осф ора и калия составляло 1 : 9 : 2. В III варианте питательный раствор содерж ал питательных веществ 3276 мг/л (0,3% ). С одерж ание калия было 290 мг/л. Соотнош ение азота, ф осф ора и калия было 4 : 1 : 4 . В летний период гвоздику подкармливали при помощи электрического насоса 1— 2 раза в день, осенью и зимой — через день. У опытных растений проводили наблюдения за интенсивностью цвете­ ния. Ч ерез каж ды е 10— 12 дней определяли содерж ание калия в питатель­ ном растворе при помощи пламенного фотометра. Результаты опытов Результаты анализа показали (рис. 1), что растениями в первом варианте в зимний период (с 7 января по 11 марта) было усвоено 16% содержащегося в питательном растворе ка- f t lvM4p u Mo*h t It —--fra«иг I Рис. 1. Динамика поглощения КгО из питательного раствора гвоздикой. лия, во II варианте — 46% и в III варианте — 48%. В весен­ ний период (с 15 марта по 15 мая) — показатели были соответ­ ственно в I варианте 44%, во II варианте 51% и в III варианте только 14%, а в летний период (с 13 мая по 23 июня) в I ва ­ рианте 30%, во II варианте 72% и в III варианте 26%, и в пе­ риод с 1 июля по 27 августа в I варианте 35%, во II варианте 85% и в III варианте 24%. 324 Из данных определений видно, что растения интенсивнее усваивают питательные элементы из более слабых растворов. Так, например, во II варианте в течение всего вегетационного периода было усвоение калия значительно больше (56—85%), чем в I варианте (16—44%) и в III варианте (14—48%). Во всех вариантах интенсивное потребление калия начинается со второй половины мая, когда происходит интенсивное образова­ ние бутонов и цветение (рис. 2). bцuКuЧ*мrt oIЫ 4Г) Рис. 2. Количество цветков у гвоздики 'Полли пунане’ (среднее на 100 растений). Если проследить динамику цветения гвоздики (рис. 2), го выясняется, что в период с 1 января по 23 апреля во всех в а ­ риантах было получено мало цветков для срезки (на 100 расте­ ний в I варианте 46, во II варианте 40, в III варианте 27). С 17 по 28 января было получено при расчете на одно растение во II варианте значительно больше цветков (1вар. — 4,6; II вар. — 5,0; III вар. — 2 цв.). От растений I варианта было получено больше цветков в период с 7 по 28 февраля (I вар. — 17, II вар. — 6, III вар. — 4 цв.). Количество пригодных для срезки цветков увеличивается начиная с 1 мая во всех вариан­ тах, достигая максимума почти одновременно в период с 25 ию­ ля по 6 августа. В этот период было получено цветков для срезки на каждые 100 растений: в I вар. — 83, во II вар. — 133 и в III вар. — 80. 325 Если проследить динамику потребления калия, то можем за* метить, что во II варианте особенно интенсивное усвоение калия начинается с 13 мая. В I и III вариантах интенсивность усвое­ ния калия растениями значительно меньше и почти одинаковая в обоих вариантах, вследствие чего также количество цветков для срезки в период максимального цветообразования с 25 ию­ ля по 6 августа остается ниже по сравнению со II вариантом. Выводы 1. Периодом наиболее интенсивного цветения гвоздики в условиях теплицы Таллинского ботанического сада АН Эстон­ ской ССР следует считать июль и август. 2. Особенно интенсивное усвоение калия из питательного раствора у гвоздики отмечается в промежуток времени с 2 июля по 16 июля, когда происходит массовое образование бутонов. 3. Максимальное количество пригодных для срезки цветков было получено при выращивании гвоздики на питательном растворе следующего состава: 320 г (NH4)2S 0 4, 333 г КН2Р 0 4, 600 г M g S 0 4*7H20 , 2100 г Са (Н2Р 0 4)2 • Н20 на 1000 л воды. Л И Т Е РА Т У РА Ж у р б и ц к и й 3 . И., С о к о л о в а Л. А. Выращивание огурцов в водных культурах. Физиология растений, т. 9, вып. 5, 1962. G е i s s 1 е г, Т. Der N äh rsto ffen tzu g einer frühen Treibgurkenkultur. Archiv für G artenbau, В. V, H. 6 , 1957. G ö h 1 e r, F. N eue E rgeb n isse über die K ontrolle und E rgänzung von Nähr­ lösu n gen bei der erdelosen Kultur. Der D eutsche G artenbau, H. 9, 1960. К О Р Н Е В Ы Е В Ы Д Е Л Е Н И Я К У К У Р У З Ы И ИХ И С П О Л Ь З О В А Н И Е СОЕЙ В П Р О Ц Е С С Е Т Р А Н С П И Р А Ц И И А. И. Кремнина Всесоюзный институт кормов Роль корневых выделений в жизни растений все более при­ влекает внимание биологов. В настоящее время уже не смотрят на корневые выделения как на отбросы, но придают им большое значение в жизнедеятельности растительного организма, а так­ же окружающих его растений и микрофлоры. Работами В. П. Иванова (1962), Г. В. Николаева (1963) и др. авторов установлено, что корни растений выделяют в окружающую среду углерод, азот, фосфор, серу, кальций, ро­ 326 стовые вещества, которые поглощаются смежными растениями. Происходит обмен корневыми выделениями между близко рас­ положенными растениями. Бризлем и др. (1929), И. В. Красовской (1935) отмечено, что растения с глубокоуходящей корневой системой не только не страдают от засухи, но и выделяют в верхние сухие гори­ зонты воду, увлажняют почву. Мы задались целью выяснить, не используется ли при поч­ венной засухе вода корневых выделений растений с глубоко­ уходящей корневой системой стоящими рядом растениями с по­ верхностно расположенными корнями. Вероятно, подобная об­ становка может сложиться как в сообществах культурных ра­ стений — в чистых и смешанных посевах, так и в природных фитоценозах. Известно, что в практике сельского хозяйства используются смешанные посевы кукурузы с соей, бобами и др. культурами. При этом корневая система растений кукурузы распространяет­ ся на глубину до полутора-двух метров и использует воду из хорошо увлажненных слоев почвы. Для сои же характерно мел­ кое расположение основной массы корней, залегающих обычно в пахатном горизонте. На плодородных почвах глубина зале­ гания корней сои достигает 30—60 см. Чтобы выяснить, может ли растение сои в сухой почве дли­ тельное время существовать за счет увлажнения почвы корнями кукурузы, нами в 1963 г. был поставлен ряд опытов. Внутри сосуда системы Митчерлиха, набитого почвой, поме­ щался поллитровый стакан с той же почвой, составленной по равному весу из 7 з песка, 7 з почвы и 7 з перегноя. По три 7-дневных растения кукурузы сорта ’Одесская 10’ высаживались так, что одна прядь (половина) корней была внутри стакана, а другая прядь (остальные корни) — в сосуде. Внутрь стакана одновременно высаживалось одно 2-дневное растение сои сорта ’Амурская 264’. Верхняя часть корней куку­ рузы в дальнейшем очищалась от земли и смазывалась вазели­ ном для того, чтобы предотвратить поднятие воды по корням механическим путем. В качестве контроля были взяты такие же сосуды со стака­ нами внутри, но растения кукурузы помещались целиком вне стакана, и их корни не могли проникнуть в стакан через стек­ лянные стенки. Растение сои росло внутри стакана изолиро­ ванно от корней кукурузы. Полив почвы в сосудах производили одинаковым количе­ ством воды, по 250—500 г в день. Ежедневно давали по 35 г воды на стакан в опытном и по 25 г в контрольном варианте. Повторность опыта 13— 18-кратная. 327 Через два месяца после посадки, к 25 мая, растения куку­ рузы имели 9— 13 листьев и высоту 157 см. Их корни распола­ гались так, что в сосуде находилось 4/б, а в стакане Vs всех корней (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Характеристика растений кукурузы по высоте, весу корней и надземной массы Вес трех растений (г) Д ата иссл едо­ Ф аза Высота вания развития (см) 1адземной корней в корней в массы стакане сосуд е всего 24/V 9— 13 листьев 157 445 25 125 595 25/V I Выбрасывание метелки 190 593 55 144 792 Характеризуя растения сои, высаженные в центр стакана, следует отметить, что соя в опытном варианте была явно угне­ тена растением кукурузы. Растение сои в опытном варианте по высоте и весу меньше, чем в контроле, несмотря на более обиль­ ный полив. Это объясняется тем, что в стаканах опытного ва­ рианта не только корни сои, но и корни кукурузы, которые так же использовали поливную воду. Поэтому и влажность почвы в стаканах опытного ваиранта была ниже на 4%, чем в конт­ роле (табл. 2 и 3). Т а б л и ц а 2 Высота, вес и влажность листьев растений сои В ес расте­ Привес Варианты Высота Число ний (г су ­ за 1 месяц Влажность (см) листьев хого вещ е­ (г сухого листьев ства) вещ ества) (%) 24 м а я Опытный 34 1 10 I 1,87 + 0,10 I 77,9 Контроль 37 8 1 2,01 ± 0,08 1 73,2 25 и ю н я Опытный 34 I 10 I 2,16 + 0,10 I 0,29 60,4 Контроль 37 8 1 2,00 ± 0,07 1 10,0 Полив почвы в стаканах опытного и контрольного вариантов прекратили 25 мая. Через неделю наступило резкое изменение в состоянии растений сои в контрольном варианте. Они начали 328 завядать и вскоре погибли. В течение июня месяца растения сои не получали воды. Влажность листьев сои в контрольном варианте к 25/VI снизилась до 10%, листья и стебли скрути­ лись, побурели, стали хрупкими. Влажность почвы в стаканах снизилась до 6,4%, приближаясь к мертвому запасу влаги в почве. Т а б л и ц а 3 В лаж ность почвы в стаканах (в % ) Н аименование вариантов 24/V 25 /VI Опытный 14,5 + 0,8 7 , 4 + 0,1 Контроль 18,5 ± 0,5 6,3 + 0,1 Растения сои в стаканах опытного варианта, где ее корни соприкасались с корнями кукурузы, несмотря на прекращение полива, продолжали жизнедеятельность: рост растений в высоту прекратился, но листья сохранили тургор и зеленую окраску. Даже через месяц после прекращения полива влажность листьев составляла 60,4%. Растения транспирировали воду, так как влажность почвы в стаканах опытного варианта не падала ниже коэффициента завядания и равнялась 7,4%, что на 1,1% выше, чем в контроле (табл. 3). Увлажнение почвы в стаканах опытного варианта происхо­ дило за счет воды корневых выделений кукурузы. Находясь одной прядью в поливаемом сосуде, а другой — в стакане, корни кукурузы увлажняли сухую почву в стакане до влажно­ сти завядания или несколько выше ее. Эту влагу и использо­ вало растение сои на транспирацию. Транспирация растений сои определялась в токе воздуха. Для этого поверхность почвы в стакане заливали расплавлен­ ной смесью вазелина с парафином, и опускали в нее горлови­ ной вниз коническую стеклянную колбу с двумя отростками. Отростки расположены в нижней и верхней частях колбы, на противоположных стенках, для того чтобы протягиваемый че­ рез колбу воздух хорошо обдувал заключенное в ней растение сои. Ток воздуха в колбе создавался насосом, работающим от электромотора мощностью 40 вт. Чтобы поступающий в колбу воздух не имел влаги, его осушали путем пропускания через две U-образные хлоркальциевые трубки, которые сменялись в течение дня 2—3 раза по мере увлажнения в них адсорбента. Транспирируемая соей вода улавливалась в другой паре U -об- разных хлоркальциевых трубок. Количество транспирируемой соей воды учитывалось путем взвешивания второй пары трубок до и после протягивания че­ рез них воздуха (рис. 1). 329 Транспирация сои определялась ежедневно в течение пятнад­ цати часов с 5—6 часов утра до 20—21 часа вечера в продол- Рис. 1. Схема установки для определения транспи­ рации сои в токе в оздуха. жение трех дней. Выяснено, что растение сои транепирирует за день от 3-х до 7 граммов воды (табл. 4). Т а б л и ц а 4 Величина транспирации растений сои за счет поглощения воды из корневых выделений кукурузы (в г с одного растения сои) П овторности 14/VII 15/VII lfyV II I 6,87 5,52 3,57 II 3,81 2,97 3,24 Вероятно, количество воды, поглощаемое и транспирируемое соей, является только частью той влаги, которая выделяется корнями кукурузы в сухую почву стакана. Основная часть кор­ невых выделений адсорбируется самим растением кукурузы. 330 Определив количество воды, поглощаемое соей из корневых выделений кукурузы в течение дня, мы задались целью уста­ новить величину поглощения и транспирации воды соей в про­ должение месяца. Для этого мы брали величину прироста ра ­ стений сои в граммах сухого вещества за этот срок и умножали ее на коэффициент транспирации. Растения, взятые для определения коэффициента транспи­ рации, по приросту сухого вещества, содержанию влаги в тка­ нях листьев и другим признакам были очень близки к опытным растениям сои. Поэтому коэффициент транспирации, вычислен­ ный для этих растений, был принят и для опытных растений (табл. 2 и 5). Т а б л и ц а 5 Характеристика растений сои, взятых для определения коэффициента транспирации В л а ж ­ Вес расте­ Привес Р асход Д ата ис­ Число следо­ Вы со­ листь­ ность ний (в г за месяц воды на Коэффиц. та (см) листьев сухого (в г с у ­ транспи­ транспи­вания ев хого ве­ рацию рации (%) вещества) щ ества) (D 24/V 37 8 73,2 2,014 + 0,08 25/VI 38 8 66,6 2,216 ± 0 .0 5 0,202 83 412 Таким образом, при коэффициенте транспирации, равном 412, опытные растения сои с привесом в 0,296 г (табл. 2) в течение месяца получили 122,9 г воды из корневых выделений растений кукурузы. Корни кукурузы, находясь в стакане с сухой почвой, не только не отмирали, а, наоборот, за месяц вдвое увеличили свой вес — от 25 до 55 г (табл. 1). Кроме того, они обеспечили со­ седнее растение сои водой, за счет чего растение сои выжило и при последующем поливе тронулось в рост. Выводы 1. Растения сои сохраняют жизнедеятельность в сухой поч­ ве в течение 1—2 месяцев за счет поглощения воды из корне­ вых выделений кукурузы. 2. Соя в сухой почве поглощает из корневых выделений ку­ курузы от 3 до 7 г воды за день и до 123 г воды в месяц. 3. Растение сои улавливает лишь часть воды корневых вы­ делений кукурузы. Большая часть корневых выделений воды кукурузы, по-видимому, адсорбируется самой кукурузой. 331 ЛИТЕРАТУРА И в а н о в В. П. И зучение внутривидовых отношений кукурузы и кормовых бобов через их корневую систему в чистых и смеш анны х посевах (с применением метода меченых атом ов). Сборник «П роблемы внутри­ видовых отношений организмов», Томский университет, 1962. К р а с о в с к а я И. В. П редельная влаж ность почвы для развития узловых корней хлебны х злаков. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции, сер. 3, вып. 8, 1935. Н и к о л а е в Г. В. П ередвиж ение ф осф ора, кальция и серы от одних расте­ ний к другим через их корневые системы. Ф изиология растений, том 10, выпуск 4, 1963. M a g i s t a d О. C. and B r e a s e a l e J. F. P lan t and so il rela tion s at and below the w ilt in g percentage. A rizona A gricu ltural Experim ent Station Technical B ulletin , Nr. 25, 1929. З А В И С И М О С Т Ь М И К Р О Б И О Л О Г И Ч Е С К О Й А К Т И В Н О С Т И ПОЧ В К У Л Ь Т У Р Н Ы Х П А С Т Б И Щ ОТ Д Л И Т Е Л Ь Н О С Т И ИХ И С П О Л Ь З О В А Н И Я J1. И. Вийлеберг Тартуский госуниверситет Для создания прочной кормовой базы животноводства, яв­ ляющегося ведущей отраслью сельского хозяйства в Эстон­ ской ССР, важное значение имеет выработка правильного ре­ жима содержания культурных пастбищ. В течение ближайших 20 лет в нашей республике предус­ мотрено улучшить использование около 1 млн гектаров мало­ продуктивных земель, в том числе занятых под естественными покосами и пастбищами. Малопродуктивные естественные луга предусмотрено превратить в высокопродуктивные культурные пастбища (Адояан, 1961). Природные условия нашей республики позволяют в боль­ шинстве случаев получать с культурных пастбищ при относи­ тельно небольшой себестоимости много кормов (от 4 до 10 тыс. кормовых единиц с га). В республике уже накоплен богатый опыт по продолжитель­ ному поддержанию продуктивности пастбищ на высоком уровне. Травостой долголетних пастбищ отличается более разнооб­ разным видовым составом с достаточным содержанием ценных злаковых и бобовых трав, которые повышают содержание бел­ ка в кормах благодаря свойственной им способности фиксиро­ вать атмосферный азот. Разнообразный по видовому составу травостой обычно более долговечен и менее подвержен опасно­ сти вымерзания по сравнению с монокультурой. На формирование дернины пастбищ оказывают влияние вне­ сение удобрений и режим выпаса. 332 Степень выживаемости видов в травостое пастбищ в значи­ тельной мере зависит от влажности почвы, активности микро­ биологических процессов в ней и может изменяться в значи­ тельных пределах (Клинцаре, 1961). Известно, что растения выделяют через корневую систему в почву различные сахара, органические кислоты, аминокисло­ ты, витамины, антибиотики и т. д. (Красильников, 1954). Корни способствуют лучшей аэрации почвы и уравновешивают ее кис­ лотность (Rahno, 1950), в связи с чем в непосредственной бли­ зости от корней (в ризосфере) общая численность бактерий ока­ зывается особенно высокой. Под различными травами микро­ флора оказывается неодинаковой. В случае выращивания смеси трав корневые выделения окажутся также более разнообраз­ ными, благоприятствуя развитию разнокачественной микро­ флоры. Последняя, в свою очередь, создает лучшие условия для обеспечения растений необходимыми питательными элементами. Указанные обстоятельства, по-видимому, и являются наиболее вероятной причиной преимуществ использования смеси трав по сравнению с их чистой культурой. Согласно данным Смалий (1959), Бершовой (1959), Букач (1956) и др., значение бобовых компонентов в травостое заклю­ чается не только в накоплении азота, но также в том, что они путем выделения в почву аминокислот, в частности триптофана, способствуют синтезу микроорганизмами ростовых веществ. Клинцаре (1961) отмечает, что в почвах естественных паст­ бищ микроорганизмы в основном сосредоточены в поверхност­ ном слое (0— 10 см), тогда как в почвах культурных пастбищ они расположены на всей глубине пахотного горизонта. При этом в нижних слоях пахотного горизонта общая численность бактерий, актиномицетов и разлагающих целлюлозу микроор­ ганизмов оказывается даже выше, чем в поверхностном слое. По данным Гурфель (1962), в почвах культурных пастбищ максимальное содержание бактерий приходится на поверхно­ стный слой (0—5 см), а на глубине оно снижается. Виноградова (1956) приходит к заключению, что актив­ ность микробиологических процессов в почвах культурных паст­ бищ и продуктивность последних зависит не столько от продол­ жительности их использования, сколько от применения пра­ вильной системы удобрений. Гурфель (1962), исходя из происходящих в почвах микро­ биологических процессов и возможностей их регулирования, указывает, что необходимо отдавать предпочтение культурным сенокосам 4—5-летнего возраста и многолетним культурным пастбищам 20—30-летнего пользования, так как с удлинением сроков пользования пастбищами не наблюдается снижения ин­ тенсивности микробиологической деятельности и урожайности трав. В нашей республике за последние 40 лет проведена большая работа в Научно-исследовательском институте земледелия и мелиорации по выработке наиболее рациональных способов з а ­ кладки и содержания культурных пастбищ, повышения устой­ чивости травостоя, улучшения состава смесей трав, по совер­ шенствованию приемов обработки и удобрения и изучению дру­ гих связанных с ними вопросов. Недостаточно изученным при этом остается микробиологический фактор, на что указывают также Тоомре (1961) и Гурфель (1961). В связи с этим под нашим руководством на кафедре физио­ логии и биохимии растений Тартуского государственного уни­ верситета начиная с 1961 года проводилось изучение зависимо­ сти численности микроорганизмов в почвах культурных паст­ бищ от длительности их использования. Изучению подвергались пастбища Иыгеваской селекцион­ ной станции с дерниной из ежи сборной 3-, 10-, 35-летнего воз­ раста и с дерниной из мятлика-белого клевера 7-, 15-, 29- и 42-летнего возраста. Пробы почв для микробиологического ана­ лиза брались на глубине от 2 до 20 см пахотного горизонта. В почвенных пробах .определялась численность аммонификато- ров, аэробных целлюлозоразлагающих бактерий, азотофиксато- ров (Azo to bac ter , Cl. pas teur ianum ) , актиномицетов и грибов. Анализы проводились в большинстве случаев ежемесячно в те­ чение всего года. Из результатов анализов выясняется, что зимние низкие тем­ пературы заметно не снижают деятельности различных физио­ логических групп микробов в почвах долголетних культурных пастбищ при травостое из ежи сборной, мятлика и белого кле­ вера. Общая численность микробов в почве указанных пастбищ достигает максимума осенью и зимой, тогда как минимальное их количество приходится на период с мая по август (табл. 1). Содержание аэробных целлюлозоразлагающих бактерий и С/, pasteurianum оказывается высоким весной и осенью, почвен­ ных грибов — осенью и зимой, а актиномицетов — летом и осенью (табл. 1 и 2). В дернине различного возраста культурных пастбищ не на­ блюдается больших различий в содержании аммонифицирую­ щих бактерий; можно говорить лишь о слабо выраженной тен­ денции превалирования их численности у пастбищ меньшего срока пользования. Нами не обнаружено также различий в содержании аэроб­ ных целлюлозоразлагающих бактерий в почвах культурных пастбищ в зависимости от продолжительности их использова­ ния. В почве менее долголетних пастбищ относительно обильнее представители из рода Cytophaga, а в почвах более долголет­ них пастбищ — представители из рода Cel lvibr io и Cellfalcicula. 334 Численность аммонифицирующ их и аэробны х целлю лозоразлагаю щ их Т а б л и ц а 1 бактерий в почвах культурных пастбищ различного возраста (1 9 6 2 — 1964 гг.) х 1 1962 г. 1963 г. 1964 Г. ^н XЭ 2^1 1 2£- 'но Рu II 1 j1 S й » I И III V VI VII X XI XII III IV V VI VII VIII IX XI II III VI j VII VIII СО 1 I Количество аммонифицирующ их бактерий (в млн. на 1 г абс. сух. вещества почвы' Травостой из ежи сборной 4 46 36 56 10 60 70 59 42 55 30 24 15 16 30 22 11 29 24 25 20 10 38 30 60 14 33 50 49 31 44 38 31 13 20 35 29 20 90 23 27 19 36 24 23 45 15 26 36 33 20 55 40 29 6 8 15 11 12 45 18 19 34 Травостой из лисо- хвоста и белого клевера 7 20 20 28 8 23 60 57 50 55 35 27 15 19 30 16 12 80 24 25 20 15 51 43 85 20 40 45 43 47 58 42 34 14 15 10 11 24 43 24 26 13 29 49 30 60 44 26 40 36 10 21 19 12 11 12 10 10 9 44 17 18 15 42 48 13 24 14 60 80 65 40 50 45 28 16 19 20 7 16 34 13 11 10 Количество аэробных целлю лозоразлагаю щ их бактерий ’и млн. на 1 г абс. сух. вещества почвы) Травостой из ежи сборной 4 25 25 60 25 55 60 20 25 60 25 60 60 6 6 6 1 1 10 10 10 6 6 60 25 25 25 6 25 25 25 20 60 60 25 25 1 1 95 40 36 6 25 50 25 13 13 6 25 60 6 6 6 6 6 6 0,1 0,3 115 15 Травостой из лисо­ хвоста и белого клевера 7 1 6 I 25 25 60 60 25 25 60 25 6 25 25 6 6 1 1 10 10 15 3 6 25 6 25 25 3 3 6 3 6 25 25 6 13 0,3 0,6 25 45 29 3 13 i 25 I 5 6 25 25 25 25 13 6 3 6 3 6 0,6 0,6 75 4 42 25 25 1 60 1 25 20 20 6 6 25 6 6 6 6 3 6 0,1 0,1 10 95 Со со Таблица 20> Численность грибов и актиномицетов в почвах культурных пастбищ различного возраста (1962— 1964 гг.) н 3 « ^2 \Яо о■=* 22 <ия оа XI XII I III IV VI VII VIII IX X VI VII VIII IXCQ с Количество грибов (в тыс. на 1 абс. сух. вещества почвы) Травостой из ежи сборной 3 60 20 130 30 60 5 70 120 140 110 10 20 80 70 30 30 7 10 60 70 60 89 83 50 90 35 30 100 80 50 50 9 30 40 70 40 70 74 75 97 Травостой из лисо- хвоста и белого клевера 7 40 120 80 70 100 6 50 120 120 110 60 72 38 86 15 20 120 100 20 40 2 50 140 150 100 53 59 59 107 29 7 120 90 40 60 20 50 80 80 80 92 102 56 149 42 30 140 120 20 70 3 20 100 80 40 50 49 76 71 Количество актиномицетов (в млн. на 1 г абс. сух. вещества почвы) Травостой из ежи сборной 3 0,3 0,2 0,2 0,2 1,1 0,5 0,5 1,8 2,3 1,9 10 0,4 0,3 0,2 0,5 1,2 0,7 0,6 2,2 2,5 1,6 1,0 1,0 2,3 4,2 35 0,2 0,1 0,2 0,1 1,0 1,4 1,4 0,6 1,3 1,0 4,7 3,1 6,8 5,6 Травостой из лисо- хвоста и белого клевера 7 0,3 0,2 0,1 0,4 1,4 1,8 1,6 1,2 2,0 1,7 2,1 1,5 1,3 2,0 15 0 ,2 0,2 0,2 0,2 1,0 2,0 2,1 1,6 2,1 1,4 1,6 1,0 3,1 1,8 29 0,1 0,2 0,2 0,2 1,0 1,8 1,5 0,4 1,8 1,2 2,0 1,2 3,2 2,4 42 0,3 0,1 0,2 0,2 1,1 0,9 0,6 1,0 2,1 0,9 2,9 2,5 4,6 4,3 По содержанию почвенных грибов почвы культурных паст­ бищ 3-летнего пользования при травостое из ежи сборной пре­ восходили почвы многолетних пастбищ. В случае травостоя из мятлика и белого клевера указанных различий в численности почвенных грибов не наблюдалось. В отношении численности актиномицетов имеет место тен­ денция повышения данного показателя с увеличением долголе­ тия пастбищ; содержание же Cl. pas teurianum оказывается выше в более молодых пастбищах. Наличие Azotobac ter sp. об­ наружено только в почвах пастбищ 7-летнего пользования при травостое из белого клевера. Приведенные в настоящей статье данные касаются лишь чис­ ленности различных физиологических групп бактерий в почвах культурных пастбищ без учета интенсивности их деятельности. Задачей дальнейшей работы является определение активности бактерий с использованием соответствующих методов (Петро­ ва, 1963 и др.). В заключение можно утверждать, что биогенная активность почв культурных пастбищ при травостое из ежи сборной, мят­ лика и белого клевера при правильном режиме ухода мало з а ­ висит от продолжительности использования. Д а ж е при очень длительных сроках использования пастбищ сохраняются усло­ вия для сравнительно интенсивного протекания почвенных мик­ робиологических процессов, способствующих обеспечению кор­ мовых трав питательными веществами. Л И Т Е РА Т У РА Б е р ш о в а О. И. Действие микроэлементов на ферментативную активность и образование биологически активных веществ типа гетероауксина ри- зосферными микроорганизмами. Тезисы докладов совещ ания по ис­ следованию роли микроорганизмов и продуктов их ж изнедеятельности в питании растений. Л .— М., 1959. В и н о г р а д о в а Т. А. М икробиологические процессы в почвах культурных пастбищ и активация их при внесении органических удобрений. Изв. АН ЭССР, т. V , № 2, 152— 164, 1956. Г у р ф е л ь Д . Б. М икробиологические процессы в почвах культурных паст­ бищ и их зависимость от способов использования. Сб. «Вопросы доп- голетия культурных пастбищ ». Таллин, 79— 85, 1961. К л и н ц а р е А. Я. Состав аэробной микрофлоры в почвах естественных л у ­ гов. Вопросы сельскохозяйственной микробиологии V. Рига, 6 5 —73, К р а с 1и9л61ь- н и к о в Н. А. О роли микробов в ж изни растений. . М., 9n, 1n95r4. Многолетние травы в лугопастбищ ны х севооборотах. Сборник ВИ К-а, М., 1951. П е т р о в а А. Н. М етодика определения биологической активности почвы. Почвенная и сельскохозяйственная микробиология. Ташкент, 106 110, 1963. С м а л и й В Т О бразование биологически активных веществ бактериями ризосфоры пшеницы. Тезисы докладов совещ ания по исследованию роли микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности в питании растений. Л .— М., 1959. 22 З а к а з № 4752 337 Т о о м р е Р. И. Результаты исследований по культурным пастбищ ам и пред­ стоящ ие задачи исследовательской работы в этой области в Эстонской ССР. Сб. «Вопросы долголетних культурных пастбищ ». Таллин, 25— 38, 1961. A d o j a a n А. R ohum aaviljelus E estis. T allinn, 1961. B u k a t s c h F., B ü r g e r K.. S c h ü l t e r M. U n tersu ch ungen über E iw eiss und E iw eisssto ffw ech sel bei Azotobacter mit besonderer B erücksich tigung der Indolkörper. Zentralbl. für Bakt. 11 Abt., B. 109, H. 9/12, 226— 236, 1956. G u r f e i D. M ulla m ikroorgan ism ide teg ev u sest p ik aaja liste kultuurrohum aade sa ag ik u se kujundam isel. «S o ts ia listlik P õllum ajandus», nr. 21, 976— 977, 1962. R a h n o P. M ikroobid m ullas ja nende teg ev u se teadlik suunam ine. Tallinn, 13— 14, 1950. О Р А С П Р О С Т Р А Н Е Н И И Н Е К О Т О Р Ы Х С В О Б О Д Н О Ж И В У Щ И Х А З О Т О Ф И К С И Р У Ю Щ И Х Б А К Т Е Р И Й В П Р О Ф И Л Е ПОЧВ Р А З Л И Ч Н О Й СТ ЕПЕ НИ О К У Л Ь Т У Р Е Н Н О С Т И О. Рыыс И нститут экспериментальной биологии АН ЭССР Развитие и рост культурных растений очень часто затормо­ жен вследствие дефицита азота в почве. Одной из наиболее эф­ фективных возможностей покрытия имеющегося дефицита азота в почве является использование биологического азота, т. е. азо­ та, накопляемого в почве бактериями, связывающими молеку­ лярный азот атмосферы. Важность проблемы биологической фиксации азота подчер­ кивается в постановлении Ц К КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по дальнейшему развитию биологической науки и укреплению ее связи с практикой» от 9 января 1963 года. В на­ стоящее время проблема биологической фиксации азота являет­ ся важнейшей проблемой в почвенной микробиологии. Среди азотофиксирующих микробов прежде всего должны быть отмечены симбиотические организмы. Наиболее известны клубеньковые бактерии бобовых растений. Помимо симбиотических азотособирателей, в почве имеются и свободноживущие микроорганизмы, причем в настоящее вре­ мя установлено около 20 их видов (Возняковская, 1963). Как известно, из них наибольшее практическое значение имеют аэ­ робный азотофиксатор Azotobac ter chroococcum и анаэробный Clostr idium pas teurianum. Кроме того, сотрудникам нашего ин­ ститута П. X. Рахно и В. И. Тохверу (Рахно и Тохвер, 1957; Тохвер, 1956) удалось зимой 1955 года выделить из промерзшей полевой почвы колхоза им. И. В. Мичурина Харьюского района ЭССР новый термофильный возбудитель фиксации атмосфер­ ного азота Thermobaci llus azotofigens, который по способности 338 усваивать молекулярный атмосферный азот близок к Clostri ­ d ium pasteurianum. Целью ^наших исследований было проследить распростране­ ние азотобактера, Clostr idium pasteurianum и Thermobacil lus azotofigens, а также аэробных целлюлозоразлагающих микро­ организмов, имеющих с азотобактером симбиотические взаимо­ отношения (Штуцер, 1945; Возняковская, 1954), в профиле почв Эстонской ССР в зависимости от их различной окультуренности и по возможности установить причины, тормозящие или стиму­ лирующие их развитие. Экспериментальная часть этой работы проведена в летние периоды 1961, 1962 и 1963 гг. Почвенные образцы (всего 607) брались со всех видов почв нашей республики, кроме эродиро­ ванных, с различных генетических горизонтов почвенного про­ филя. Методика Образцы для анализов брались одновременно из неокультуренной и окультуренной почвы, расположенной на одной и той ж е территории. Р ас­ стояние м еж ду шурфами при этом обычно было от 2 до 10 м. С оответствую ­ щие места отбора образцов были выбраны с таким расчетом, чтобы в обе пробы попала почва одного и того ж е вида. Микробиологические анализы почвенных образцов проводились в л або­ ратории микробиологии Института экспериментальной биологии АН Э стон­ ской ССР. Анализы велись в основном на средах и по методике, утвер ж ­ денной конференцией почвенных микробиологов в 1953 году. Выделение азотобактера из почвы производилось одновременно двумя способами: 1) методом высева почвенной суспензии на агаровую среду Эшби и 2) методом почвенных комочков. При помощи метода высева почвенной суспензии мож но было оп р еде­ лить численность азотобактера в исследуемой почве, но малая чувствитель­ ность этого метода не позволила обнаруж ить данного микроорганизма при его низком титре. М етод комочков, наоборот, отличался значительно более высокой чув­ ствительностью (особенно при продолж ительности времени инкубации до трех недель и бол ее), но при помощи этого м етода получались лишь ориен­ тировочные данные относительно численности азотобактера в исследуемой почве. Количество колоний Thermobacillus azotofigens учитывалось на агаровой среде Тохвера (1956) после 1— 2-с.уточного вы держивания в терм остате при температуре 60° С. В большинстве случаев присутствие этой бациллы про­ верялось микроскопически. Кроме того, был проведен и агрохимический ана­ лиз почвы. О распространении азотобактера в почвах Эстонской ССР В итоге исследований выяснилось, что распространение азо­ тобактера в почвах Эстонской ССР зависит главным образом от состояния окультуренности и реакции соответствующих почв. Влияние других факторов, как влажность почвы, содержание подвижных Р 2О 5, КгО, гумуса, механический состав почвы, ха- 22* 339 рактер высшей растительности и др., не имеет такого универ­ сального значения. Границей реакции, ниже которой развитие азотобактера в почве значительно заторможено или совершенно подавлено, для наших минеральных почв можно считать p H Kci 6,0, а в случае торфяных почв — рН КС1 5,3—5,5. Правда, часто удается выделить азотобактер и из почв с бо­ лее кислой реакцией, но только не методом высева почвенной суспензии на агаровые пластинки, а более чувствительным ме­ тодом почвенных комочков на питательном агаре. Исходя из литературных данных, есть основание предпола­ гать, что подобные штаммы азотобактера являются полностью или же большей частью неактивными, т. е. не фиксирующими молекулярный азот атмосферы. Предположение, что при реакции среды ниже pH 6 рост азотобактера происходит только за счет связанного азота, под­ тверждают, по нашему мнению, кроме литературных данных (Мишустин, 1939; Федоров, 1963 и др.), также и следующие об­ стоятельства: 1) отсутствие роста азотобактера при высеве почвенной сус­ пензии на агаровые пластинки; 2) очень медленный рост азотобактера вокруг комочков поч­ вы на питательном агаре, а также медленная и очень слабая пигментация его отдельных колоний; 3) наличие экспериментальных данных, свидетельствующих о взаимосвязи между способностью различных штаммов азото­ бактера к образованию пигмента и их активностью (Креслинь, 1961). Но и при реакции почвы pH KCi 6.0 можно считать условия обитания для азотобактера только удовлетворительными, так как при подобной реакции высевом почвенной суспензии на ага­ ровые пластинки выявляется лишь сравнительно низкое количе­ ство колоний азотобактера (10—40 клеток азотобактера на 1 г абс. сухой почвы). По нашим наблюдениям, нижней границей оптимальной реакции почвы для азотобактера в условиях Эстонской ССР следует считать pH KCi 6,5. Только в окультуренных торфяных почвах можно заметить достаточно хорошее развитие азотобак­ тера и при почвенной реакции pH KCi 5,7—5,8 (700—800 клеток азотобактера на 1 г абс. сухой почвы). Из почв нашей республики для обитания азотобактера са­ мыми благоприятными оказались окультуренные дерново-кар­ бонатные типичные и перегнойно-карбонатные почвы (pHKci 6,3—7,3), в которых среднее содержание азотобактера в гуму­ совом горизонте на глубине 5 см было 2000 клеток на 1 г абс. сухой почвы. Максимальное содержание азотобактера в почвах Эстонской ССР составляет 17 000 клеток на 1 г абс. сухой поч- 340 вы и было обнаружено в полевой маломощной дерново-карбо­ натной типичной почве колхоза им. Л. Койдулы Кингисеппского района. Азотобактер встречается в почвах Эстонской ССР постоянно и в значительных количествах (кроме указанных почв) только в окультуренных дерново-карбонатных выщелоченных почвах, а также в соответствующих окультуренных заболоченных поч­ вах, но уже в дерново-карбонатных оподзоленных почвах про­ являются первые признаки затормаживания его жизнедеятель­ ности из-за повышения кислотности почвы. В дерново-слабоподзолистых почвах азотобактер можно об­ наружить методом высева почвенной суспензии лишь в средне- и сильноокультуренных полевых и огородных почвах со слабо­ кислой и нейтральной реакцией (pHKCi > 6 , 0 ) . Титр азотобак­ тера в таких почвах составлял обычно 30—300 клеток на 1 г абс. с у х о й почвы. При особо благоприятных для азотобактера почвенных усло­ виях (рНКС1 6,5—7,0; хорошее удобрение почвы, в том числе и внесение органических удобрений) можно было обнаружить и значительно большие количества азотобактера в сильноокуль­ туренных дерново-слабоподзолистых почвах (800— 1700 клеток на 1 г абс. сухой почвы). Правда, подобные случаи встречались редко и на небольших по размерам участках. Из 54 почвенных образцов, взятых из гумусового горизонта (с глубины 5 см) дерново-среднеподзолистых почв, азотобактер методом высева почвенной суспензии на агаровые пластинки не обнаруживался совсем. Методом почвенных комочков удалось его выделить лишь в 13 образцах (24,1%). В дерново-сильноподзолистых почвах при любом методе учета азотобактер не обнаруживался. Такие же результаты были получены также при анализе образцов, взятых из дерново- подзолисто-глееватых, дерново-подзолисто-глеевых, торфянисго- подзолисто-глеевых, типично-подзолистых почв и других, т. е. из почв с сильнокислой реакцией. Как уже было отмечено выше, вторым существенным усло­ вием распространения азотобактера в почвах следует считать состояние окультуренности соответствующих почв. Особенно ярко и убедительно проявляется это в дерново­ карбонатных типичных почвах. В этих почвах, хотя условия ка­ жутся вполне пригодными для развития азотобактера (нейт­ ральная, до слабощелочной, реакция; достаточно высокое содер­ жание минеральных питательных веществ и гумуса), пока они находятся в неокультуренном состоянии, азотобактер или вовсе не обнаруживается или же выявляется случайно в ничтожных количествах. В то же время на окультуренных участках тех же почв всего на расстоянии 2— 10 м, азотобактер исчисляется тысячами на 1 г почвы (табл. 1). 341 Т а б л и ц а 1 Распространение свободнож ивущ их азотофиксирую щ их бактерий в почвах различной степени окультуренности * Обраста­ С одерж ание Количество микроорга­ ние ко­ (в мг на низмов (в тыс. на 1 г мочков 100 г в о з­ абс. сухой почвы) почвы душ но су- (в %) V Г\ 1,1 ГГ Г\ 11 D 1_Т \ М есто взятия Время образцов почвы Почва Угодье Культура взятия РН КС1образца р2о 5 КяО Кингисеппский Дерново-глееватая Л ес Август 7,0 7,5 26 10 7 ** ** 48 Р-Н карбонатная ср ед ­ (ольш а­ совхоз Карья немощная суглини­ ник) стая Залеж ь 7,0 2,5 22 0,3 10 0,11 0,36 100 (6 лет) Зал еж ь „ 7.1 2,0 22 30 80 0,73 0,81 100 (2 года) П оле Озимая 7,2 7,5 40 100 100 0,97 8,5 100 пшеница * Глубина взятия образцов была 5 см. ** Применяемым методом присутствие не установлено. Аэробные целлю ­ лозоразлагаю щ ие Clostridium pasteurianum Thermobacillus azotofigens Азотобактер Азотобактер 342 Есть основание полагать, что именно низкий уровень аэри- руемости неокультуренных дерново-карбонатных типичных почв является одним из главных факторов, тормозящих развитие азо­ тобактера в этих почвах, так как повышением уровня аэрируе- мости соответствующих почв увеличивается как численность спонтанного азотобактера в этих почвах, так и его активность (Рахно и Рыыс, 1963; Рыыс, 1963, 1963а). О распространении Clostridium pasteurianum в почвах Эстонской ССР Распространение анаэробного фиксатора азота Clostridium pasteurianum в почвах Эстонской ССР носит совсем иной харак­ тер, чем в случае азотобактера. Прежде всего следует отметить, что Clostr idium pasteurianum отличается исключительной толерантностью в отношении поч­ венной реакции — его присутствие можно было обнаружить как в слабощелочных дерново-карбонатных типичных почвах, так и в типично-подзолистых почвах с очень кислой реакцией (pHKci 2,9). Хотя согласно данным Ваксмана (Waksman, 1927) и Френ­ келя (1956) оптимальной реакцией среды для роста Clostr idium является pH 6,9—7,3, исследования Виллиса (Willis, 1934) по­ казывают, что смешанные культуры азотофиксирующих Clostr i ­ dium развиваются и фиксируют азот в более широких пределах pH (от pH 4,0 до 9,5). На степень окультуренности почвы Clostr idium pasteurianum либо совсем не реагировал, либо реагировал малозаметно. Но все же у большинства образцов видов почв в окультуренном состоянии можно было заметить большее количество этого мик­ роорганизма, чем у образцов тех же видов почв в неокульту- ренном состоянии. Отчетливее всего подобная тенденция обна­ руживалась в дерново-подзолистых почвах. Максимальное содержание Clostr idium pasteurianum обна­ ружилось в дерново-глееватой выщелоченной тяжело-суглини­ стой огородной почве села Колу Пайдеского района (106 клеток на 1 г абс. сухой почвы). Самые минимальные количества этого микроорганизма зафиксированы в типично-подзолистых почвах (6—200 клеток на 1 г абс. сухой почвы). О распространении Thermobaci llus azotof igens и аэробных це лл ю лозо р аз лагаю щ их микроорганизмов в почвах Эстонской ССР Распространение Thermobaci llus azotof igens и аэробных цел­ люлозоразлагающих микроорганизмов в почвах Эстонской ССР в общем коррелировалось с характером распространения азото- 34~3 Распространение свободнож ивущ нх азотоф иксирую щ их бактерий по М есто взятия образцов почвы Почва О>>н свн 03>0 5-г ю>, саж Q-VпO СО о Пярнуский р-н лесниче­ Т ипично-среднеподзолистая Л ес Август ство Л одья песчаная Пыльваский р-н Вериора Торф янисто-подзолисто- Июль глеевая супесчаная Д ерново-подзолисто-глеевая Поле супесчаная (рож ь) Вильяндиский р - Н совх. Д ерново-среднеподзолистая Поле Август Халлисте суглинистая (картофель) Вильяндиский р-н Л ооди Д ерново-слабоподзолистая Лес суглинистая О город (картофель) П айдеский р-н колх. Дерново-карбонатная глееватая Естественное Ленинлик Тээ выщелоченная суглинистая пастбищ е Поле (клевер) - f Применяемым методом присутствие не установлено. Т а б л и ц а 2 генетическим горизонтам почв Эстонской ССР Количество Обраста­Содерж ание (на 100 г воздуш ­ микроорганизмов ние (в тыс. на 1 г комочковно сухой почвы) абс. сухой почвы) почвы(в %) иы ю X О ОCSCL а ьс Ао 3 21,5 37 + 0,2 + + Aj 15 3,9 33 3,62 3,0 2 + - f + в 60 5,3 70 0,63 3,5 2 + 0,01 + -fr А0А] 5 3,5 12 58,3 11,0 И + 0,9 + + -f* А, 5 4,9 62 2,37 3,0 6 0,06 20 + + + А, 5 5,5 81 0,63 4,0 17 0,07 20 1,7 + 68 А, 5 6,3 91 0,36 4,0 6 0,2 10 + + 24 А, 25 6,1 4,5 4 0,2 70 + + 30 1 AjB 40 5,7 0,5 9 + 10 + + - f ВС 75 5,8 1,5 И 0,006 70 + + + А, 5 6,8 40— 45 19 800 7 0,25 100 А, 25 6j 8 96 40— 45 > 4 0 800 100 14 0,27 ICO А2В 40 6,4 12,0 6 0,06 100 1.3 + 4 ВС 75 7,2 1.5 2 2 100 0,89 + 8 А, 5 6,2 0,5 1 0,3 80 0,082 - f 48 А| 25 6,0 0,5 2 + 100 0,16 + 12 В8 50 6,9 1 0,8 10 + + + А, 5 7,0 2,0 2 8 3 3,9 2,9 100 А, 25 6,9 0,5 1 3 80 1,7 0,007 28 В8 50 7,3 0,5 1 0,02 10 + 0,004 16 Генетический горизонт Глубина взятия образца (в см) Степень насы ­ щенности (v ) ,% П одвижны й алюминий Аэробные целлю ­ лозоразлагаю щ ие Clostridium pasteurianum Thermobacillus azotofigens азотобактер азотобактер бактера в этих почвах. Но, по сравнению с азотобактером, они оказались менее чувствительными к кислой почвенной реакции. Если, например, в типично-подзолистых почвах и торфянисто- подзолисто-глеевых почвах из изученных микроорганизмов был обнаружен лишь Clostr idium pasteurianum, то уже в дерново- подзолисто-глееватых почвах, а также в дерново-подзолисто- глеевых почвах находились и аэробные целлюлозоразлагающие бактерии, правда, в гораздо меньших количествах (9—200 кле­ ток на 1 г абс. сухой почвы). Что касается Thermobaci llus azotofigens, то в вышеназван­ ных почвах он не обнаружен. Его присутствие можно было за ­ фиксировать только начиная с дерново-среднеподзолистых почв. В отношении состояния окультуренности почвы Thermobacil­ lus azotof igens и аэробные целлюлозоразлагающие микроорга­ низмы, по сравнению с азотобактером, также отличались мень­ шей чувствительностью. Так, например, было обнаружено их присутствие в некоторых неокультуренных почвах (хотя в ми­ нимальных количествах), в которых азотобактер не был вы­ явлен. О распространении азотобактера, Clostr idium pasteurianum, Thermobaci llus azotof igens и аэробных целлюлозоразлагающих микроорганизмов по генетическим горизонтам почв Эстонской ССР Д ля выяснения характера распространения азотобактера, Clostr idium pas teur ianum, Thermobaci llus azotofigens и аэроб­ ных целлюлозоразлагающих микроорганизмов в профиле почв Эстонской ССР были проанализированы почвенные образцы из 67 профилей, взятые по генетическим горизонтам с различной глубины. На основе данных анализов можно сказать следующее: 1) изучаемые микроорганизмы были представлены в наи­ больших количествах в гумусовом горизонте почв. Слои почвы, расположенные глубже (иллювиальный горизонт, материнская порода, а прежде всего — подзолистый горизонт), содержали их значительно меньше, или же их присутствие там вообще не было обнаружено. При этом характер населенности этих слоев почвы исследуемыми микроорганизмами находился в зависимо­ сти, прежде всего, от состояния окультуренности почвы, а именно: а) в профилях окультуренных почв уменьшение численности изучаемых микроорганизмов происходило постепенно. Они об­ наруживались обычно в относительно больших количествах и в более глубоких слоях почвы; 346 б) в неокультуренных почвах, наоборот, содержание иссле­ дуемых микробов было относительно низкое уже в гумусовом горизонте, а в глубоких слоях почвы — особенно низкое. При этом азотобактер, Thermobaci llus azotofigens , а также аэробные целлюлозоразлагающие микроорганизмы нередко в профиле этих почв вовсе не были выявлены; 2) максимальное содержание азотобактера и аэробных цел­ люлозоразлагающих микроорганизмов обычно обнаруживалось в гумусовом горизонте на глубине 5 см. У Clostr idium pasteuria­ num, а отчасти и у Thertnobacillus azotof igens, наоборот, оно было зафиксировано, в большинстве случаев, в нижней части гумусового горизонта (на глубине 25 см); 3) Clostridium pasteurianum был обнаружен практически во всех образцах почвы, взятых из различных генетических гори­ зонтов исследуемых почв с глубины до 100 см. Найти его не удалось лишь в подзолистом горизонте типично-подзолистых почв (табл. 2). В заключение можно сказать, что численность некоторых свободноживущих азотофиксирующих бактерий в почвах раз­ личных генетических типов и видов с различной степенью окуль- туренности существенно различается. Особенно отзывчивы на изменения почвенных условий аэробный азотофиксатор Azoto- bacter chroococcum, в несколько меньшей степени — термофиль­ ный возбудитель фиксации атмосферного азота Thermobacillus azotofigens и наименее чувствителен анаэробный азотособира- тель Clostridium pasteurianum. Л И Т Е РА Т У РА В о з н я к о в с к а я Ю. М. О подборе микроорганизмов для использования в составе бактериальных удобрений. М икробиология, т. 32, вып. 1, 1963. В о з н я к о в с к а я Ю. М. Взаимоотнош ения м еж ду целлю лозоразлагаю ­ щими бактериями и азотобактером. Агробиология, № 4, 1954. К р е с л и н ь Д . Я. И зменение реакции (pH ) питательной среды в зависи­ мости от интенсивности роста местных штаммов азотобактера. Тр. Ин-та микробиол. АН Л атв. ССР, вып. 14, 1961. М и ш у с т и н E. H. , С е м е н о в и ч М. И. Почвенная кислотность как фак­ тор, определяющ ий появление в почве неактивного азотобактера. М икробиология, т. 8 , вып. 1, 1939. Р а х н о П. X. и Р ы ы с О. О. О применении препаратов азотобактера. М икробиология, т. 32, вып. 3, 1963. Р а х н о П. X. , Т о х в е р В. И. О возмож ности усвоения молекулярного азота при температуре 50° отдельными почвенными бактериями. Д о к ­ лады АН СССР, т. 112, № 1, 1957. Р ы ы с О. О. А зотобактер в окультуренных и неокультуренных типичных дерново-карбонатны х и перегнойно-карбонатных почвах Эстонской ССР. Тезисы докладов Всесою зн. конф. по с.-х. микробиол. 26— 30 м ар­ та 1963 г., Л енинград, 1963. Р ы ы с О. Распространение азотобактера в дерново-карбонатны х типичных и перегнойно-карбонатны х почвах Эстонской ССР. Изв. АН ЭССР, > сер. биол., № 3, 1963а. 347 T о x в е р В. И. Предварительны е данные о термофильном возбуди теле фик­ сации атмосферного азота (Thermobacillus azotofigens R ahno et Tohver sp. п .). Изв. АН ЭССР, сер. биол., № 3, 1956. Ф е д о р о в М. В. М икробиология. И зд. с.-х. лит., М., 1963. Ф р е н к е л ь Г. М. Биология анаэробов и анаэробиоз. Киев, 1956. Ш т у ц е р Ю. М. О симбиотических отнош ениях м еж ду целлю лозоразлагаю ­ щими бактериями и азотобактером. М икробиология, т. 14, 1945. W a k s m a n S. A. P rincip les of Soil M icrob iology. B altim ore, 1927. W i l l i s W. H. The m etabolism of som e n itrogen fix in g Clostridia. A gricu ltu­ ral Exp. S ta tion Iow a S tate C o llege of A gricu lture and M echanic Arts. Res. B ull., No. 173. Am es, Iow a, 1934. О Р А З В И Т И И П О Ч В Е Н Н Ы Х М И К Р О О Р Г А Н И З М О В В У С Л О В И Я Х Н И З К И Х Т Е М П Е Р А Т У Р J1. Каарли Эстонский научно-исследовательский институт зем леделия и мелиорации Наши сведения о развитии микроорганизмов в условиях низ­ ких температур весьма ограничены. Основные работы в этой об­ ласти посвящены исследованию микробиологических процессов почв крайнего севера (Крисс, 1940, 1947; Рыбалкина, 1952, 1957; Никитина, 1955; Артаманова, 1963), а также изучению сезонно­ сти развития почвенной микрофлоры (Рахно, 1961; Seifert, 1960, 1961; Самцевич, 1955). Не менее интересны работы, проведенные в связи с изуче­ нием сохраняемости пищевых продуктов (Алеев и Чистяков, 1945; Чистяков, Мудрецова-Висс, 1962; Носкова, Пек, 1960). В связи с разработкой более эффективных способов приме­ нения органических удобрений и в особенности их внесения в зимний период на поверхность почвы и снега, которую проводит Эстонский н.-и. институт земледелия и мелиорации, изучение микробиологических процессов при разложении навоза и расти­ тельных остатков при низких температурах представляло тео­ ретический и практический интерес. В настоящей статье приводятся данные некоторых лабора­ торных опытов по влиянию различных температур на развитие почвенной микрофлоры, а также на динамику выделения СОг, которая является весьма характерным показателем суммарной биологической активности почвы. Исследовались следующие варианты: 1) почва, 2) почва Н - 5% навоза, 3) почва + 2 % донниковой муки, 4) почва + 2% глюкозы. Опытные сосуды выдерживались при комнатной темпера­ туре ( + 1 7 ° С), -j-7°, +3° , 4-2°, 0°, —3° и —8 ° С. Микробиологи­ ческие анализы проводились в начале опыта и на 50-ый день; определение С 0 2 проводилось в течение двух месяцев. 348 О&t*L Рис. 1. Динамика выделения С 0 2 из почвы при Рис. 2. Динамика выделения СОг из почвы с навозом различных температурах по декадам. при различных температурах по декадам. 40 ZO 30 4 0 SO Z 9 6 f / о dBftU. O'CLC Рис. 3. Динамика выделения С 0 2 из почвы с донниковой мукой, а — по декадам, б — в течение декады. (I-предел выделения С 0 2 точно не установлен). Как видно из представленных данных (табл. 1), снижение температуры заметно уменьшает интенсивность выделения СОг из почвы во всех вариантах. При рассмотрении кривых выделе- Т а б л и ц а 1 Выделение С 0 2 при различных температурах из почвы, обогащенной органическим веществом (в мг/на 100 г почвы в течение 50 дней) Опытные серии Ваиранты I II III IV VI VII + 17° + 7 ° + 3 ° + 2° — 3° — 8° 1. Почва 141,9 56,7 49,9 66,2 76,8 121,9 24,0 2. Почва -f- 5% навоза 423,9 273,9 254,5 120,9 108,0 58,5 34,3 3. Почва + 2% донниковой муки 770,0 733,6 679,8 798,1 477,6 305,0 56,5 4. Почва + 2% глюкозы 811,3 617,7 437,7 298,5 187,3 218,2 85,6 ния СОг по декадам (рис. 1—4) видно, что по мере снижения температуры максимум выделения СОг перемещается на более поздние сроки. Так, если в варианте с донником, где развитие микробиологических процессов протекало наиболее активно, максимальное количество СОг при комнатной температуре (-(-17°) было выделено в течение первых двух дней, то при -j-7е максимум был достигнут на 4-ый день, а при + 3 ° — На б-ой день. При —3° наибольшее количество С 0 2 было обнаружено лишь в третьей декаде (рис. 3, а). Относительная интенсивность выделения С 0 2 почвой в раз­ личных вариантах опыта была неодинаковой и зависела в ос­ новном от усвояемости органического вещества в ней (рис. 2, 3 и 4). Разложение донника по сравнению с навозом и глюко­ зой протекало значительно активнее. Особенно замедленно про­ текал процесс разложения навоза при низких температурах (около 0° и ниже). Как известно, навоз является продуктом ча­ стичной переработки органического вещества, где освоены глав­ ным образом легко доступные питательные вещества. Поэтому в процессе его разложения не наблюдается периода столь по­ вышенной активности, как это характерно для минерализации донника даже в условиях сравнительно низких температур. Интересно отметить, что при —8° наиболее активным по вы­ делению СОг оказался вариант с глюкозой. Здесь, очевидно, сказалась высокая усвояемость глюкозы, а также ее свойство в связи с повышением концентрации почвенного раствора сни­ жать точку замерзания, оказывая тем самым определенную за-, щитную функцию. Относительно небольшое количество СОг, выделенное в вариантах с глюкозой при температурах -f-7° и 351 >к Оо -j-3°, очевидно, вызвано некоторым обеднением почвы подвиж­ ными соединениями азота (т. е. широким соотношением C : N ) . Более активное выделение С 0 2 почвой в вариантах без внесе­ ния органического вещества в интервале температур от 0° до Рисч 4. Динамика выделения С 0 2 из почвы е глюкозой. (I-предел выделения СОг точно не установ­ лен) . —3° по сравнению с вариантами при -j-7° и -f-3°, по-видимому, обусловлено попеременным замораживанием и оттаиванием почвы, которое приводит к частичному разрушению почвенной структуры, а также может повышать доступность органических соединений почвы. Микробиологические исследования показали (табл. 2), что содержание отдельных групп микроорганизмов различно при различных температурах и зависит от состава внесенного орга­ нического вещества. Содержание общего количества бактерий, развивающихся на мясопептонном агаре (аммонифицирующих), повысилось во всех вариантах. Весьма интересными оказались данные по раз- 352 Таблица 2 Содержание нитрифицирующих, целлюлозоразлагающих и общего количества (на М ПА) бактерий при различных температурах на 50-ый день опыта (на 1 г абс. сухой почвы) Общее ко­ личество бактерий Целлюлозо­ Нитрифи­ Варианты Темпера­тура \г мясопеп- разлагаю ­ цирующие тонном ага­ щие бакте­ бактерии ре (МПА) рии в тыс. в тыс. в млн. 1. Почва исходное 5,5 29,3 15,1 + 7 ° 9,7 522,0 12,9 + 3 ° 8,8 28,5 16,2 0° 10.1 5,2 10,4 — 3° 11,9 1,8 17,9 — 8° 9,9 2,7 5,9 2. Почва 5% навоза исходное 18,2 5,2 17,8 + 7 ° 14,5 369,0 14,7 + 3 ° 23,6 410,0 24,9 0° 161.2 3,1 14,8 — 3° 22,1 1,9 13,1 — 8° 7.9 0,8 8,9 3. Почва -г 2% д о н ­ исходное 13,1 1,2 23,1 никовой муки + 7 ° 354,0 1298,0 1239,0 + 3 ° 442,5 1298,0 1067,9 0° 1276,8 5,4 19,0 — 3° 1532,4 3,0 18,0 — 8° 26,2 3,2 2,5 4. Почва — 2% глю­ исходное 9.1 5,0 18,7 козы + 7 ° 74.3 53,1 17,0 + 3 ° 93,2 5,3 13,1 0° 86,9 5,4 9,4 —3° 84,2 0,9 15,0 —8° 12.7 3,0 15,1 витию общего количества бактерий в образцах с навозом и дон­ никовой мукой. При температурах 0° и —3° их содержание к концу опыта (на 50-ый день) оказалось выше, чем при темпера­ турах -f-7° и +3° , что на первый взгляд может привести к л ож ­ ному представлению о том, что при низких температурах про­ цесс размножения бактерий протекал наиболее активно. Эти данные, однако, легко объяснить, если иметь в виду, что про­ цессы разложения органического вещества в почве протекают стадийно при участии различных групп микроорганизмов, сме­ няющих друг друга. Вначале развиваются микроорганизмы, ис- 23 Заказ Л» 4752 353 пользующие относительно подвижные соединения (аммонифи­ цирующие, грибы, дрожжи и др.). Позднее проявляют свою дея­ тельность нитрифицирующие, а также микроорганизмы, усваи­ вающие более устойчивые соединения (бактерии, разлагающие клетчатку, актиномицеты и др.). В условиях нашего опыта к 50-ому дню был уловлен такой момент, когда при положитель­ ных температурах первоначальный период бурного развития аммонифицирующих микроорганизмов подходил к концу, а чис­ ленность целлюлозоразлагающих и нитрифицирующих бактерий уже значительно повысилась. При низких температурах (0° и —3°) количество микроорганизмов, развивающихся на МПА, находилось еще на максимальном уровне, так как микроорга­ низмы, разрушающие клетчатку, а также нитрифицирующие бактерии не оказались в состоянии их вытеснить. Эти данные хорошо согласуются и с динамикой выделения СОг. Небольшое увеличение общего количества бактерий в почве без внесения органических веществ, по-видимому, связано с тем, что смачивание воздушно-сухой почвы при закладке опыта выз­ вало некоторое оживление микробиологической деятельности, и в момент исходного анализа равновесие не было еще достиг­ нуто. Значительное повышение некоторых групп микроорганиз­ мов (до 10 раз) в контрольной почве при температурах 0° и —3° в образцах, в которых велось определение выделения СОг, объясняется повышением доступности органических веществ почвы в условиях попеременного замораживания и оттаива­ ния, как это уже было отмечено выше. Влияние колебаний тем­ пературы на почву, обогащенную органическими веществами, зафиксировать не удалось. В отличие от аммонифицирующих бактерий, развитие бак­ терий, разлагающих клетчатку, протекало при низких темпера­ турах очень замедленно и только в отдельных вариантах (3) полностью не прекращалось при температурах ниже 0°. Более чувствительными к влиянию низких температур оказались нит­ рифицирующие бактерии, которые в условиях наших опытов развивались лишь при температурах -\-7° и +3° . Однако они сохранились в почве в условиях низких температур лучше, чем целлюлозоразлагающие бактерии. В некоторых случаях в условиях низких температур наблю­ дается также сравнительно энергичное развитие почвенных дрожжей и грибов. Приспособленность почвенных дрожжей к низким температурам, а также меньшая конкуренция со сто­ роны других микроорганизмов, более чувствительных к низким температурам, позволяют им доминировать в течение более дли­ тельного времени. Развитие грибов в виде мицелия часто на­ блюдается макроскопически, однако вследствие их слабого спо­ рообразования при низких температурах увеличение их коли­ чества в почве не всегда удавалось обнаружить (Kaarli, 1962). 354 Интенсивное размножение аэробных и анаэробных азото­ фиксирующих бактерий, которые, как известно, хорошо разви­ ваются в среде, обедненной азотом, наблюдалось нами главным образом в варианте с глюкозой. При ~-1° количество азотобак­ тера и Clostr idium pasteurianum заметно увеличилось (175— 200 раз). При более низких температурах (от + 3 ° до —8°) от­ мечалась тенденция к уменьшению количества азотобактера, несмотря на присутствие легкодоступного углеводистого пита­ тельного вещества. Таким образом, наши исследования показали, что при низ­ ких температурах микробиологические процессы полностью не прекращаются, однако их активность заметно снижается. Интересно отметить, что низкие температуры в первую оче­ редь подавляют процессы, требующие большой затраты энер­ гии (разложение целлюлозы, азотофиксация, спорообразование, споропрорастание и др.). Своеобразный характер микробиологических процессов поч­ вы и разложения органического вещества при низких темпера­ турах подлежит дальнейшему многостороннему изучению. Выводы 1. Исследования показали, что при низких температурах динамика выделения С 0 2 почвой позволяет определить харак­ тер и интенсивность микробиологических процессов. 2. Понижение температуры (в пределах от + 1 7 ° С до —8° С) заметно снижает интенсивность выделения С 0 2. При этом, однако, тормозящее влияние низких температур на выде­ ление С 0 2 зависит от природы и усвояемости-органического ве­ щества, отношения С : N, а также ряда других факторов. 3. Микробиологические исследования позволили установить, что жизнедеятельность различных групп микроорганизмов в почве при низких температурах протекает по-разному: а) менее чувствительны микроорганизмы, развивающиеся в начале разложения органического вещества, такие как аммо­ нифицирующие бактерии, почвенные дрожжи и грибы, развитие которых наблюдалось еще при —5°, —8°; б) заметно подавлено развитие целлюлозоразлагающих и нитрифицирующих бактерий, деятельность которых проявляется на более поздней стадии освоения органического вещества. Р а з ­ витие нитрифицирующих бактерий прекращалось при темпера­ туре -+2°, —I—3°, а бактерии, разлагающие целлюлозу, медленно развивались при температуре около 0°. В связи с этим процес­ сы разложения органических веществ в почве при низких темпе­ ратурах приостанавливаются, когда истощаются запасы относи­ тельно подвижных питательных веществ. 23* 355 4. Можно полагать, что поздней осенью и в зимний период в условиях пониженной температуры разложение растительных остатков в почве протекает замедленно. Скорость этих процес­ сов зависит от состава и усвояемости органических остатков, а также от температуры данной микрозоны. 5. Пониженная активность биологических процессов, проте­ кающих в навозе при его внесении на поверхность мерзлой поч­ вы или снега, способствует сохранению его удобрительной цен­ ности. Слабое развитие нитрифицирующих бактерий предотвра­ щает возможность больших потерь азота в виде нитратов. Ран­ ней весной наблюдается активирование микробиологической деятельности в навозе и в почве, в результате чего основные процессы переработки органического вещества заканчиваются раньше и к моменту посева в почве создаются более благопри­ ятные условия корневого питания, чем при весеннем внесении навоза. Л И Т Е РА Т У РА А л е е в Б. С. и Ч и с т я к о в Ф. М. Микробиология консервирования. М., 1945. А р т а м а н о в а О. И. Микроорганизмы почв острова Среднего (Северная З ем ля). Микроорганизмы в сельском хозяйстве. М., 1963. К р и с с А. Е. О микроорганизмах в вечной мерзлоте. Микробиология, т. 9, вып. 9— 10, 1940. К р и с с А. Е. Микроорганизмы тундровых и полярнопустынных почв Арк­ тики. Микробиология, т. XVI, вып. 5, 1947. Н и к и т и н а Н. С. Сезонные изменения бактериального состава грунтов литорали восточного Мурмана. Микробиология, т. XXIV, вып. 5, 1955. Н о с к о в а Г. Л., П е к Г. Ю. Микробиология холодильного хранения пи­ щевых продуктов. М., 1960. Р а х н о П. О. О сезонности развития бактерий в почвах Эстонской ССР. Eesti N S V Teaduste Akadeemia Toimetised, т. X, серия биол., № 3, 1961. Р ы б а л к и н а А. В. К сравнительной характеристике некоторых микро­ биологических процессов в северных почвах Европейской части СССР. Труды Коми фил. АН СССР, сер. геогр., вып. 1, 1952. Р ы б а л к и н а А. В. Микрофлора тундровых, подзолистых и черноземных почв. Микрофлора почв Европейской части СССР. Изд. АН СССР, 1957. С а м ц е в и ч С. А. О сезонности и периодичности развития микроорганиз­ мов в почве. Микробиология, т. XXIV, вып. 5, 1955. Ч и с т я к о в Ф. М. , М у д р е ц о в а - В и с о К. Микробиология. М., 1962. K a a r l i L. Temperatuuri to im est mulla mikrofloorale. Eesti Maaviljeluse ja M aaparanduse TU Instituudi Teaduslike tööde kogumik I, 1962. S e i f e r t J. The Influence of Moisture and Temperature on the Number of M icroorganism s in the Soil. Folia Microbiologica, vol. 5, 1960; vol. 6 , 1961. 356 В Ы Ж И В А Е М О С Т Ь К Л Е Т О К L. P L A N T A R U M ПРИ Л И О Ф И - Л И З А Ц И И И Х Р А Н Е Н И И ПРИ Р А З Л И Ч Н Ы Х Т Е М П Е ­ РАТУРАХ Я. Клаар, Р. Каазик Эстонская сельхозакадемия и Лаборатория консервного завода Пыльтсамааского комбината РСЭПО В целях производства таких сухих препаратов, которые легко можно было бы применять при силосовании и сохранять продолжительное время, были проведены опыты по высушива­ нию уплотненной культуры и биомассы L. p lantarum (Клаар, 1961/1963). Поскольку при открытой сушке названных препаратов в су­ шильном шкафу, снабженном вентилятором, и в казеиновой су­ шилке количество клеток, несмотря на высокое содержание их в исходном материале, было сравнительно низким, то основное внимание было обращено на лиофилизацию. Как известно, сохранение бактерий зависит от условий лио- филизации. По исследованиям Рекорда и Тайлора (1953), ко­ личество живых клеток в исходной суспензии при наличии зна­ чительного количества клеток Escherichia coli было заметно выше и после лиофилизации. Бактерии погибают не только при замораживании и оттаи­ вании, но также при хранении высушенной культуры в зависи­ мости от температуры и продолжительности хранения. Так как при лиофилизации жизненность бактериальных клеток снижа­ ется (Хартсел, 1948), то при исследовании их сохранности вме­ сто элективных сред следует применять среды, содержащие раз­ личные вещества, способствующие размножению бактерий. При замораживании и оттаивании сохранению бактериаль­ ных клеток способствует глюкоза, сахароза и другие питатель­ ные вещества (Макферлан, 1941). Хартсел (1949) показал, что различные виды Salmonel la и Micrococcus сохраняются продол­ жительное время в замороженных куриных яйцах и размноже­ ние их начинается сразу же после оттаивания. По исследованиям Уудбурна и Стронга (I960), Salmonel la typhimurum, Staphylococcus aureus и Streptococcus faecalis хо­ рошо сохраняются в суспензии, приготовленной из рисовой муки, белка куриных яиц, кукурузной патоки, альгината натрия и 0,0003 М фосфата, лучше же всего в случае применения ри­ совой муки и белка. Надо отметить, что вышеназванные бактерии сохранялись в замороженном виде лучше при температуре —30°, чем при тем­ пературе — 11°. Соколов (1960) указывает, что гидрофильные коллоиды, об­ ладая свойством интенсивно связывать воду, благоприятно 357 влияют на выживаемость бактерий как при замораживании, так и при сушке. Наиболее подходящими средами для лиофи- лизации бактерий являются комбинированные среды, содержа­ щие органические коллоиды (желатин, сыворотка крови, яич­ ный желток, молоко и т. д.) и сахар. Причиной вымирания лиофилизированных бактерий упомянутый автор считает не действие ферментов, а неблагоприятные для бактерий условия среды. Фостер (1962) также Нашел, что при лиофилизации молоч­ нокислых бактерий молоко является более благоприятной сре­ дой, чем 1% раствор пептона. На сохраняемость бактерий при лиофилизации влияет также возраст культуры, который у вы­ шеназванных видов не должен превышать 12—24 часов. Препа­ раты бактерий, подвергнутые сушке путем лиофилизации, со­ храняются в атмосфере азота лучше при температуре — 18°, чем при температуре 4°. По исследованиям Постгейт и Хунтера (1961), хорошей сре­ дой оказался также 10% раствор сахара. В этой среде сохра­ нялось до 95% клеток Aerobacter aerogenes , в растворе глице­ рина той же концентрации сохранялось до 96%, в мясном же бульоне без добавок погибло свыше 50% клеток. Согласно данным М. Т. Клементи (1961), на сохранение кле­ ток Escherichia coli при замораживании до —78° благоприятно влияет также более низкая концентрация (7,5% раствор глю­ козы и 4,5% раствор глицерина). Так, в среде, содержащей 7,5% глюкозы, при лиофилизации сохраняется 70— 100% кле­ ток Escherichia coli. При кратковременном высушивании в те­ чение 10—20 мин. в мясной сыворотке сохраняется 80—89% клеток, а в течение 3 часов — только 19% клеток. Когда к мяс­ ному бульону добавляли 7,5% глюкозы, то после 24-часовой сушки сохранялось 85% клеток. Лиофилизированные клетки хо­ рошо сохранялись в мясном бульоне с добавлением глюкозы при температуре 4° и 21°. При этом по прошествии двух меся­ цев живых клеток было 75—78%, а через 6 месяцев — 55— 74% от первоначального количества их. Согласно данным Файбич, Егоровой и Писаревского (1962), глицерол благоприятно действует не только при заморажива­ нии, но и при процессе оттаивания. На выживаемость клеток оказывает влияние окончательное содержание влаги в лиофилизированной культуре и наличие в ней кислорода (Бланков и Клебанов, 1961). Показано, что лио­ филизированные клетки бактерий сохраняются при меньшем содержании влаги (ниже 5%) лучше, Чем при более высоком содержании ее. По Лиону и Бергману (1961), после лиофили­ зации клетки бактерий лучше сохраняются при хранении в вакууме, причем вредное действие воздуха уменьшается при защитных средах. 358 Из приведенного видно, что среды с высоким содержанием сухого вещества в общем содействует сохранению клеток бак­ терий при лиофилизации. Исходя из этого, можно было пред­ положить, что выработанные нами среды с высоким содержа­ нием сухих веществ (ржаная мука, гороховая мука и молоко) способствуют сохранению клеток L. p lantarum при процессе лиофилизации и при хранении их, особенно в атмосфере угле­ кислого газа (Богданов, 1953). При лиофилизации L. p lantarum (S—68) состав среды куль­ туры бил следующий: ржаной муки 2000 г, гороховой муки 2000 г, обезжиренного молока 350Ö г, пекарских дрожжей 75 г, мела 75 г, М п С 0 4 • пН20 3,8 г, CH3COONa • Н20 38 г. Среду гидролизировали при 62—63° (Пронин и Дах, 1951), после чего стерилизовали при температуре 100° в течение 1 часа в гиль­ зах для мороженого, снабженных соответствующей крышкой и пропеллерной мешалкой. В среду затем вносили 8% сусловую культуру двухдневного возраста. Культуру выращивали 4 суток при температуре 30—32°, после чего уплотняли сушеной му­ кой из солодовых ростков, мукой из шелушеного гороха или кормовыми дрожжами в пропорции 3 : 2 . К муке прибавляли мела в количестве 1% от веса смеси. Уплотнители тщательно смешивались с культурой, после чего масса закладывалась в формы, утрамбовывалась и оставлялась в них в течение двух дней при комнатной температуре, после чего полученные бри­ кеты измельчались и высушивались. Для лиофилизации биомасса L. p lantarum (S—70) приготов­ лялась при помощи технологической установки Вяйке-Маарья- ского маслодельного завода и уплотнялась в тот же день му­ кой из солодовых ростков, гороховой мукой или же их смесью, кормовыми дрожжами в пропорции 1,2 : 1,5, причем содержа­ ние влаги в препарате снижалось до 40%. После тщательного перемешивания смесь закладывалась в формы и утрамбовыва­ лась. Брикеты выдерживали 2 дня при комнатной температуре, а на третий день подвергали сушке. Биомассу той же партии применяли в качестве посевного материала для гидролизованной мучной среды с высоким со­ держанием сухого вещества в количестве до 10 процентов по весу от смеси. Содержание влаги в размноженной биомассе со­ ставляло 47,9%. После выращивания в продолжение 36 часов биомассу с добавлением мела уплотняли вышеуказанными уплотнителями в пропорции 3 : 2, при помощи чего содержание влаги в препаратах доводилось до 30—31%. Опыты по сушке препаратов L. p lantarum проводились на консервном заводе Пыльтсамааского сельскохозяйственного ком­ бината СРЭПК, где имеются полузаводские установки для лиофилизации (марки Deutsch Vakuum-Apparate Dreyer Hol­ land-Merten GMBH Sangerhausen-Rossla 1959). В лиофилизаци- 359 онный шкаф этой установки вмещается до 8 кг подлежащего сушке материала. Лиофилизатор снабжен краном для введения углекислого газа, благодаря чему подвергающийся сушке материал можно насыщать углекислым газом. Перед сушкой соответствующую порцию уплотненной культуры, уплотненной биомассы или уплотненной размноженной биомассы измельчали. Измельчен­ ный материал помещали слоем в 5— 6 мм в выстланные перга­ ментом стерилизованные алюминиевые кюветы. Процесс сушки длился 31 /4—37г часа. В течение этого времени следили за тем­ пературой в лиофилизационной камере и за температурой под­ вергавшегося сушке материала. Высушенные пробы упаковыва­ лись в бутылки для проб молока и дважды насыщались углекис­ лым газом в лиофилизаторе. Бутылки с пробами, закупоренные резиновыми пробками, хранились в лаборатории при 16— 18°, в холодильном шкафу при 2—4° и на складе для хранения масла Тартуского холодильника при — 10°, — 12°. Для определения ко­ личества клеток L. p lantarum брали пробу весом в 10 г, кото­ рую затем размачивали в течение получаса в небольшом ко­ личестве воды. Для каждого определения брали новую бутылку с соответствующей пробой. Количество клеток L. plantarum оп­ ределили в сусловом (250 г/л) агаре, к которому добавлялось 10% дрожжевого экстракта, 0,5% ацетата натрия и 0,0025% МпСЬ. Способность кислотообразования сухих культур опре­ деляли по Богданову (1953) в обыкновенном пивном сусле. При использовании лиофилизационной установки Пыльтса- мааского комбината оказалось, что содержание влаги в куль­ туре после 3,5 часов сушки было обусловлено ее тестовидной консистенцией и достигало 13,2%, причем количество клеток в этом случае равнялось 3 , 6 8 - 10ю в г (табл. 1), но вследствие значительного содержания влаги оно сравнительно резко па­ дало, особенно при температуре 16— 18°. Такое уменьшение ко­ личества клеток происходило также и при хранении лиофилизи- рованной культуры при температуре 2—4°. В случае уплотнения культуры мукой из солодовых ростков влаги было меньше, чем в предыдущем варианте (8,4%), и ко­ личество клеток при различных температурах хранения было больше по сравнению с контрольным вариантом. Клетки L. plantarum лучше всего сохранялись при уплотне­ нии культуры гороховой мукой, причем количество клеток и при комнатной температуре по истечении 4-х месяцев достигало еще 1,59- 1010 в г. При температуре от — 10° до — 12° количество клеток L. p lantarum в культуре, уплотненной гороховой мукой, сохранялось лучше, чем в других вариантах. Благоприятное действие гороховой муки сказывается и при уплотнении раз­ множенной культуры смесью муки из солодовых ростков и го­ роховой муки ( 1 :1 ) . По истечении 4-х месяцев количество кле- 360 Т а б л и ц а 1 Количество сохранившихся клеток L. p lantarum (S — 70) в лиофилизировак - ной уплотненной культуре в атмосфере С 0 2 С одер­ Темпера­ Продолж итель­ Варианты опыта жание тура х р а ­ ность (в месяцах) влаги нения т (°С ) 2 4 6 1. Размноженной культуры 13,2 16— 18 36,8 18,7 9,62 3,64 800 г, мела 16 г (конт­ 2 —4 20.9 13,8 6,95 роль) — 10, — 12 28,4 20,7 17,1 2. Размноженном культуры 8.4 16— 18 26,4 17,1 10,8 6,12 1200 г, муки из солодов. 2 —4 18,8 14,9 9,16 ростков 800 г, мела 20 г — 10, — 12 22,5 19,2 16,9 3. Размноженной культуры 9,9 1 6 - 1 8 35,1 24,4 15,9 11,4 1200 г, гороховой муки 850 г. 2 — 4 22,8 16,7 14,3 мела 20.5 г — 10, — 12 32.1 27.4 22,8 4. Размноженной культуры 7,9 1 6 - 1 8 31,4 20,6 16,2 9,6 1200 г, кормовых дрожжей; 2 —4 22,3 17,4 13,6 800 г, мела 20 г — 10, — 12 27,2 22.8 19,1 5. Размноженной культуры 8,9 16— 18 28,8 20,7 14,2 8,18 1200 г, муки из соло­ 2 — 4 21,4 16,7 10,74 довых ростков 400 г, горо­ — 10, — 12 23,6 21,2 17,4 ховой муки 400 г, мела 20 г ток при комнатной температуре доходило до 1,42 * 10 10 в г, по истечении 6 месяцев — 8,18- 109 в г. Кормовые дрожжи также способствовали сохранению количества клеток L. p lantarum как при лиофилизации, так и при хранении. При сушке биомассы L. plantarum лиофилизацией количество клеток понижалось, несмотря на добавку 2% мела; падение это наблюдалось при различных температурах хранения. В случае уплотнения биомассы мукой из солодовых ростков количество клеток было заметно выше — 5,62- 1010 в г (табл. 2). Несмотря на то, что содержание влаги в лиофилизированной культуре, уплотненной мукой из солодовых ростков, было 8,7%, пониже­ ние это продолжалось сравнительно быстро также при дальней­ шем хранении, особенно при комнатной температуре. Больше всего клеток L. p lantarum сохранялось при уплотнении био­ массы кормовыми дрожжами (1,2: 1,5), содержание влаги в лиофилизированном препарате в этом случае было 7,1%; коли­ чество клеток после двух месяцев хранения при низких темпе- 361 Колич. клеток в начале опы­ та (в милли­ ардах в 1 г) Т а б л и ц а 2 Сохранение L. p lantarum (S — 70) в лиофилизированной и уплотненной биомассе в атмосфере С 0 2 П родолж итель­ Содер­ ность жание Темпера­ (в месяцах)Варианты опыта влаги тура хране­ния (°С) (%) 2 4 6 1. Биомассы 800 г, мела 16 г 9,1 16— 18 40,1 22,4 15,1 6,8 (контроль) 2— 4 31,2 20,4 9,1 V — 10, — 12 33,2 26,8 21,7 2. Биомассы 1200 г, муки из 8,7 16— 18 56,2 38,1 22,4 11,6 солодовых ростков 2 — 4 44,1 30,7 16,8 1400 г, мела 25 г — 10, — 12 49,9 42,1 34,7 3. Биомассы 1200 г, гороховой 9,6 16— 18 67,4 42,7 29,2 15,4 муки 1500 г, мела 27 р. 2— 4 49,1 32,9 22,1 — 10, — 12 56,3 44,3 41,2 4. Биомассы 1200 г, кормовых 7,1 16— 18 69,1 43,2 27,2 16,5 др о ж ж ей 1500 г, мела 27 г. 2— 4 52,1 34,6 21,4 — 10, — 12 58,4 46,7 39,4 5. Биомассы 1200 г, муки из 8,2 16— 18 61,4 39,8 26,1 12,4 солодовых ростков 750 г, 2— 4 46,7 31,1 17,9 .гороховой муки 750 г, ме­ — 10, — 12 56,1 47,7 36,2 ла 27 г ратурах было выше, чем в случае уплотнения гороховой мукой. Хорошая сохранность клеток L. p lantarum в уплотненной кор­ мовыми дрожжами биомассе явно обусловлена тем обстоятель­ ством, что содержание в ней влаги было на 2,5% ниже, чем при сушке биомассы, уплотненной гороховой мукой. В размноженной биомассе клетки L. p lantarum сохранялись при лиофилизации лучше, чем при непосредственном высыха­ нии биомассы, но по истечении 6 месяцев, вследствие высокого содержания влаги, количество клеток при комнатной темпера­ туре было 2,61 • 109 в г (табл. 3). Также и в случае хранения при температуре от — 10 до — 12° количество клеток в лиофи­ лизированной размноженной биомассе понижалось сравнитель­ но быстро. При уплотнении же размноженной биомассы мукой из солодовых ростков (3 : 2) количество клеток при лиофилиза­ ции сохранялось хуже, но при дальнейшем хранении количест­ во их не падало так резко. Лучше всего клетки L. p lantarum сохранялись в уплотненной гороховой мукой размноженной био­ массе, где количество клеток после лиофилизации было 7,21 • 1010 в г. 362 Количество клеток в на­ чале опыта (в миллиард, в 1 г) Т а б л и ц а 3 Сохранение L. plantarum (S — 70) в лиофилизированной размноженной и уплотненной биомассе в атмосфере С 0 2 П родолжитель­ ность (в месяцах) Варианты 2 4 6 1. Размноженной биомассы 13,7 16— 18 69,6 28,1 14,7 2,6 1600 г, мела 16 г 2 — 4 37,4 29,6 16,8 (контроль) — 10, — 12 43,9 31,2 27,4 2. Размноженной биомассы 8,2 16— 18 61,5 39,1 31,2 19,8 1200 г, муки из солодовых 2— 4 47,8 35,2 29,8 ростков 800 г, мела 20 г — 10, — 12 51,2 46,4 40,7 3. Размноженной биомассы 10,3 16— 18 72,1 52,1 39,6 22,4 1200 г, гороховой муки 2— 4 57,4 47,9 34,1 800 г, мела 20 г — 10. — 12 66,1 57,4 41,2 4 . Размноженной биомассы 9,1 16— 18 66,8 53,5 41,7 22,2 1200 г, кормовых дрож ж ей 2—4 52,7 43,8 37,1 800 г, мела 20 г — 10, — 12 58,6 53,7 45,4 5. Размноженной биомассы 16— 18 67,4 46,1 34,9 21,6 1200 г, муки из солодовых 2 — 4 49,2 38,8 29,7 ростков 400 г, гороховой — 10, — 12 60,7 54,2 38,6 муки 400 г, мела 20 г . При этом нужно отметить, что клетки L. p lantarum сохраня­ лись в атмосфере углекислого газа сравнительно хорошо также при комнатной температуре. Хорошо сохранялись клетки L. plantarum и при лиофилизации размноженной биомассы, равно как и при уплотнении смесью муки из солодовых ростков и горо­ ховой муки. В последнем опытном варианте сохранение клеток при температурах 16— 18° и 2—4° было лучше, чем при уплот­ нении только мукой из солодовых ростков. В лиофилизированной уплотненной культуре, уплотненной биомассе способность кислотообразования L. p lantarum не по­ нижалась в пивном сусле. Выводы 1. Сохранение клеток L. p lantarum при сушке сублимацией полузаводской установкой находится в непосредственной связи с количеством клеток в исходном материале. Вследствие этого 363 ОО Содержание оо влаги ('%) Температура хранения (°С) Количество клето в начале опыта миллиард, в 1 г количество клеток L. p lantarum при сушке культуры с высоким содержанием сухого вещества было ниже, чем при лиофилиза­ ции уплотненной биомассы и уплотненной размноженной био­ массы. 2. При уплотнении биомассы, культуры и размноженной биомассы, предварительно высушенной мукой из солодовых ростков, гороховой мукой (или их смесью) и кормовыми дрож­ жами, сохранялось клеток L. p lantarum при лиофилизации и при дальнейшем хранении в атмосфере углекислого газа боль­ ше, чем в неуплотненном препарате. 3. Сохранение клеток L. p lantarum при лиофилизации и при дальнейшем хранении находится в непосредственной связи со свойствами уплотняющего материала. Количество клеток лучше всего сохранялось в препаратах, уплотненных гороховой мукой и кормовыми дрожжами, особенно когда содержание влаги в этих препаратах доводилось при уплотнении перед сушкой до 35% или же ниже этого; хуже количество клеток сохранялось в препаратах, уплотненных мукой из солодовых ростков, однако добавление такого же количества гороховой муки улучшало со­ хранность клеток. 4. Сохранение клеток L. p lantarum как при лиофилизации, так и при хранении в атмосфере углекислого газа, лучше всего при меньшем содержании влаги в исходном материале, причем на сохранение клеток влияет не только состав исходного пре­ парата, но также и уплотняющий материал. 5. Вопрос технологии производства сухих препаратов для силосования разрешен заводским производством культуры с вы­ соким содержанием сухого вещества и размноженной уплотнен­ ной биомассы, их лиофилизацией и дальнейшим хранением пре­ паратов в атмосфере углекислого газа. Л И Т Е РА Т У РА Б л а н к о в В. И., К л е б а н о в С. И. Применение лиофилизации в микро­ биологии. Медгиз, М., 1961. Б о г д а н о в В. М. Исследование заквасок и культур молочнокислых бакте­ рий, высушенных методом сублимации. Тр. Всесоюзного и.-и. ин-та молочной промышленности, вып. 15, 23— 38, 1953. К о л е с о в С. Г. Высушивание микроорганизмов и биопрепаратов. Сельхоз­ гиз. М., 1952. П р о н и н С. И. и Д а х В. М. Влияние температуры на действие зерновых амилаз. «Биохимия зерна», сб. 1, 125— 144, 1951. С о к о л о в АХ. И. О сохранении жизнеспособности микроорганизмов при замораживании и высушивании. Сб. «Профилактика инфекции живыми вакцинами», 32— 32, Медгиз, М., 1960. Ф а й б и ч М. М. , Е п о р о в а В. И. и П м с с а р е в с к и й Ю. С. О выжи­ ваемости микроорганизмов при замораживании. Ж урнал микробиол., эпидемиол. и иммунологии, том 5, 68— 72, 1962. C l e m e n t М. Т. Effects of freezing, freeze-drying and storage in the freeze- dried and frozen state an viabilyty of Escherichia coli cells. Canad. J. Microbiol, vol. 7, No 1, 99— 106, 1961. 364 F o s t e r E. M. Culture preservation. J. Dairy Sei. vol. 45, No. 10, 1290— 1294, 1962. H a r t s e l l S. E. The test ing of frozen e g g s for pathogenes. J. Milk and Food Technol., vol. 12, 107— 108, 1949. H a i n e s R. E. The effect of freezing on bacteria. Proc. Roy. Soc., B. 124, 451— 463, 1938. К 1 a a r J. Silobakterite (Lactobacterium plantarum) kasvu dünaamika ja sä i ­ limine kõrge ku iva inesisa ldusega söötmetes. E PA teaduslike tööde kogu­ mik 20, 177— 183. Tartu, 1961. K l a a r J. Silobakterite (L. plantarum ’i) biomassi tootm ise tehnoloogia tä ius­ tamine. EPA teaduslike tööde kogumik 27, 167— 172. 1963. K l a a r J. L. plantarum \ iduarvu säilimine tahkestatud kultuuri ja biomassi pihustusmenetlusel ja lahtisel kuivatamisel. EPA teaduslike tööde kogu­ mik 32, 146— 154. 1963. L i o n M. B. and B e r g m a n n E. G. Substances which protect lyophilized Escherichia coli aga inst the lethal effect of oxygen. J. Gen. Microbiol., vol. 25. No 2. 291— 296, 1961. M c F a r 1 a n e V. H. Behavior of m icroorganism s in fruit juice-sucrose so lu ­ tions stored at — 17,8 3 С (03 F). Food Research, vol. 7, 509— 518, 1942. P o s t g a t e J. R. and H u n t e r J. R. On the survival of frozen bacteria. J. Gen. Microbiol., vol. 26, No 3, 367— 378, 1961. R e c o r d B. R. and T a y l o r R. Som e factors influencing the survival of Bacterium coli on freeze-drying. J. Gen. Microbiol. , vol. 9, 475— 484, 1953. W o o d b u r n M. J. and S t r o n g D. H. Survival of Salmonella typhimurum. Staphylococcus aureus and Streptococcus faecalis frozen in simplified food substrates. Appl. Microbiol., vol. 8 , No 2, 109— 113, 1960. ФАКТОРЫ, В Л И Я Ю Щ И Е НА Р А З М Н О Ж Е Н И Е И С О Х Р А Н Н О С Т Ь К Л Е Т О К L. P L A N T A R U M И L. A C 1 D O P H I L U M Я. Клаар Эстонская сельхозакадемия В целях более широкого применения силосных заквасок, предпосылкой чего является их заводское производство, мы при­ ступили в 1958 году к исследованию динамики размножения L. p lantarum в различных средах с добавлением веществ, акти­ визирующих рост клеток и способствующих их сохранению. По­ скольку при заводском производстве препаратов силосных бак­ терий техническая установка использовалась только в течение периода силосования, то исследование динамики размножения L. acidophiluni проводилось в молочных, а также в растительных средах. В результате выработаны препараты ацидофильных бак­ терий со сравнительно высоким содержанием клеток, что позво­ лило пользоваться техническим оборудованием в течение почти всего года. В 1952 году в ЭССР была разработана технология производства биомассы L. acid.oph.ilum на базе молочной сыво­ ротки и гидролизата казеина, однако этот препарат не нашел широкого применения в животноводстве. При производстве аци- 365 дофилина некоторые авторы (Покровская, 1950) пользуются также растительными средами. Для получения культуры L. p lantarum с большим количе­ ством клеток применялась ржаная мука (Рушман и Кох, 1930) вместе с гороховой мукой (Макарова, 1956). В целях повыше­ ния содержания сухого вещества и витаминов к муке прибав­ лялась подсырная сыворотка или обезжиренное молоко, а так­ же сухое молоко. Мучная среда гидролизировалась при темпе­ ратуре 58—60°, в позднейших опытах при температурах до 63° (Пронин, Дах, 1951) в течение 4—5 часов. Для ускорения раз­ множения L. p lantarum к мучной среде добавляли 1% пекар­ ских дрожжей (Орла-йенсен и др., 1936; Иерусалимский, 1949). Кроме того, для ускорения роста L. p lantarum добавляли 0,005% соли марганца (Орла-Йенсен, 1943; Маклеод и Снелл, 1947). Для улучшения роста, а также для повышения буферных свойств, к мучной среде добавляли 0,5% ацетатов (Крюгер, Пе­ терсон, 1948; Коллинс и др., 1950). Для понижения кислотности в среду вносили 1% мела, а чтобы достичь интенсивного раз­ множения L. p lantarum применяли высокую (6—8%) посевную норму. Для повышения количества клеток L. p lantarum увеличивали содержание сухого вещества в культуре до 48—50%. Для того, чтобы улучшить сохранность клеток, уплотняли выращенную культуру мукой из солодовых ростков, гороховой мукой или же мукой из овсяных хлопьев, которые в целях уничтожения дрож­ жей и спор плесневых грибов содержались при температуре 65—70°. Для уплотнения культуры L. p lantarum применялись также кормовые дрожжи и сухое молоко. Во всех опытных ва­ риантах добавляли 1% мела. Содержание воды в препарате путем добавления уплотнителей с низким содержанием влаги доводилось до 34—36%. Культуры упаковывались герметически в поллитровые банки. Для получения биомассы культивировали L. plantarum в подсырной сыворотке, пастеризованной при 70—72° в течение 30 минут, к которой добавлялось 10% гидролизата из хлопчат­ никового жмыха или солодовых ростков. Для приготовления гидролизата брали 10 кг названного ма­ териала, 80 л воды и 1,2— 1,5 л концентрированной соляной кислоты. Гидролизаты получали при варке в течение двух часов текучим паром, после чего они фильтровались. К сывороточно-гидролизатным средам в целях ускорения ро­ ста L. p lantarum добавляли соли марганца 0,025 г/л. Кроме того к среде добавляли еще пепсина 0,05 г/л (Бучнев, 1950; Захарова, 1959). При сывороточных средах также применялась высокая (до 5—6%) посевная норма. Д л я понижения кислотности среда периодически нейтрали­ зовалась кальцинированной содой (через каждые 2—4 часа), 366 причем кислотность была в пределах 50—60 Т°. После 40—44- часового культивирования клетки L. p lantarum отделялись при помощи молокоочистителей марки «Вестфалия» и «Смычка» с измененным технологическим режимом. Биомасса упаковыва­ лась в стеклянные банки, которые закрывались герметически. Для улучшения сохранности клеток L. p lantarum биомассу уплотняли мукой из солодовых ростков, гороховой мукой, кор­ мовыми дрожжами, сухим молоком, мукой из овсяных хлопьев, кроме того добавляли 1% мела, чем доводили содержание влаги в смеси примерно до 40%. Биомасса L. p lantarum применялась для посадки на гидро­ лизованные мучные среды с высоким содержанием сухого ве­ щества. В целях ускорения роста L. p lantarum к мучной среде добавляли солей марганца и ацетатов, а для понижения кис­ лотности — мела. Для посадки брали 5— 10 весовых процентов биомассы. Размножение биомассы происходило в течение 24— 36 часов при температуре 30°, после чего ее уплотняли выше­ названными добавками, доводя содержание влаги до 33—35%. Размноженную уплотненную биомассу хранили в плотно утрам­ бованном виде в герметически закрытых банках. Для определения количества клеток L. p lantarum применяли суслово-агаровую среду (250 г/л), к которой добавляли 10% дрожжевого экстракта, 0,0025% хлористого марганца и 0,5% ацетата натрия. Для выращивания культуры L. acidophi lum применяли сгу­ щенное молоко, к которой добавляли 2,5% пекарских дрожжей, гороховой муки или муки из овсяных хлопьев, а также из соло­ довых ростков. Кроме того добавляли 0,5% ацетата натрия, а для понижения кислотности — 0,5— 1,0% мела. Чтобы вызвать интенсивный рост клеток, в среду вносили культуру L. acidophi­ lum (5—6%). Кроме того L. acidophi lum культивировали также в сгущен­ ном молоке, к которому добавляли 10% дрожжевого экстракта (100 г/л) и 0,5% ацетата натрия. Культивировали L. acidophi­ lum при 37° и после образования сгустка хранили 12— 18 часов при комнатной температуре. После этого культуру уплотняли, доводя влажность до 45—50%. Для улучшения вкусовых ка­ честв препарата добавляли 5— 10% сахара, который с целью уничтожения дрожжей и спор плесневых грибов предварительно хранили при температуре 65—70° в течение одного часа. Пробы после основательного перемешивания упаковывались в поллит- ровые банки, которые покрывались горячим церезином и заку­ поривались жестяными покрышками. Чтобы получить для животноводства препарат с высоким содержанием клеток L. acidophi lum , приготовляли гидролизо­ ванную среду из ржаной и гороховой муки и обезжиренного мо­ лока, к которой добавляли 0,5% пекарских или кормовых дрож- 367 жей, 0,25% ацетата натрия и 0,5% мела. Такая среда содер­ жала 48—50% сухого вещества. В среду вносили 6% молочной культуры L. acidophi lum. После 48-часового выращивания куль- туру уплотняли гороховой или овсяной мукой или мукой из со­ лодовых ростков. Для определения количества клеток L. acidophi lum брали гидролизованную панкреатином сывороточную среду и добав­ ляли к ней 25% дрожжевого экстракта (100 г/л), 0,5% ацетата натрия и 0,0025% хлористого марганца. Приготовленную среду вместе с разбавленной пробой наливали в большую половинку чашки Петри, а в нее помещали меньшую половинку чашки. Во избежание высыхания чашки Петри хранили завернутыми в бу­ магу в жестяных банках. При определении количества клеток L. acidophi lum пользо­ вались параллельно пробирками, в которые для облегчения под­ счета колоний были вложены стеклянные палочки. Для опреде­ ления титра L. acidophi lum применялось лакмусовое молоко, к которому было добавлено 10% дрожжевого экстракта. Для исследования были взяты штаммы L. p lantarum S-45, S-68, S-70. Поскольку количество клеток L. p lantarum в среде из муки и сыворотки зависит от количества гороховой муки, то изучению подвергалось влияние более высоких доз выше­ названной добавки на динамику размножения при 8%-ной по­ севной норме. Оказалось, что в случае, когда в среде количе­ ство гороховой муки составляло 50% от количества ржаной муки, количество клеток L. p lantarum на третий день было на 19,5% выше, чем в случае 25%-ного содержания гороховой муки. При равных количествах гороховой и ржаной муки коли­ чество клеток L. p lantarum на третий день составляло 46%, а на пятый день было на 49,9% выше, чем в среде, в которой гороховая мука составляла 25% от количества ржаной муки. Наряду с исследованием частного значения гороховой муки в среде исследованию подверглось и ее влияние на сохранение клеток L. p lantarum в уплотненном препарате, причем состав исходной культуры гидролизованной среды был следующий: ржаной муки 400 г, гороховой муки 400 г, подсырной сыворотки 1600 мл, мела 12 г и культуры на пивном сусле 192 мл. В случае уплотнения такой культуры мукой из солодовых ростков количество клеток достигало 7,7-10 10 в г. Самое интенсивное размножение L. p lantarum наблюдалось в случае еще большего увеличения содержания сухого вещества. В среде, состоявшей из 2000 г ржаной муки, 2000 г гороховой муки, 3500 мл обезжиренного молока, 75 г пекарских дрожжей, 3,8 г сернокислого марганца, 38 г ацетата натрия, в которую внесли после гидролизации и стерилизации 616 мл культуры L. p lantarum на пивном сусле, количество клеток увеличивалось в течение 5 суток на 1,39 • 1011 в г, причем содержание сухого 368 вещества в культуре составляло 51,2% (таблица 1). При уплот­ нении различными добавками содержание влаги в препарате понижалось до 32,1—34,4%. Наивысшее количество клеток L. p lantarum наблюдалось при уплотнении культуры гороховой мукой, в этом случае на 5 день оно доходило до 1,38 -10й в г (табл. 1). Наилучшая сохранность L. p lantarum наблюдалась также в случае уплотнения гороховой мукой, а именно: по ис­ течении 2 месяцев при температуре 8— 10° количество клеток было 4,83 • 1010 в г. Таблица I Сохранение клеток L. plantarum (S-68) в уплотненной культуре Прс дол ж и тель- ность (в месяц ах) Варианты опыта 1 2 3 Количество клеток в миллиардах в 1 г Размноженная культура 51,2 2 — 3 139 78 47,2 17,3 (контроль) 8 — 10 64 26,5 8,4 1. Размноженной культуры 1200 г, 34,4 2 — 3 118 76 37,7 9,6 муки из солодовых ростков 800 г, 8 — 10 54,2 26,1 4,8 мела 20 г 2 . Размноженной культуры 1200 г, 33,4 2— 3 138 98 68,1 21,4 гороховой муки 850 г, мела 20,5 г 8 — 10 76 48,3 12,7 3. Размноженной культуры 1200 г. 32,6 2 — 3 126 81 48,2 19,1 кормовых дрож ж ей 800 г, мела 8 — 10 58,4 43,3 10,8 20 г 4. ‘Размноженной культуры 1200 г, 32,1 2 - 3 133 70,2 39,3 16,6 сухого молока 850 г, мела 21 г 8 — 10 61,2 32,1 12,0 При исследовании динамики размножения L. p lantarum в подсырной сыворотке выяснилось, что размножение бактерий было заметно интенсивнее, когда сыворотку пастеризировали при 70° в течение 30 минут. Когда к пастеризованной сыворотке добавляли 10% гидролизата хлопчатникового жмыха и хлори­ стого марганца (0,025 г/л), то количество клеток по прошествии 48 часов при 6% посевной норме и при температуре 35° по­ вышалось до 1,49-109 в мл; при добавлении пепсина (0,05 г/л) к вышеназванной культуре количество клеток L. p lantarum по­ вышалось за такой же педиод времени до 2,3- 109 в мл. Когда, кроме того, проводили еще периодическую нейтрализацию каль­ 24 Заказ Л» 4752 369 Содержание влаги (%) Температура хранения (°С) Количество кле­ ток в начале опыта цинированной содой, то количество клеток за 42 часа повыша­ лось до 2,58- 109 в мл, а за 48 часов до 2,81 • 109 в мл. Применение при культивировании L. p lantarum в производ­ ственных условиях вышеназванных добавок и периодическая нейтрализация повышали выход биомассы L. p lantarum на тонну среды до 12— 14 кг. Биомасса сохранялась сравнительно хорошо при 0°, когда количество клеток по истечении 4 недель было 8,49 - 10 10 в г, однако при 16—20° за то же время количество клеток достигло только 3,02 - 1010 в г. Для улучшения сохранения клеток L. p lantarum биомассу уплотняли вышеуказанными добавками, причем оказалось, что клетки сохраняются лучше, когда содержание влаги ниже 40%. Лучше всего клетки L. p lantarum сохранялись в случае уплот­ нения мукой из лушеного гороха, когда по истечении 2 месяцев при хранении в герметической таре при температуре 8— 10° их количество достигало 7,84 - 1010 в г (табл. 2). В неуплотненном (контрольном) варианте количество клеток L. p lantarum по про­ шествии такого же времени составляло 2,13- 1010 в г. Т а б л и ц а 2 Сохранение клеток L. plantarum (S-70) в уплотненной биомассе Продолжитель­ ность (в месяцах) Варианты опыта 1 2 4 1. Биомассы 1200 г, муки из соло­ 41,1 2 - 3 325 141 50,5 37,6 довых ростков 1400 г, мела 26 г 8— 10 91 47,1 20,1 2. Биомассы 1200 г, гороховой муки 40,1 2— 3 454 228 97,2 54,1 1500 г, мела 27 г 8 - 1 0 172 78,4 39,4 3. Биомассы 1200 г, кормовых д р о ж ­ 38J 2 — 3 334 216 93,2 48,4 ж ей 1500 г, мела 27 г 8 - 1 0 142 56,3 32,8 4. Биомассы 1200 г, сухого молока 37,0 2 — 3 328 221 90,2 30,4 1600 г, мела 28 г 8 — 10 131 49.1 23,6 5. Биомассы 1200 г, муки из овся­ 40,7 2 — 3 422 214 91,7 48,2 ных хлопьев 1500 г, мела 27 г 8 — 10 196 74,1, 27,8 6 . Биомассы 1200 г, муки из соло­ 40,4 2 — 3 368 137 88,0 49,2 довых ростков 700 г, гороховой 8— 10 98 65,3 36.4 муки 800 г, мела 27 г 7. Биомасса без добавок 80,0 2— 3 332 121 36,4 7,4 (контроль) 8— 10 82 21,3 5,2 370 Содержание влаги (%) Температура хранения (°С) Количество клеток в начале опыта (в миллиардах в 1 г) Так как уплотнение биомассы понижало ее стоимость только на 40%, то были проведены опыты по применению биомассы L. p lantarum в виде посевного материала на среде с высоким содержанием сухого вещества. Состав среды был следующим: ржаной муки 3Ö00 г, гороховой муки 3000 г, обезжиренного мо­ лока 6000 мл, пекарских дрожжей 120 г, мела 100 г, сернокис­ лого марганца 3 г, ацетата натрия 30 г. Перед посадкой к среде добавляли еще 5 г пепсина. Биомассу вносили в среду в количестве 10 весовых процентов. Таким способом в полу­ ченном препарате (при высокой посевной норме) количество клеток по истечении 24 часов было 4,12- 1011 в г (табл. 3). Т а б л и ц а 3 Сохранение клеток L. plantarum (S-70) в уплотненной размноженной биомассе П родолж итель­ и ность (в месяцах)то Варианты опыта а .> , S- к Ь-, 4L/ —ч. ТО Н 0 ^ 0 - CL = и я я а» з* : г к с з ; S ТXО е; £ то Ч ч 1 2 3 с . О S f - X ^ 50 S Размноженной биомасса 2000 г 53,3V 2— 3 412 164 87 41,3 (контроль) 8— 10 128 76,4 30,6 1. Размноженной биомассы 2000 г, 36,0 2— 3 384 185 87,5 23,8 муки из солодовых ростков 1200 г, 8— 10 148 68,2 18,7 мела 32 г 2 . Размноженной биомассы 2000 г, 34,7 2 — 3 468 268 129 51,3 гороховой муки 1400 г, мела 34 г 8 — 10 189 107 37,2 3. Размноженной биомассы 2000 г, 34,3 2— 3 344 247 103 39,3 кормовых др о ж ж ей 1400 г, мела 8— 10 192 81,5 32,9 34 г 4. Размноженной биомассы 2000 г, 34,2 2 — 3 387 228 107 37,2 сухого молока 1300 г, мела 38 г 8 — 10 192 96,6 24,6 5. Размноженной биомассы 2000 г, 34,8 2 — 3 428 236 109 39,3 муки из овсяных хлопьев 1400 г. 8 — 10 176 91,3 36,2 мела 34 г В случае уплотнения размноженной биомассы мукой из лу­ щеного гороха количество клеток L. p lantarum было больше, чем в других вариантах, т. е. 1,07- 1011 в г, при хранении в гер­ метической таре в продолжение двух месяцев при температуре 8— 10° . Навыки, полученные при выращивании культуры L. p lan ta ­ rum, были нами использованы также при выращивании уплот­ ненной культуры L. acidophilum (Зс и 7с). 24* 371 Содержание влаги ( ' % ) во клеток ‘ опыта (в lax в 1 г) Т а б л и ц а 4 Сохранение клеток L. acidophilum (7с) при уплотнении культуры на сгущенном молоке сухим цельным молоком Продолжительность (в днях) Ого .'c—P• Варианты опыта tГО- Sсс 2 —4 7 14 21 28 й" 3О=) š ° ~ «сО> X о ) ого. Количество клеток J и w f— х (в миллиардах в 1 г) Состав культуры; цельного молока 3000 мл. сухого цельного молока 750 г, ацетата натрия 8,4 г, мела 15 г, культу­ ры на молоке 200 мл 1. Культуры 1000 г, сахара 28,6 2— 4 16,8 34,7 3.0 4,28 2,96 75 г 18— 22 8,0 4.1 2,62 0,91 2. Культуры 1000 г, сухого 50,8 2— 4 23,2 18,2 13.1 8,82 6,33 цельного молока 400 г. 18— 22 16,1 10.1 4,43 1,02 сахара 105 г 3. Культуры 1000 г, сухого 56,3 2— 4 22,1 19,4 15,6 11,41 7,02 цельного молока 600 г. 18—22 17,2 12,2 6,82 1,28 сахара 120 г Количество клеток L. acidophi lum в молочной среде с высо­ ким содержанием сухого вещества повышалось в течение двух суток до 1,68-10 10 в г (табл. 4). При уплотнении сухим цель­ ным молоком количество клеток повышалось до 2,32-10 10 в г и сохранялось как при 2—4°, так и при 18—22° заметно лучше, чем в неуплотненном контрольном варианте, причем вкус и за­ пах уплотненной культуры оказались хорошими. При культивировании L. acidophi lum в мучной среде с вы­ соким содержанием сухого вещества и с добавлением ацетата натрия количество клеток по истечении двух суток повышалось до 2,26* 1010 в г (табл. 5). При уплотнении гороховой и овсяной мукой ( 3 :2 ) количе­ ство клеток по прошествии двух суток было 2,73—2,92 - 1010 в г. Сохранность клеток L. acidophi lum в случае уплотнения го­ роховой мукой и при хранении в герметической таре как при температуре 2—4°, так и при 18—22° лучше, чем при уплотне­ нии овсяной мукой (по истечении 30 суток насчитывалось еше 1,24—3,51 • 109 клеток в 1 г). Меньше всего клеток L. acidophi lum сохранилось при уплотнении культуры мукой из солодовых рост- 372 ^ржание го вещества Т а б л и ц а 5 Сохранение клеток L. acidophilum (7с) при уплотнении культуры и хранении при температурах 2 —4° и 18— 22: в герметической таре Время ( в днях) Темпе­ ратура 2/4 10 20 30Варианты опыта хране­ ния (°С) Количество клеток (в миллиардах в 1 г) Состав среды: ржаной муки 2000 г, го­ роховой муки 2000 г, обезжиренного молока 4000 мл, пекарских д р о ж ­ жей 20 г, ацетата нат­ рия 20 г, мела 40 г, куль­ туры на молоке 488 мл ]. Культуры 2000 г 2 —4 22,6 16,7 7,5 2,00 (контроль) 18— 22 11,4 4,82 0,56 2. Культуры 1200 г, горо­ 2—4 27,3 18,9 8,82 3,51 ховой муки 800 г, мела 18—22 14,7 5,21 1,24 20 г 3. Культуры 1200 г, муки 2—4 25,2 17,4 7,45 2,33 из овсяных хлопьев 800 г, 18— 22 12,8 4,84 0,98 мела 20 г 4. Культуры 1200 г, муки 2—4 22,2 13,4 5,91 2,61 из солодовых ростков 18— 22 9,2 3,21 0,84 800 г, мела 20 г 5. Культуры 1200 г, горо­ 2—4 26,4 16,2 6,58 2,96 ховой муки 400 г, муки 18— 22 13,3 4,98 0,96 из солодовых ростков 400 г, мела 20 г - кон. В случае добавления к муке из солодовых ростков равного количества гороховой муки количество клеток L. acidophi lum достигало 2,64- Ю10 в г, но падение количества клеток было бо­ лее резкое по сравнению с теми вариантами, где уплотнение производилось гороховой или овсяной мукой. Выводы 1. Размножение клеток L. p lantarum и L. acidophi lum в сре­ де, приготовленной из молока, ржаной и гороховой муки, или в молочной среде с высоким содержанием сухого вещества про­ исходит заметно интенсивнее, чем в средах, применявшихся до настоящего времени. 373 2. В гидролизованной среде из ржаной и гороховой муки и сыворотки или в молочной среде размножение L. p lantarum и L. acidophi lum активируется еще в том случае, когда горохо­ вая мука (а также мука из солодовых ростков) взяты в равных количествах с ржаной мукой. 3. В средах с высоким содержанием сухого вещества раз­ множение клеток L. p lantarum активизируется при добавлении пекарских дрожжей, солей марганца и ацетатов. На размноже­ ние L. acidophilum в случае использования сред из сгущенного молока оказывает стимулирующее действие добавление дрож­ жей и ацетата. 4. При уплотнении культур L. p lantarum и L. acidophilum гороховой мукой, мукой из солодовых ростков, мукой из овся­ ных хлопьев и овсяной мукой, а также с добавлением кормовых дрожжей и сухого молока при доведении содержания сухого вещества до 65% клетки сохраняются лучше, чем без уплот­ нения. 5. Размножение L. p latarum в подсырной сыворотке усили­ вается путем добавления кислотного гидролизата из хлопчатни­ кового жмыха и солодовых ростков в количестве 10%, солей марганца (25 г/т) и пепсина (50 г/т) и путем периодической нейтрализации кальцинированной содой, в результате чего по­ вышается выход биомассы на 12— 14 кг. 6. При уплотнении биомассы и в случае использования ее в качестве посевного материала с последующим уплотнением клетки L. p lantarum сохранялись заметно лучше, чем в неуплот­ ненной биомассе. 7. На основе полученных результатов выработаны и внедре­ ны в производство культуры, биомассы и закваски L. planta­ rum. Производственная технология препаратов с L. acidophilum находится в стадии внедрения. Л И Т Е РА Т У РА Б у ч н е в К. Н. Пропись горохово-гидролизных питательных сред по Буч­ неву К. Н. Рот. МСХ СССР 20/1 1950 г., 1960. И е р у с а л и м с к и й Н. Д . Азотное и витаминное питание микробов. М., 1949. М а к а р о в а М. М. Новая технология приготовления бактериальной за ­ кваски для силосования. Бюллетень научно-технической информации по с.-х. микробиологии. № 1, 26— 27, 1956. П р о н и н С. И. и Д а х Б. М. Влияние температуры на действие зерновых амилаз. Биохимия зерна, сб. 1, 125— 144, 1951. 1Т о к р о в с к а я Е. А. Растительный ацидофилин как кормовое и диетиче­ ское средство воспитания молодняка сельскохозяйственных . живот­ ных. Тр. XXIX пленума вет. секции В А С Х Н И Л . Сельхозгиз, 1950. C o l l i n s Е. В. , N e l s o n F. E., P a r m e l e e C. E. Acetate and oleate requi­ rements of the lactic group of streptococci. J. Bact., 59, No 1, 1950. 374 K r u e g e r К. К. and P e t e r s o n . W. H. The Nutritional Requirements оГ Lactobacillus pentosus 124— 2. J. Bact., 55, No 5, 683— 692, 1948. M a c L e о d R. A., S n e l l E. E. Som e mineral requirements of the lactic acid bacteria. J. Biol. Chem., v. 170, No 1, 1947. O r l a - J e n s e n S . , O t t e N . S., S n o g - K j a e r A. Der Vitaminbedarf der Milchsäurebakterien. Znbl. II, Bd. 94, 434. 1936. O r l a - J e n s e n S. Über das Vergärungsverm ögen der Milchsäurebakterien. Danske V idenskabernes Selskab. B io log iske skrifter, Bd. II, No 3, 1943. R u s c h m a n n G. und K o c h R., Untersuchungen über den Nachw eis und die Verbreitung der Milchsäurebakterien auf den zur Einsäuerung g e ­ langenden Grünfutterpflanen. Znbl. Bact. II, Bd. 80, No 1, 1930. Z a h h a r o v a Т., Atsidofii lbaktermassi tootmine. Tallinn, 1959. 375' III. Ф О Т О С И Н Т Е З О Б И О С И Н Т Е З Е Х Л О Р О Ф И Л Л А У В Ы С Ш И Х РАСТЕНИИ С. И. Л ебедев и Л. Г. Литвиненко Украинская сельхозакадемия В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по дальнейшему развитию биологической науки и укреплению ее связи с практикой» указывается, что изучение фотосинтеза является одной из основных проблем биологиче­ ской науки. В проблеме фотосинтеза вопрос о холорофилле и его биосинтезе занимает центральное место, так как по существу «что бы ни производил сельский житель или лесовод, — он прежде всего производит хлорофилл и уже через посредство хлорофилла получает зерно, волокно, древесину и т. д.» (К- А. Тимирязев. Соч., 1937). Вопрос о ближайшем предшественнике хлорофилла — про­ тохлорофилле — принадлежит к числу наиболее дискуссион­ ных вопросов. Его история начинается со времен К. А. Тими­ рязева, Н. А. Монтеверде и В. Н. Любименко. Еще сравни­ тельно недавно заключительный этап формирования молекулы хлорофилла представляли как фотохимическое гидрирование двойной связи VII—VIII M g -винил-феопорфирина — Аз-метил- фитилового эфира (протохлорофилла). Однако новейшие ис­ следования в этом направлении (Власенок, Шлык, 1963; Год- нев, Шлык, Ляхнович, 1957; Годнев, 1959; Годнев, Акулович, Ротфарб, 1963; Судына, 1961; Шлык, Станишевская, 1962) по­ казали ошибочность такого представления. В старое понятие «протохлорофилл» было вложено новое содержание. В настоящее время общепризнано (Воробьева, Быстрова, Красновский, 1963; Годнев, Акулович и Ротфарб, 1963; Годнев, Акулович, Ходасевич, 1963; Граник, 1962; Шлык, 1963), что в отличие от зеленого пигмента внутренних оболочек тыквенных семян Cucurbi ta реро L. протохлорофилл этиолированных и зе­ леных растений представляет собой смесь двух соединений: М£-вивил-феопорфирина-А5-монометилового эфира, названного протохлорофиллидом, и М^-винил-феопорфирина-Аз-метил-фи- тилового эфира, т. е. собственно протохлорофилла в прежнем 376 понимании. Эти соединения называют еще «бесфитольной» и «фитольной» или «кислой» и «нейтральной» формами прото­ хлорофилла. В количественном отношении бесфитольная форма протохлорофилла в этиолированных растениях преобладает по сравнению с протохлорофиллом, содержащим фитол. Новейшие данные позволяют считать именно протохлорофиллид главным предшественником хлорофилла в растениях. В настоящее время (Воробьева, Быстрова, Красновский, 1963; Лебедев, 1961; Судь- 1на, Довбиш, 1962; Шлык, Станишевская, 1962; Шлык, 1963) схема конечного этапа биосинтеза хлорофилла представляется таким образом: Протохлорофиллид->хлорофиллид а -^-хлорофилл « -^хлоро­ филл в. При освещении растений приосходит присоединение во­ дорода по месту двойной связи VII—VIII M g -винил-феопорфи- рина-А5-монометилового эфира с образованием хлорофиллида а. В дальнейшем в ходе биосинтеза под действием хлорофиллазы в темноте хлорофиллид этерифицируется фитолом, в результате чего образуется хлорофилл а. Хлорофилл в образуется впослед­ ствии из хлорофилла а. Исследования, проведенные на кафедре физиологии растений Одесского госуниверситета (Лебедев, 1958), показали, что у этиолированных проростков пшеницы и ячменя при освещении их в течение 1, 5, 10, 20, 30 и 40 минут обнаруживается зеленый пигмент хлорофиллид с характерными для него максимумами поглощения. При этом наибольшее его содержание отмечается при первых минутах освещения (1, 5, 10 мин), после чего сле­ дует уменьшение его количества. Однако при 40-минутной экс­ позиции содержание хлорофиллида возрастает вновь. Это сви­ детельствует о том, что условия, благоприятствующие накопле­ нию хлорофиллида в ходе его превращения в хлорофилл, ме­ няются. Полученные экспериментальные данные подтверждают положение о том, что непосредственным предшественником хло­ рофилла является хлорофиллид. Однако наряду с этим путем биосинтеза хлорофилла для этиолированных растений не исключен и другой путь (Годнев, Акулович, Ротфарб, 1963; Годнев, Акулович, Ходасевич, 1963): протохлорофиллид -> протохлорофилл -> хлорофилл а, т. е. вна­ чале происходит этерификация протохлорофиллида фитолом, а затем уже реакция гидрирования. Таким образом, предшественниками хлорофилла следует признать следующие соединения (Годнев и др., 1963; Лебедев, 1961): C32H 2bON4M g < СООНСООСНз C32H3oON4Mg < СООСНз C32H28ON4Mg СООСНзCOOC2qH39 377 За последние годы в литературе накопился довольно боль­ шой материал, свидетельствующий о специфическом действии красного и ближнего инфракрасного участков спектра на ряд фотобиологических реакций растений (Butler, Downs, 1960; Borthwick, Hendricks, Parker , 1956; Evenary, 1956; Hendricks, Toole, Toole, Borthwick, 1959; Klein, Withrou, Withrou, Elstad, 1957; Mohr, 1961; Withrou, Klein, Elstad, 1957). За рубежом это действие связывают с наличием в растениях особого, ранее незамеченного пигмента — фитохрома. Между тем, вопрос о влиянии красного и ближнего инфракрасного участков спектра на биосинтез основного пигмента растений — хлорофилла — мало исследован. Имеющиеся экспериментальные данные зару­ бежных ученых (Klein, Withrou, Elstad, Price, 1957; Withrou, Klein, Elstad, 1957; Withrou, Klein, Price, Elstad, 1953) свиде­ тельствуют о том, что дальний красный свет (700 m/г) подав­ ляет биосинтез хлорофилла, который при 765 m/г вовсе не об­ разуется. Что же касается предшественников хлорофилла, то было обнаружено, что ближний инфракрасный свет способст­ вует биосинтезу протохлорофилла. Однако в данном случае не­ ясно, о каком протохлорофилле идет речь, так как для иденти­ фикации пигментов одного спекртрофотометрирования недоста­ точно. Исследование Витрова с сотрудниками является единст­ венным известным нам по биосинтезу пигментов в условиях строгого монохроматического света низкой интенсивности лучи­ стой энергии. Мы поставили перед собой задачу исследовать биосинтез хлорофилла в свете современных представлений о его предшест­ венниках в условиях красного и ближнего инфракрасного света с низкой интенсивностью лучистой энергии. Опыты проводились с этиолированными 6—8-дневными про­ ростками кукурузы, выращенными в полной темноте при темпе­ ратуре 25—27°. Для освещения растений монохроматическим светом в темной комнате была смонтирована специальная осве­ тительная установка. Источником света служила проекционная лампа мощностью 500 вт, свет от которой проходил через си­ стему линз и интерференционный светофильтр с максимумом пропускания в красной области (660 m/г). Для получения ближ­ него инфракрасного света применялся интерференционный све­ тофильтр с максимумом пропускания в области 770 m/t. Перед интерференционным светофильтром помещали водный раствор железо-аммонийного сульфата для поглощения даль­ ней инфракрасной радиации. Луч света, проходя через интер­ ференционный светофильтр, попадал на зеркало, расположен­ ное в осветительной камере под углом 26° к боковой поверхно­ сти и, отражаясь, освещал помещаемые внизу камеры расте­ ния. Интенсивность лучистой энергии монохроматического крас­ ного света составляла 40 /гвт/см2, а инфракрасного — 378 33 //вт/см2. Освещение растений красным светом проводили в течение 1, 5, 15, 20, 25, 30, 40, 50 и 60 минут. Для инфракрас­ ного света экспозиция была соответственно подобрана из рас­ чета необходимости получения эквивалентного количества энер­ гии при освещении растений светом различных длин волн. Все операции с этиолированными растениями проводили при слабом зеленом свете, который, согласно нашим определениям, явился вполне «безопасным» с точки зрения биосинтеза хлоро­ филла и его предшественников. К А гл Рис. 1. Спектры поглощения пигментов старто­ вого пятна хроматограмм этиолированных про­ ростков кукурузы. 1 — без освещения; 2 — после освещения крас­ ным светом в течение 1 мин; 3 — после освещ е­ ния 5 мин.; 4 — после освещения 15 мин. Для того, чтобы судить о том, какие зеленые пигменты об­ разуются в этиолированных проростках до и после освещения, мы идентифицировали пигменты с помощью хроматографии на бумаге с последующим измерением их спектров поглощения на опектроф®тометре СФ-4. Для хромотографического разделения пигментов использо­ вали смесь растворителей следующего состава: ацетон, петро- лвйный эфир, бензин в соотношении 7 : 5 : 1 7 . В ряде опытов мы получали гомогенаты, приготовленные на буфере, употребляемом Батлером и его сотрудниками (1960). 379 Д л я получения гомогената проростки растирали в ступке с не­ большим количеством буфера, охлажденного до 0'. Кашицу от­ жимали через ткань и центрифугировали 10 минут при 80Õ0 g. Вся операция приготовления гомогената занимала не более 15 минут. Полученный опалесцирующий зеленовато-желтый раствор немедленно спектрофотометрировали в области 600— 700 m Lu. Промеры в среднем производились через 5 т/г, а в об­ ласти максимумов — через каждые 1—3 т д . К т/х. Рис. 2. Спектры поглощения гомогената этиоти­ рованных проростков кукурузы. 1 — без освещения; 2 — после освещения крас­ ным светом в течение 15 мин. Изучение пигментов этиолированных проростков кукурузы показало, что зеленые предшественники хлорофилла сконцент­ рированы на хроматограмме в стартовом пятне. Обнаружить протохлорофилл отдельной полосой не удалось. Расположение зеленого пигмента на хроматограмме и определение его спект­ ра поглощения в области 600—700 т ц (рис. 1) свидетельствует о том, что этот пигмент является бесфитольным предшествен­ ником хлорофилла — протохлорофиллидом. При освещении этиолированных проростков красным светом уже в течение первых минут удается обнаружить в стартовом пятне наряду с протохлорофиллидом заметное количество хло- рофиллида. На рис. 2 и 3 приведены спектры поглощения го­ могената и ацетоновой вытяжки пигментов из этиолированных проростков кукурузы до и после 15-минутного освещения крас- 380 ным светом. Сравнивая эти графики с графиком рис. 1, мы при­ ходим к выводу, что обнаруживаемый в гомогенате максимум при 630—635 т[л, а в ацетоновой общей вытяжке — при 625 mц принадлежат протохлорофиллиду и, соответственно, максимум при 670 mix и 665 т/.< — хлорофиллиду. К Рис. 3. Спектры поглощения аце­ тоновой вытяжки пигментов этио­ лированных проростков кукурузы. 1 — без освещения; 2 — после освещения красным светом в те ­ чение 15 мин. Хроматографическое разделение пигментов на бумаге сви­ детельствует о том, что при 15-минутном освещении красным светом низкой интенсивности лучистой энергии хлорофилл еще не образуется. Этерификация хлорофиллида фитолом вследст- 381 вие хлорофиллазной реакции с образованием хлорофилла а на­ блюдается начиная с 20-минутного освещения красным светом, когда на хроматограмме под ксантофиллами удается обнару­ жить сине-зеленую полоску. При 30-минутной экспозиции на хромотограмме отчетливо видна полоса, принадлежащая хло­ рофиллу а. При этом в стартовом пятне удается обнаружить небольшое количество протохлорофиллида и хлорофиллида. Увеличение времени освещения до 40, 50 и 60 минут приводит к интенсификации биосинтеза хлорофилла а. Предшественники хлорофилла обнаруживаются лишь в виде следов. Хлорофилл в в этих условиях не образуется. Это согласуется с существую- к Рис. 4. Спектры поглощения пигментов старто­ вого пятна хроматограмм этиолированных про­ ростков кукурузы. 1 — без освещения; 2 — после освещения инфра­ красным светом в течение 1 мин. 12 сек.; 3 — после освещения 3 мин. 36 сек.; 4 — после ос­ вещения 6 мин. щими экспериментальными данными (Рабинович, 1959; Madsen, 1962; Шлык, 1963) о замедленном образовании хлорофилла в в этиолированных растениях на свету. При освещении этиолированных проростков инфракрасным светом в спектре поглощения стартового пятна хроматограммы обнаруживается лишь один бесфитольный предшественник хло­ рофилла — протохлорофиллид (рис. 4 и 5). Хлорофиллид и хлорофилл а при действии инфракрасного света не образуются. Результаты опытов свидетельствуют о тормозящем влиянии 382 ближней инфракрасной радиации на биосинтез хлорофилла и, в первую очередь, на реакцию восстановления протохлорофил- лида в хлорофиллид. Резюмируя полученные данные, мы приходим к заключению, что образование хлорофилла в этиолированных проростках ку­ курузы при освещении их монохроматическим красным светом низкой интенсивности лучистой энергии проходит в соответствии с принятой в последнее время схемой конечного этапа биосин- Л гг. Рис. 5. Спектры поглощения пигментов старто­ вого пятна хроматограмм этиолированных про­ ростков кукурузы. 1 — без освещения; 2 — после освещения ин­ фракрасным светом в течение 18 мин.; 3 — после освещения 24 мин.; 4 — после освещения 36 мин. теза хлорофилла: протохлорофиллид-^хлорофиллид а ^ х л о р о ­ филл а. Восстановление протохлорофиллида в хлорофиллид в условиях красного монохроматического света происходит при сравнительно небольшом количестве лучистой энергии. Красный и ближний инфракрасный свет выступают анта­ гонистами по своему действию на биосинтез хлорофилла. В то время, как в условиях освещения красным светом процесс био­ синтеза хлорофилла протекает нормально, инфракрасная радиа­ ция ингибирует реакцию гидрирования протохлорофиллида. Таким образом, действие красной и ближней инфракрасной радиации на биосинтез хлорофилла сходно с ее влиянием на 383 многие морфогенетические и физиологические процессы расте­ ний. Согласно представлению некоторых зарубежных ученых (Butler a. Downs, 1960; Butler a. al., 1959) специфическое влия­ ние красного и ближнего инфракрасного участков спектра обус­ ловлено наличием в растениях особого фитохрома. По Батлеру с сотрудниками, фитохром может находиться в двух формах: в энзиматически активной форме с максимумом поглощения в области 735 m/z (Р 735) и в неактивной "форме с максимумом поглощения в области 660 т а (Рбво)- В темноте фитохром на­ ходится в энзиматически неактивной форме. Под влиянием крас­ ного света фитохром- Р ебо превращается в активную форму — Р 735, которая под действием ближнего инфракрасного света вновь переходит в первоначальную форму с максимумом погло­ щения в области 660 m/z (Рбво)- Однако, априори трудно согла­ ситься с тем, что всю сложную гамму ответных реакций расте­ ний на действие монохроматического света можно свести лишь к одному гипотетическому фитохрому. Гораздо вероятнее уча­ стие в фотореакциях растений различных пигментов. Это пред­ положение подкрепляется появляющимися экспериментальными данными о возможном участии в фотореакциях известных уже пигментов растений, например, фикобилинового хромопротеина (Lazoroff, Schiff, 1962), а также самого хлорофилла. В настоящее время в литературе прочно утвердилось пред­ ставление о различных формах хлорофилла в растении (Кара­ петян, Литвин, Красновский, 1963; Красновский, Быстрова, Со­ рокина, 1961; Рабинович, 1959; Рабинович, 1962; Френч, 1962). Совершенно не исключена возможность участия в фотореак­ циях разных форм хлорофилла и его предшественников, тем более, если учесть накопившийся в литературе материал о не- фотосинтетической роли хлорофилла в растении (Радченко, Яковлева, 1961; Highkin, Frenkel, 1962). В пользу такого пред­ положения говорят имеющиеся в литературе данные о сдвиге красного максимума поглощения хлорофилла и хлорофиллида в длинноволновую область (730—740 m/z) при агрегации моле­ кул этих пигментов (Рабинович, 1959; Теренин, 1962; Джейкобс, 1963; Воробьева и др., 1963). А. А. Красновский с сотрудниками (1962), изучая низкотемпературную флуоресценцию листьев ра­ стений, обнаружили существование нескольких длинноволновых (агрегированных) форм хлорофилла in vivo. Опыты Е. А. Аку­ ловой (1962) свидетельствуют о смещении к концу дня главного максимума поглощения хлорофилла в длинноволновую часть спектра. В наших опытах нам не удалось обнаружить максимума поглощения в области 735 m/z при освещении красным светом как этиолированных, так и зеленых проростков кукурузы (рис. 2 384 и 6) с последующим приготовлением из них гомогенатов и спектрофотометриванием на СФ-4. Мы полагаем, что в фотобиологических реакциях растений принимает участие не один особый пигмент, а целая система Рис. 6 . Спектры поглощения гомо­ гената зеленых проростков куку­ рузы. 1 — без освещения; 2 — после освещения красным светом в те­ чение 15 мин. пигментов, включая, возможно, хлорофилл и его предшествен­ ников. Дальнейшие исследования биосинтеза хлорофилла и его предшественников при разных условиях произрастания и со­ стояния растительного организма позволят выяснить роль их з нефотосинтетических процессах растения. 25 Заказ .4« 4752 385 Л И Т Е Р А Т У Р А А к у л о в а E. Е. О смещении максимума главной полосы поглощения хло­ рофилла в длинноволновую часть спектра. Д А Н СССР, т. 144, № 5, 1962. В л а с е н о к Л. И. , Ш л ы к А. А. Хлорофиллидин как промежуточный про­ дукт в процессе превращения протохлорофиллида в хлорофилл. Био­ химия, т. 28, в. 1, 1963. В о р о б ь е в а JI. М. , Б ы с т р о в а М. И. и К р а с н о в с к и й А. А. Фи- тольные и бесфитольные формы пигментов в листьях и гомогенатах. Биохимия, т. 28, в. 3, 1963. Г о д н е в Т. H. , Ш л ы к A. A. J1 я х н о в и ч Я. П. О реакции перехода про­ тохлорофилла в хлорофилл. Физ. раст., т. 4, в. 5, 1957. Г о д н е в Т. Н. Современное состояние теории образования хлорофилла. Сб. «Проблемы фотосинтеза», М., 1959. Г о д н е в Т. H. , А к у л о в и ч Н. К. и Р о т ф а р б Р. М. Полный синтез хлорофилла и его биосинтез. Успехи современной биологии, т. 55, в. 2, 1963. Г о д н е в Т. H. , А к у л о в и ч H. К. , Х о д а с е в и ч Э. В. К вопросу об уча­ стии этерифицированных и неэтерифицированных форм протохлоро­ филла этиолированных проростков в образованиии хлорофилла а. ДАН СССР, т. 150, № 4, 1963. Г р а н и к С. Пигменты биосинтетической цепи хлорофилла и их взаимодей­ ствие со светом. Тр. V МБК. М еханизм фотосинтеза, Изд. АН СССР, М., 1962. Д ж е й к о б с Е. Спектры поглощения хлорофилла в конденсированных си­ стемах. Сб. «Структура и функция фотосинтетического аппарата», Н И Л , М., 1962. К а р а п е т я н Н. В. , Л и т в и н Ф. Ф., К р а с н и ц к и й А. А. Исследование световых превращений хлорофилла методом дифференциальной спект- рофотометрии. Биофизика, т. 8 , в. 2, 1963. К р а с н о в с к и й А. А. , Б ы с т р о в а М. И. , С о р о к и н а А. Д . Фракцио­ нирование различных пигментных форм в гомогенатах этиолированных и освещенных листьев. Д А Н СССР, т. 136, № 5, 1961. Л и т в и н Ф. Ф. , Р и х и р е в а Г. Т., К р а с н о в с к и й А. А. Низкотемпера­ турные спектры листьев растений и состояние хлорофилла. Биофизика, т. 7, в. 5, 1962. Л е б е д е в С. И. Про утворення хлорофкту у вищих рослин. B ichuk с . г. науки, № 8 , 1958. Л е б е д е в С. И. Фотосинтез (современные представления). УАСХН, Киев, 1961. Р а б и н о в и ч Е. Фотосинтез. Т. 3, И И Л , М., 1959. Р а б и н о в и ч Е. Перенос и запасание световой энергии при фотосинтезе. Труды V МБК. Симпозиум VI, 1962. Р а д ч е н к о С. И. , Я к о в л е в а Н. Д . О нефотосинтетической роли хлоро­ филла в растении. Бот. ж., т. 46, 1961. С у д ь Т н а О. Г. Д о питания про безпосередшй попередиик хлорофиту. Укр. бот. журн., т. 18, 1961. С у д ь Т н а О. Г., Д о в б и ш К. П. Вплив умов осв1тления на перетворения зелених шгмент1в. Укр. бот. журн., т. 19, 1962. Т е р е н и н A. H. , П у ц е й к о Е. К. Внутренний фотоэлектрический эффект в агрегированном хлорофилле, метилхлорофиллиде и пигментах хлоро- пластов. Труды V М БК, Симпозиум VI, 1962. Ф р е н ч К. С. Различные формы хлорофилла а в растениях. Сб. «Структура и функция фотосинтетического аппарата», И И Л , М., 1962. Ш л ы к А. А. и С т а н и ш е в с к а я E. М. Биосинтез фитола в темноте у з е ­ леных растений ячменя. Биохимия, т. 27, в. 6 , 1962. Ш л ы к А. А. , С т а н и ш е в с к а я E. М. Темновой биосинтез хлорофилла в зеленом растении. Д А Н СССР, т. 144, № 1, 1962. 386 ш л ы к А. А. Исследование метаболизма хлорофилла в зеленом растении. Автореферат доктор, дисс., АН СССР. М., 1963. B u t l e r W. L. a. D o w n s R. J. Light and P lant Development. Scientific American, N ew York, v. 203, No 6 , 1960. B u t l e r W. L., N o r r i s K. H. , S i e g e 1 m a n a. H e n d r i c k s S. B. D etec­ tion, A ssa y and Preliminary Purif ication of the P igm ent Controlling P hotoresponsive Development of Plants. Pros, of the Nat. Acad, of Sciences, v. 45, No 12, 1959. B o r t h w i c k H. A. , H e n d r i c k s S. В. a. P a r k e г M. B. Photoperiodism. Radiation biology, v. 3, 1956. E v e n a r y M. Seed Germination. Radiation biology, v. 3, 1956. H e n d r i c k s S. B. , T o o l e E. H. , T o o l e V. K. a. B o r t h w i c k H. A. Photocontrol of plant development by the s im ultaneous excitations of two interconvertible pigments. 111. Control of seed germination and axis elongation. The Bot. Gazette, v. 121, No 1, 1959. H i g n k i n H. R., F r e n k e l A. W. Studies of growth metabolism of a barley mutant lacking chlorophvll b. P lant Physiol., v. 37, No 6 , 1962. К 1 e i n W. H„ W i t h r o w R. W. , W ' i t h r o w A. P. , E l s t a d V. The Course of Far-Red Inactivation of Photom orphogenesis . Sciense, v. 125, No 3258, 1957. K l e i n W. H. , W i t h r o w R. W. , E l s t a d V. , a. P r i c e L. Photocontrol of growth and pigment synthesis in the bean seed l in g as related to irradiance and wavelength . Amer. Jour. Bot., v. 44, 1957. L a z o r o f f N. , S c h i f f G. Action spectrum for development photo-induction of the blue-green alga Nostoc muscorum. Science, v. 137, No 3530, 1962. M a d s e n A. Protochlorophyll/chlorophyle conversion and regeneration proto- chlorophyll in etiolated leaves. Physiol, plantarum, 15, No 4, 1962. M o h r H. Non-photosynthetic control of growth and m orphogenesis of seed* l ings by visible radiation. Effects of ionizing radiations on seeds. Inter­ national Atomic Energy, Vienna, 1961. W i t h r o w R W. , K l e i n W. H. a. E l s t a d V. Action Spectra of Photomorp- hogenic induction and its photoinactivation. P lant P hysio logv , v. 32, No 5, 1957. W i t h r o w R. W. , K l e i n W. H. , P r i c e L., a. E l s t a d V. Influence of Visible and Near Infrared Radiation Energy on Organ Development and Pigm ent Synthesis in Bean and Corn. Plant Physiol. , v. 28, No 1, 1953. W о 1 f f J. B., P r i c e L. Terminal steps of chlorophyll biosynthesis in higher plants. Arch. Biochem. and Biophys., v. 72, No 2, 1957. в л и я н и е в н е к о р н е в о й и к о р н е в о й п о д к о р м к и А З ОТ ОМ НА С О Д Е Р Ж А Н И Е П И Г М Е Н Т О В В Л И С Т Ь Я Х Р А С Т Е Н И Й О. А. Гречухина, Ю. Г. Безшкурая, Г. Ж . Валиханова Ленинградский госуниверситет им. А. А. Ж данова Изучая в течение ряда лет усвоение азота через листья, мы обратили внимание на то, что выбранные нами для опытов рас­ тения не одинаковы по своей реакции на его внекорневое вне­ сение (Гречухина О. А., Тимофеева Г. Ф., Шерман JI. Г., 1961). Так, растения фасоли зеленеют и хорошо растут1. Вто­ рой наш объект — огурцы, не давал заметного позеленения листьев. Пигменты листа тесно связаны с белком и в саму 25* 387 молекулу хлорофилла входит азот, поэтому изменения в азот­ ном обмене вызывают резкие изменения в количестве и составе пигментов. Так, Пирсон (1937). выращивал клетки водорослей (хлореллы) при разной концентрации нитратного азота в пита­ тельном растворе, а затем подкармливал их в одном случае нитратным, в другом — аммиачным азотом. Он пришел к вы­ воду, что подкормка азотом как в нитратной, так и в аммиач­ ной форме приводит к увеличению содержания хлорофилла. Притом, чем сильнее выражен недостаток азота, тем эффектив­ нее подкормка. Обстоятельно влияние азотного питания на строение листьев и накопление хлорофилла изучено в работах Л. М. Дорохова (1957), где показано увеличение числа хлоро­ пластов, их размеров и количества хлорофилла в листьях у сои и ячменя при увеличении доз азота. Н Г1. Воскресенская (1949) отмечает, что при изменении уровня азотного питания меняется не только общее количество хлорофилла, но и отношение хло­ рофилла «а» к хлорофиллу «б». В. В. Буткевич (1950), изучая влияние минеральных солей на образование хлорофилла, при­ водит цифры, показывающие увеличение количества хлорофилла при увеличении доз азота в листьях свеклы. С. С. Баславская с сотрудниками (1957) изучали содержание хлорофилла у во­ доросли Scenedesmus quadricauda в зависимости от азотного пи­ тания. При недостатке азота, содержание хлорофилла в их опытах резко снижалось за счет его разрушения, при подкорм­ ке происходит увеличение количества хлорофилла, причем со­ держание хлорофилла «а» увеличивается быстрее, чем хлоро­ филла «б», тогда как при недостатке азота разрушается интен­ сивнее то хлорофилл «а», то хлорофилл «б». Интересные дан­ ные по влиянию азотного питания на содержание пигментов приводит Шульце (1957) для табака. Увеличивая дозы азота, он наблюдал увеличение не только зеленых, но и желтых пиг­ ментов. Таким образом, далеко не полный перечень работ показы­ вает на тесную связь между количеством хлорофилла в листь­ ях и азотным питанием растений, поэтому пожелтение нижних листьев у высших растений является признаком недостатка азота. При внекорневых подкормках азотом показана взаимо­ связь корневого и внекорневого азотного питания, увеличение количества белка в листьях при внекорневой подкормке (Гре- чухина, Тимофеева, 1961; Павлов и др., 1961), а также быстрое поступление N 15, нанесенного на листья, и участие его в син­ тезе белка (Галочалова, Шкурина, 1961). Изменение пигментов при внекорневых подкормках азотом не изучено. Не имеется сравнительных данных относительно изменений в содержании пигментов в зависимости от способа внесения азота корневым или внекорневым путем. 388 Материал и методика Опыты по изучению пигментов проводились нами в июне и июле 1962 года на растениях фасоли (сорт ’Сакса’) и огурцов (сорт ’Вязников- ские’). Растения выращивались в теплице в водных культурах при различ­ ных нормах азота. Исходным питательным раствором была смесь Кнопа. Количество азота в этой смеси принято нами за полную дозу. Питательные смеси с 1 / 4 и ‘/io нормами азота рассчитывались исходя из полной его нор­ мы. Исключенные количества кальция в форме Са(МОз)г заменялись добав лением C a S 0 4. Проростки растений пересаживались в сосуды с различным содержанием азота и росли около 2 недель при обычном для водных культур уходе, до исчезновения иона N O 3 в питательном растворе с ‘/ю нормой азога. К этому времени растения развивали по 2— 3 настоящих листа и по внеш­ нему виду мало различались м еж ду группами. Затем каж дая группа расте­ ний разбивалась на 3 варианта: 1. Контроль — растения-опрыскивались водой; 2. Подкормка Са(МОз) 2 путем внесения его в питательный раствор («под корень»); 3. Опрыскивание 0 ,67с раствором мочевины. Мы остановились на разных формах азота, так как стремились выяс­ нить наилучшие соединения азота для корневого и внекорневого поступ­ ления. Известно, что в водных культурах лучше используется азот в виде NO3- (Чесноков и др., 1960; Хьюитт, 1956). Д ля внекорневой ж е под­ кормки широко применяется мочевина (Сб. «Внекорневое питание растений», 1956). В начале опыта у растений каж дой группы питания взяты листья 1—2 яруса для определения содержания зеленых пигментов. Д ля этого из листьев сверлом вырезались с определенной площадью высечки. Извлечение и определение пигментов проводилось по методу, разработанному Д. И. Са- пожниковым с сотрудниками (1959). Расчет количества пигментов прово­ дился на 100 см2 поверхности листьев. Подкормка C a (N Ö 3) 2 «под корень» проводилась три раза в течение опыта, что в сумме составило полную норму азота. Опрыскивание раство­ ром мочевины проводилось ежедневно утром и вечером. По ликвидации опыта в листьях снова определяли пигменты. У фасоли для определения служили по-прежнему листья 1— 2 яруса, у огурцов как листья 2— 3 яруса, бывшие на растениях в начале опыта, гак и молодые выросшие за время опыта листья 5— 6 яруса. Результаты опытов Вначале остановимся на цифровых данных, характеризую­ щих изменения суммарного содержания зеленых пигментов в листьях по ярусам у растений огурцов, растущих при разном содержании азота в питательном растворе (табл. 1). Как уже выше указывалось, первая проба листьев снималась сразу после поглощения иона NO3 корнями растений, расту­ щих при Vю норме азота. Мы видим, что уже в первую съемку листья всех ярусов у растений с '/io нормы азота имеют низкое содержание зеленых пигментов. Растения с */4 нормы азота 11 /VII по содержанию суммы зеленых пигментов в листьях не отличаются от растений полного питания. Через две недели в листьях растений, растущих на полном питании, происходит типичное изменение в содержании хлорофилла, связанное с воз- 389 Т а б л и ц а 1 Содержание пигментов в листьях огурцов в зависимости от азотного питания и яруса листьев (в мг/ЮО см2 листов, поверхн.) Дата Ярус листьевНормы азота взятияпроб 1 2 3 4 5 6 7 1 11/ V 1I 1,22 1,51 1,62 1,76 25/VI1 0.74 0,70 1,18 1,38 1,32 1,56 1,68 1/4 11 /VII 1,23 1,61 1.46 1,84 1,64 25/VII — 0,51 0,91 1,19 1,20 0,82 1/10 11/VII 0.69 1,16 1.03 1,01 25/VII — — 0,33 0,67 0,68 растом, т. е. падение его количества в нижних листьях. При не­ достатке азота наступает общее падение количества хлорофил­ ла и резкое изменение по ярусам. У некоторых растений листья ]—2 яруса даже отмирают. Эти изменения нами учитывались и при дальнейших опытах. Определения пигментов по вариан­ там проводили в сжатые сроки и в листьях одинаковых яру­ сов. В таблице 2 представлены цифры изменения суммы зеленых пигментов в листьях фасоли в зависимости от уровня питания азотом и характера подкормки. Т а б л и ц а 2 Влияние недостатка питания азотом и подкормки на содержание зеленых пигментов в листьях 1— 2 яруса у фасоли Сумма зеленых пигментов (в мг/ЮО см2 лист. поверхн.) в конце опыта Нормы в начале азота опыта Опрыски­ Подкормка (26/VI) Дата Контроль вание моче­ C a ( N 0 3) 2 виной «под ко­рень» 1 1,55 5/VII 0,56 1,51 1,77 1/4 1,48 10/VII 0,29 1,37 1,07 1/10 1.09 4/VII 0,21 1,35 1,40 Мы видим, что в начале опыта 26/VI только при Ую норме азота содержание хлорофилла заметно уменьшается по сравне­ нию с полным питанием. Через 10— 14 дней содержание хлоро­ филла в листьях сильно падает, особенно при недостатке азота (см. контрольный вариант в конце опыта). У растений же, по- 390 лучивших дополнительное питание, сумма зеленых пигментов остается высокой, т. е. старение листьев задерживается. Суще­ ственных различий между вариантами подкормки мочевиной через листья и корневой подкормки С а ( 1ЧОз)2 не отмечается. Очевидно, в листьях фасоли идет образование хлорофилла за счет дополнительного азотного питания; особенно это можно сказать по отношению к листьям растений с ‘/ю нормы азота, где мы имеем не только задержку разрушения хлорофилла, но даже увеличение его содержания по сравнению с исходным контролем (соответственно 1,35, 1,40 и у контроля 1,09 мг/100 см2 листовой поверхности). Таким образом подтвердились наши визуальные наблюде­ ния, что растения фасоли, получившие внекорневую подкормку, становятся более зелеными, чем без подкормки. В таблице 3 приведены соответствующие цифры для листьев огурцов. Учи- Т а б л и ц а 3 Влияние недостатка азотного питания и характера подкормки на содержание зеленых пигментов в листьях огурцов Сумма зеленых пигментов (в мг/100 см2 лист, поверхности) листья 2 — 3 яруса листья 5 — 6 яруса Нормы Номер азота опыта 1 1 1,58 0,45 1,57 1,52 1,51 1,85 1,39 2 1,51 0,94 1,93 1,35 1,62 1,81 1,70 1/10 1 1,09 0,44 0,43 1,30 0,71 1,03 1,89 2 1,16 0,36 0,40 1,72 0,68 1,15 1,63 тывая, что пожелтение листьев распространяется у огурцов при недостатке азота очень быстро и приводит к опадению нижних листьев, для анализа были взяты листья 2—3 яруса, а также проведено определение суммы зеленых пигментов в листьях, образовавшихся за время опыта (5—6 ярус). Рассматривая цифры, мы видим совершенно различный характер изменений пигментов при подкормке в листьях растений, растущих на пол­ ном питании и при недостатке азота. У растений с полного пи­ тания оба типа подкормки азотом (листовая и корневая) з а ­ держивают старение листьев (2—3 ярус) и несколько увеличи­ вают содержание пигментов в молодых (5—6 яруса) листьях по сравнению с контрольными листьями этих же ярусов. 391 контроль (в начале опыта) контроль (в конце опыта) ... . опрыскивание мочевиной добавление Са ( N 0 3) 2 «под корень» контроль (в конце опыта) опрыскивание мочевиной добавление Са ( N 0 3) 2 « п о д корень» Иную картину мы имеем при недостатке азота. В этом случае за время опыта содержание хлорофилла в листьях конт­ рольных растений резко падает в листьях 2—3 яруса, а в мо­ лодых листьях 5—6 яруса не достигает содержания его в ис­ ходных молодых листьях. Подкормки растений дают разные результаты. Внекорневая подкормка в листьях 2—3 яруса не вызывает никакого увеличения содержания пигглентов. Листья, образовавшиеся за время опыта, 5—б яруса имеют несколько большее количество хлорофилла, чем листья 2—3 яруса к кон­ цу опыта; в этом случае внекорневая подкормка дает некото­ рое, хотя незначительное увеличение содержания пигментов. Следовательно, в листьях растений, испытывающих недостаток питания азотом, не образуется хлорофилл при подкормке их мочевиной, хотя, поступая в них, азот, очевидно, передается в точки роста и развивающиеся из них листья имеют несколько большее количество пигментов. При корневом же поступлении азота мы имеем сильное увеличение суммы зеленых пигментов, как в имевшихся в начале опыта листьях, так и в молодых. Корневая подкормка вызвала увеличение пигментов до уровня их содержания в листьях растений полного питания. Это раз­ личие не может быть связано с формой соединения азота, так как у растений на полном питании в листьях 2—3 яруса как внекорневая подкормка мочевиной, так и корневая C a (N 0 3 ) 2 вызывает одинаковый эффект, задерживая разрушение или усиливая новообразование хлорофилла. Таким образом, анализ зеленых пигментов в листьях расте­ ний, растущих при полном питании азотом и его недостатке, показал, что растения различно реагируют на внекорневое и корневое поступление азота. Фасоль хорошо реагирует на вне­ корневую подкормку, увеличивая содержание пигментов во всех листьях. Растения огурцов при недостатке корневого пи­ тания плохо усваивают азот через листья. Очевидно, недоста­ ток азота вызывает в этом случае глубоко идущие изменения в обмене веществ, которые не восстанавливаются при внекорневой подкормке. В заключение остановимся на вопросе соотношения пигмен­ тов при изменении азотного питания. В ряде работ указывается, что при недостатке азота хлоро­ филл «а» разрушается интенсивнее, чем хлорофилл «б». В таб­ лице 4 приведены полученные нами результаты. Сравнивая величину отношения хлорофиллов у контрольных растений в начале опыта, мы видим уменьшение этого показа­ теля только у огурцов при Ую норме азота. В конце опыта в этом варианте недостаток азота вызывает снижение отношения хлорофиллов до 1,35 у фасоли и 0,80 у огурцов. Очевидно, наряду с общим падением количества хло­ рофилла более быстро разрушается хлорофилл «а». 392 Таблица 4 Изменение отношения хлорофилла «а» к хлорофиллу «б» в листьях 1— 2 яруса у фасоли и огурцов при различном питании азотом 3 конце опы та Нормы Контроль Культура азота (в начале Опрыски­ Подкормка опыта) Контроль вание м о­ Ca (NOj) 2 чевиной «под корень» фасоль 1 2,10 2,73 2,25 2,38 1/10 2,03 1,35 1,76 2,05 огурцы . 2,28 1,80 2.17 2,50 1/10 1,68 0,80 1,66 2,08 При внесении азота внекорневым или корневым путем про­ исходит увеличение отношения пигментов, т. е. идет более быст­ рое образование хлорофилла «а». При корневой подкормке ве­ личина отношения хлорофиллов «а» и «б» увеличивается ин­ тенсивнее, особенно в случае недостатка азота. Вероятно, на синтез хлорофилла «а» оказывает влияние форма азота. Так, например, Са(ЫОз)2 при корневой подкормке наиболее благо­ приятствует образованию хлорофилла «а», на что имеются ука­ зания также в литературе. Выводы 1. Недостаток азота в питательном растворе вызывает раз­ рушение зеленых пигментов в листьях растений, которое увели­ чивается по мере усиления азотного голодания. Разрушение пигментов усиливается также по мере старения листьев. 2. При недостатке азота быстрее разрушается хлорофилл «а», чем «б», что приводит к уменьшению величины отношения указанных пигментов. Подкормка растений азотом вызывает более быстрое увеличение хлорофилла «а». 3. Подкормка растений, растущих на полном азотном пи­ тании, через листья мочевиной и корневая подкормка Са(ЫОз)г приводит к задержке разрушения или увеличению образования зеленых пигментов в нижних листьях. 4. Корневая и внекорневая подкормка растений, растущих при недостатке азота ('/io нормы), оказывает одинаковое влия­ ние на образование пигментов в листьях фасоли, увеличивая их содержание. В листьях огурцов содержание пигментов увели­ чивается только при корневой подкормке. 5. Ответная реакция различных растений на внекорневую подкормку азотом неодинакова и зависит от уровня корневого питания. 393 Л И Т Е РА Т У РА Б а с л а в с к а я С. С. , Б у р к и н а 3. С. и Ф е о ф а р о в а Н. Б. Фотосинтез и содержание хлорофилла в водоросли Scenedesmus quadricauda в за ­ висимости от азотного питания. В кн. «Проблемы фотосинтеза». Изд. АН СССР, 1957. Б у т к е в и ч В. В. Влияние минеральных солей на образование хлорофилла в листьях свеклы. Сб. «Памяти акад. Д. Н. Прянишникова», АН СССР, 1950. В о с к р е с е н с к а я Н. П. Влияние азотного питания и освещения на на­ копление органического вещества и количество хлорофилла «а» и «б» у салата. Докл. АН СССР, т. XVII, № 1, 1949. «Внекорневое питание растений». Сборник переводов из иностранной период. лит. Изд. И Л , 1956. Г а л о ч а л о в а 3. Н. и Ш к у р и н а А. М. Об усвоении растениями азога, вводимого при внекорневых подкормках в лист растения. Изв. Сиб. отд. АН СССР, № 4, 1961. Г р е ч у х и н а О. А. , Т и м о ф е е в а Т. Ф. , Ш е р м а н П. Г. О внекорневой подкормке растений азотом. Тезисы докладов конференции. Корневое питание в обмене веществ и продуктивности растений. 1961. Г р е ч у х и н а О. А. , Т и м о ф е е в а Г. Ф. Влияние внекорневой подкормки растений на поглощение элементов минерального питания корневой системой. Вестник Лен. гос. ун-та, серия биол., № 1, 1961. Д о р о х о в Л. М. Минеральное питание как фактор повышения продуктив­ ности фотосинтеза и урож ая сельскохозяйственных растений. Труды Кишиневского с.-х. ин-та, т. XIII, Кишинев, 1957. П а в л о в A. H. , И в а н о в В. П. , Р а з у в а е в а В. И. Внекорневые под­ кормки кукурузы мочевиной в зависимости от фазы развития расте­ ний, т. 8 , вып. 5, 1961. С а п о ж н и к о в Д. И. , М а е в с к а я A. H. , П о п о в а И. А. Количествен­ ное определение хлорофиллов «а» и «б» при помощи бумажной хро­ матографии. Физиол. раст., т. 6 , вып. 3, 1959. Ч е с н о к о в В. А., Б а з ы р и н а E. H. , Б у ш у е в а Т. М. и И л ь и н ­ с к а я Н. Л. Выращивание растений без почвы. Изд. Лен. ун-та, 1960. Х ь ю и т т Э. Песчаные и водные культуры в изучении питания растении. И зд. И Л , 1956. P i г s o n A. Ernährungs- und Stoffw echselphysio log ische Untersuchungen an Fontinalis und Chlorella. Zeit. f. Botanik, B. 31, H. 4/5. S. 193, 1937. S c h u l z e W. Über den Einfluss der D ü n g u n g auf die B ildung der Chloro- plastenpigm ente Düngung. Zeit. f. Pflanzenernährung. Bodenkunde, B. 79, 1957. О С О Б Е Н Н О С Т И ОТТОКА А С С И М И Л Я Т О В У РАСТЕНИЯ К А Р Т О Ф Е Л Я М. Н. Гончарик Институт экспериментальной ботаники и микробиологии АН БССР В связи с оценкой оттока по методу половинок Сакса, В. А. Чесноков и E. Н. Базырина (1930, 1930а) провели изучение су­ точной динамики оттока у некоторых растений. Изучение оттока по методу Сакса у Petas i t es officinales показало почти полное отсутствие у этого растения ночного оттока. В тех же случаях, когда ночной отток действительно имеется, как, например, у Tussilago Farfara, его интенсивность все время меняется и в 394 первую половину ночи значительно сильнее, чем во вторую. Постепенное ослабление оттока ими было обнаружено у та ­ бака и днем при затемнении. Это позволило авторам заклю­ чить, что отток является функцией избытка в листе ассимилятов. Для того, чтобы получить действительную картину оттока, В. А. Чесноков и E. Н. Базырина применили прием, состоящий из двух определений: привеса сухой массы по методу Сакса и определения истинного фотосинтеза в токе воздуха (с погло­ тителем Базыриной). Разница между величиной истинного фо­ тосинтеза и привеса сухого вещества по методу Сакса и должна дать величину оттока за время исследования. Проведенные такими приемами определения оттока у гороха и картофеля позволили авторам обнаружить у них существен­ ные различия в протекании этого процесса на протяжении су­ ток. У гороха был обнаружен преимущественно дневной отток и его отсутствие ночью, а у картофеля, наоборот, почти исклю­ чительно ночной отток и его отсутствие днем. На основании своих исследований В. А. Чесноков и E. Н. Базырина сделали заключение о наличии у одних растений дневного, а у других — ночного оттока, поставив это в зависи­ мость от характера накапливаемых ассимилятов. У гороха пластическими веществами преимущественно являются раство­ римые углеводы, что и обусловливает дневной отток, скорость которого зависит от интенсивности фотосинтеза. У картофеля преобладают нерастворимые углеводы — крахмал, и этому со­ ответствует ночной отток и его отсутствие при процессе фото­ синтеза. Эти исследования дали основание С. П. Костычеву ввести понятие о наличии у растений двух видов оттока: днев­ ного и ночного. Изучая дневной ход фотосинтеза методом половинок листа Сакса в условиях Крайнего Севера (Игарка) , нам пришлось убедиться в отсутствии оснований относить картофель к расте­ ниям с ночным оттоком. В период незаходящего солнца, когда картофель фотосинтезирует с высокой интенсивностью на про­ тяжении около 20 часов или даже полные сутки, такое пред­ ставление отпадает само собой. Накапливая сравнительно вы­ сокие урожаи клубней за короткий период вегетации, растение картофеля должно транспортировать по проводящим путям ежесуточно большие количества ассимиляторов, что невозможно обеспечить за короткие ночные перерывы фотосинтеза. Прямые определения привеса и оттока методом половинок указали на наличие круглосуточного оттока. Характер кривых оттока и фотосинтеза в дневные часы оказался таким же, как и найденный В. А. Чесноковым и E. Н. Базыриной у гороха, а в ночные часы — аналогичный картофелю. Это можно ви­ деть на приведенном рисунке 1, на котором показан суточный 395 ход фотосинтеза и от­ тока, наблюдавшийся нами в исследованиях 1950— 1952 гг. в Игарке. На наличие у картофе­ ля не только ночного, но и дневного оттока указывают и другие исследователи (Witsch 4.0 und Pommer, 1954). 3.6 Просматривая рис. 1, 3.2 можно видеть, что 2.8 только в одном случае 2M кривая фотосинтеза яв­ 2.0 ляется одновершинной U с дневным максимумом в 14 часов, которому 1 2 соответствует и макси­ o.t мум оттока. В осталь­ OA ных определениях на­ блюдалась дневная де­ прессия фотосинтеза в Ih послеполуденные часы 2.0 (14— 18 час.), которой 1.6 соответствует и ослаб­ ление оттока с мини­ 1.2 мумом в те же часы. 0.8 Наличие дневного 0.6 ослабления фотосинте­ 10 за в условиях Игарки 10 12 /V /6 / S 20 2 2 M X 4 i не могло быть вызвано неблагоприятными внешними условиями. Иаксимум температуры находился в пределах 13— 17° С, и по данным наших исследований Рис. 1. Фотосинтез (----------) и отток ( ---------------- ) у ра­ стений картофеля на про­ тяжении суток в Игарке. I — 16— I7/VII 1951 г.; II — 21— 22/VII 1952 г.; III — 17— 18/VII1 1951 г.; IV — 7 — 8/VII1 1951 г.; V — 31/VIII — 1/1Х I960 г. 396 условия водоснабжения растений были близкими к оптималь­ ным (Гончарик, 1962). А4ожно предполагать, что депрессия фотосинтеза обусловлена ослаблением оттока и вызванного этим избытка в листе растворимых углеводов. й Ч А С fct В Часы Рис. 2 . Суточная динамика крахмала в листьях картофеля в Игарке. А — 16— 17/VII 1954 г.; Б — 13— 14/VII1 1954 г. Такое предположение нашло подтверждение и в наших ис­ следованиях над суточным содержанием крахмала в листьях картофеля (Гончарик, 1960). В этих исследованиях было обна­ ружено, что содержание крахмала, накапливающегося в листьях картофеля, резко падает в наиболее теплые часы дня, соответ­ ствующие дневной депрессии фотосинтеза. Единственной при- 397 чиной такого уменьшения крахмала в эти часы могло быть превращение его в сахар (рис. 2). Этому же периоду суток, как мы видели на рис. 1, соответствует и ослабление оттока, что естественно должно было привести к возрастанию количе­ ства растворимых углеводов в листе, обуславливающих подав­ ление фотосинтеза. Рис. 3. Суточная динамика роста основного стебля картофеля сорта ’Лошицкий’ в усло­ виях гор. .Минска. В последние годы исследования по изучению оттока ассими- лятов у картофельного растения нами проводятся в других эко­ логических условиях — в гор. Минске Белорусской ССР. Изу­ чение суточной динамики растворимых углеводов и крахмала в листовых пластинках картофеля по крахмалу дало ту же закономерность, что и в Игарке, т. е. обнаружено резкое сни­ жение количества крахмала в листьях во второй половине дня, примерно около 18 час. (Гончарик, Русецкая, Маршакова, 1963). Более подробное поярусное изучение суточной динамики уг­ леводов в листовых пластинках и проводящих путях было вы­ полнено в 1962 году (Гончарик, Маршакова, Русецкая, 1963). Для того, чтобы устранить или хотя бы резко уменьшить з а ­ пасы углеводов в тканях паренхимы и эндодермы стеблей и листовых черешков, а также исключить образование ассимиля- тов в результате фотосинтеза хлорофиллоносной ткани, за трое суток до взятия проб черешки листьев и стебли изолировались от света покрытием светонепроницаемым материалом. Пробы 398 брались через каждые два часа, растение разделялось на части по ярусам и фиксировалось жидким азотом. Каждый ярус вклю­ чал три листа, их черешки и соответствующие участки стебля. Пробы брались дважды за вегетацию: в период роста надзем­ ных органов, цветения и начала клубнеобразования 16— 17 июля и второй раз при завершении роста надземных органов, закон­ ченном цветении и усиленном клубненакоплении 25—26 августа. Пробы брались у двух сортов: сеянца 1924—22 и сорта ’Ло- шицкий’. По содержанию углеводов в проводящих путях у сорта ’Ло- шицкий’ 25—26 августа можно видеть, что отток ассимилятов у картофеля в условиях Минска происходит как в ночные, так и в дневные часы, но неравномерно. Высокий в утренние часы отток резко падает в период 11 — 14 часов, после чего снова быстро возрастает, достигая максимума ночью в 23—2 часа. В листовых пластинках у этого же растения содержание угле­ водов на протяжении суток несколько другое. Минимуму раст­ воримых углеводов в проводящих путях соответствует макси­ мум или начало его спада в листовых пластинках. Поэтому резкое падение количества сахаров в проводящих путях не может быть объяснено недостатком их в листьях. Нельзя это объяснить и усиленным использованием ассимилятов из прово­ дящих путей в эти часы на ростовые процессы. Для установления связи между динамикой углеводов в про­ водящих путях и ростом картофельного растения, нами было1 проведено изучение роста надземных органов картофеля при помощи сконструированного нами (на базе гигрографа) росго- графа. Из данных суточной динамики роста стебля, приведен­ ных на рис. 3, можно видеть, что падению оттока в период 11 — 14 час. соответствует минимум ростовых процессов. По-ви­ димому, падение оттока днем вызвано ингибированием фермен­ тативных процессов, обуславливающих поступление ассимилятов из листа в проводящие ткани, связано с изменением внешних условий, или с выработанной в филогенезе ритмикой метаболи- тических процессов листа. Возможно, что это связано с задерж­ кой перевода сахаров в транспортную форму — в их фосфорные эфиры. Наполнение проводящих путей ассимилятами после мини­ мума в 11 — 14 часов происходит за счет уменьшения их коли­ чества в листовых пластинках. Не противоречит этому и дина­ мика углеводов в листьях картофеля сеянца 1924—22. В определениях 16— 17 июня, когда значительная часть ас­ симилятов использовалась растением в надземных органах и в меньшей мере на клубнеобразование, транспорт их по проводя­ щим путям в разных направлениях при частичном использова­ нии на месте на рост, значительно облегчался, сравнительно с более поздним периодом при одностороннем транспорте в под- 399 земные органы. В этот период содержание крахмала в листьях- было незначительным. Но у тех же растений в более поздний период, при одностороннем направлении оттока в клубни, когда проводящие пути могут быть предельно заполнены, значительно повышается роль синтеза и ресинтеза крахмала в регулировке оттока, что приводит к увеличению количества крахмала в листьях. Содержание крахмала, как и количество растворимых углеводов, повышается у листьев по направлению к основанию растений. Это согласуется с ранее сделанным предположением (Гон­ чарик, Русецкая, Маршакова, 1961), что нижние, слабо фото­ синтезирующие листья могут отвлекать на себя какую-то часть ассимилятов из проводящих путей, выводя их из системы от­ тока переводом в крахмал. Это повышает пропускную способ­ ность провдоящих путей и способствует повышению фотосинте- тического процесса. Обращает на себя внимание увеличение количества угле­ водов в листьях в ночные часы (22—2 час.) при отсутствии фотосинтеза и других источников для их образования в самом листе. По-видимому, здесь имеет место приток органического вещества в листья из подземных органов, как это наблюдал А. Л. Курсанов с сотрудниками (1953) у сахарной свеклы. Выводы 1. Отток ассимилятов у картофеля происходит на протяже­ нии всех часов суток при наличии значительных колебаний и минимуме в дневные часы. Разделение на растения с дневным и ночным оттоком вряд ли имеет основание и не зависит от ха­ рактера накапливаемых продуктов в процессе фотосинтеза. 2. Величина оттока определяется не только количеством ас­ симилятов в листе и интенсивностью фотосинтеза. Падение от­ тока у картофеля днем наблюдается и при наличии достаточ­ ных запасов ассимилятов в листе и, по-видимому, определяется условиями метаболизма, превращением ассимилятов в транс­ портабельное состояние (возможно, с образованием фосфорных эфиров сахаров). 3. В период усиленного клубнеобразования в листьях кар­ тофеля наблюдается резко выраженный дневной максимум со­ держания углеводов. В этот период заметно повышается содер­ жание углеводов от верхних листьев к нижним, а также роль синтеза и ресинтеза крахмала в регулировании оттока. Это под­ тверждает высказанное ранее (Гончарик, Русецкая, Маршакова, 1961) предположение, что нижние, слабо фотосинтезирующие листья могут отвлекать на себя часть ассимилятов, выводя их из проводящей системы с переводом в неподвижную форму — 400 крахмал, вследствие чего повышается пропускная способность проводящих путей и фотосинтез. 4. Наблюдаются случаи повышения количества углеводов в листе в ночные часы при отсутствии фотосинтеза. По-види­ мому, здесь имеет место приток органического вещества в ли­ стья из подземных органов, как это наблюдал A. Л. Курсанов с сотрудниками у сахарной свеклы. Л И Т Е РА Т У РА Г о и ч а р и к М. Н. Дневная депрессия фотосинтеза. Сборник ботанических работ. Белор. отд. Всесоюзн. ботан. о-ва. вып. II, Минск, I960. Г о н ч а р и к М. Н. Влияние экологических условий на физиологию куль­ турных растений. Минск, 1962. Г о н ч а р и к М. H. , Р у с е ц к а я Л. П. , М а р ш а к о в а М. И. Отток ассимилятов из листьев картофеля. Бюлл. ин-та биологии АН БССР, вып. VI, Минск, 1961. Г о н ч а р и к М. H. , Р у с е ц к а я Л. П. , М а р ш а к о в а М. И. Суточная динамика углеводов в листьях и черешках картофельного растения. Ботаника. Исследования Белор. отд. Всесоюзн. ботан. о-ва, вып. 5, изд. АН БССР, Минск, 1963. Г о н ч а р и к М. H. , М а р ш а к о в а М. И. , Р у с е ц к а я Л. П. Суточная динамика углеводов в листьях и проводящих путях картофеля в з а ­ висимости от местоположения па растении. Сб. Исследов. по ф изио­ логии и биохимии растений, 1963. К у р с а н о в А. Л. , Т у р к и н а М. В. , Д у б и н и н а И. М. Применение изотопного метода для изучения движения сахаров в растении. Д А Н СССР, т. XCIII, № 6 , 1953. Ч е с н о к о в В. А. , Б а з ы р и н а E. Н. Отток ассимилятов из листа. Изв. АН СССР, сер. VII , № 6 , Л., 1930. T s c h e s n o k o v В. , B a z v r i n a K. Die Ableitung der Assim ilate aus dem Blatt. Planta, A. 11. H. 3, Berlin, 1930a. W i t s c h H. und P o m m e r J. T a g e sg ä n g e der Assimilation gesunder und blattrollkranker Kartoffelpflanzen. Biol. Zbl. 73, H 1/2, 1954. П Р И М Е Р Ы И Н Д У Ц И Р О В А Н Н О Г О С И Н Т Е З А Б Е Л К А В Р А С Т Е Н И Я Х Ю. Г. Молотковский, В. Ф. Морякова Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР Понятие «индуцированный синтез белка» расшифровывается в настоящее время как возникновение специфических белковых молекул под влиянием индуктора, в качестве которого могут выступать химические соединения и физические факторы. От­ крытый вначале на микроорганизмах, индуцированный синтез послужил благодатным объектом изучения механизма синтеза белка. В последнее время появился ряд сообщений, устанавли­ вающих этот феномен и для растительных организмов (Kessler, 26 Заказ .4» 4752 401 Frank-Tishel, 1962; Wimpenny, Ranlett, Gray, 1963; Har tman , Krasna, 1963; Syrett, Merrett , Bocks, 1963). В наших исследованиях мы сделали попытку установить ин­ дуцируемый характер двух явлений: зеленения на свету этио­ лированных проростков и смены дыхательных систем у дисков клубней картофеля, имея целью показать, что физиологические изменения в растении могут быть результатом индуцируемого внешними факторами синтеза новых нуклеиновых кислот и бел­ ков. Такая попытка представляется нам тем более интересной и важной, что индуцируемый характер того или иного процесса (если эта индукция предварительно трансформирована через синтез нуклеиновых кислот и белка) открывает уже теперь ши­ рокие возможности в управлении этим процессом. Тесная взаимосвязь процессов образования хлорофилла, син­ теза белка и нуклеиновых кислот установлена работами ряда исследователей. В процессе зеленения бурное образование хло­ рофилла сопровождается интенсивным включением лейцина-С!4 в белок и аденина-С14 в РНК. В то же время у зеленых объек­ тов, где синтез хлорофилла невелик, включение меченых соеди­ нений незначительно. При этом нуклеотидный состав РНК этио­ лированных и зеленых объектов различен (Brawerman, Char- gaff, 1959а, 1959b; Brawerman, Pogo, Chargaff, 1961). Харак­ терно, что рост хлоропластов, который идет параллельно накоп­ лению хлорофилла при зеленении этиолированных проростков (Brawerman, Pogo, Chargaff, 1961; Mego, Jagendorf , 1961) ,пред­ ставляет собой процесс образования специфических белков. Эти данные позволили предположить, что действием света индуцируется синтез специфической РНК, на базе которой осу­ ществляется синтез белков хлоропластов. Как конечный итог процессов индукции в формирующихся хлоропластах образуется хлорофилл. В данной работе изложены результаты проверки этого пред­ положения с помощью метода ингибиторного анализа. Избира­ тельным воздействием на синтез РН К или белка регулировалась скорость образования хлорофилла на свету. Испытывались: 1) влияние антиметаболитов урацила, тор­ мозящих синтез РНК — азаурацила, тиоурацила, гидразида малеиновой кислоты; 2) стимулирующее синтез РНК действие оснований (все в концентрации 100—200 мг/л); 3) избиратель­ ное торможение синтеза белка хлорамфениколом. Во всех случаях этиолированные проростки бобов Vicia faba в темноте опрыскивались растворами указанных соединений. Контрольные проростки опрыскивались дистиллированной во­ дой. Через двое суток проростки выставлялись под люминес­ центные лампы БС-30 при интенсивности физиологической ра­ диации 11000 эрг/см2/сек. Содержание хлорофилла определя­ лось в ацетоновых экстрактах на спектрофотометре по Ветт- 402 штейну (Wettstein, 1957). Белок определялся по Лоури (Lowry et al., 1951), с предварительным извлечением фенолов ацетоном. Торможение синтеза белка хлорамфениколом почти полно­ стью прекращает образование хлорофилла на свету. Проростки, обработанные хлорамфениколом, оставались на свету бесцвет­ ными в течение нескольких суток. Просмотр срезов листьев под микроскопом обнаруживает разницу в числе, величине и окраске Рис. 1. Влияние хлорамфе- никола на синтез хлоро­ филла в процессе зелене­ ния. Н 20 — контроль; Хл — предварительно обработаны 0,25% раствором хлорамфе- никола. хлоропластов в клетках паренхимы по вариантам. У контроль­ ных проростков крупные, темно-зеленые хлоропласты плотно з а ­ полняют всю клетку, тогда как у опытных проростков слабо- окрашенные хлоропласты располагаются тонким слоем по пери­ метру клетки. Количество и размеры их значительно меньше, чем у контрольного варианта. После первых 9 часов освещения содержание хлорофилла в опытных проростках было не ниже, чем в контрольных, и лишь в дальнейшем разница в содержа­ нии хлорофилла проявлялась все отчетливее (рис. 1). Пред­ ставленные в таблице 1 данные свидетельствуют о том, что об­ работка хлорамфениколом резко тормозит синтез белка (в 2 раза) и образование хлорофилла (почти в 10 раз). 26* 403 Торможение синтеза РН К предварительной обработкой ана­ логами урацила приводит к заметному торможению синтеза хлорофилла при зеленении (табл. 1, рис. 2). При этом наиболь- Т а б л и ц а 1 Влияние хлорамфеникола и тиоурацила на синтез белка и хлорофилла при зеленении Варианты Время освещения (в часах) Белок (в мг) Хлорофилл (в мкг) Вода 39 7.86 116 Хлорамфеникол 3,93 16 Вода 75 4,71 90 Г иоурацил 3,85 38 шее тормозящее действие оказывает тиоурацил и наименьшее гидразид малеиновой кислоты, что, возможно, объясняется ан- тиметаболитическими свойствами аналогов. Под влиянием тио­ урацила в проростках одновременно тормозится синтез белка (табл. 1). с и 6 'г 24 hl г а с ы Рис. 2. Влияние антиметаболитов урацила на синтез хлорофилла в про­ цессе зеленения. Н 20 - контроль; ТУ — предварительно обработаны раствором тиоурацила; ГМК — гидрозида малеиновой кислоты; AY — азаурацила. 404 Таким образом, предварительное торможение синтеза РНК тормозит в последующем на свету синтез белка и хлорофилла. Зависимость синтеза хлорофилла от процесса новообразования нуклеиновых кислот подтверждается и опытами с предвари­ тельной обработкой этиолированных проростков основаниями. Опрыскивание проростков растворами аденина, уранила и смеси оснований усиливало синтез хлорофилла в процессе зеленения (табл. 2). При этом смесь оснований оказывала меньшее влия­ ние, чем раздельное применение аденина и урацила. Т а б л и ц а 2 Влияние пуриновых и пиримидиновых оснований на синтез хлорофилла (в мкг на 100 мг навески) при зеленении Время освещения в часах 42 48 98 Вода 72 79 174 Аленин 89 200 Урацил 91 Смесь: * аденин, урацил, ** + уридин, '**'* + гуанин, цитозин 78*** 80** 182' Представленные данные позволяют заключить, что индуци­ руемое светом образование хлоропластов и, в дальнейшем, хло­ рофилла трансформировано через нуклеиновый и белковый об­ мен. В этом отношении индукция светом синтеза специфических белков хлоропластов и хлорофилла по сути не отличается от индукции образования адаптивных ферментов у микроорганиз­ мов. На основании последних воззрений на механизм индуциро­ ванного синтеза белка (Жакоб, Моно, 1961) можно предполо­ жить, что свет через фотохимические реакции приводит к свя­ зыванию определенного репрессора, в результате чего осво­ бождается в своей активности специфический оперон. В даль­ нейшем через синтез информационной РН К осуществляется син­ тез белков хлоропластов. Сам процесс индукции через фото­ химические реакции проходит очень быстро. Достаточно одной минуты освещения этиолированных проростков красным светом в 660 ммк, чтобы в дальнейшем вызвать заметный рост хлоро­ пластов (Mego, Jagendorf, 1961). После того, как индукция произошла, образование хлоропластов и биосинтез хлорофилла в них происходит на основе непрерывно действующей системы: информационная РН К — синтез белка. Прерывание в этой цепи синтеза РН К (в наших опытах действием аналогов урацила) , либо синтеза белка (действием хлорамфеникола) тормозит об­ разование хлоропластов и биосинтез хлорофилла. Следующим объектом исследований было взято возникнове­ ние цианидустойчивого дыхания у дисков клубней картофеля в процессе «старения». Диски толщиной в один мм после 24-ча- 405 сового пребывания во влажной атмосфере в результате свое­ образного «старения» обнаруживают резкое возрастание интен­ сивности дыхания, устойчивого к цианиду, в то время как у све- женарезанных дисков дыхание заметно отравляется цианидом. В результате исследований ряда авторов было установлено, чго в свежих тканях клубней картофеля обычная цитохромная си­ стема, чувствительная к цианиду, составляет примерно 70% тер­ минальных оксидаз (Mapson, Burton, 1962). По мере старения возникает обходной путь электронов через цитохром В7 (В7- шунт), не подавляемый цианидом (Hackett, 1961). Интересно, что развитие этого пути электронов тесно связано с синтетиче­ скими реакциями, и прекращение притока энергии для биосин­ теза приостанавливает развитие цианидустойчивого дыхания (Hackett, Haas, Griffiths, Niederpruem, 1960). Это в сущности пример смены дыхательных систем, т. е. широко распростра­ ненного явления, играющего важную роль в самых различных физиологических процессах. В наших опытах исследовалось, как сказывается на разви­ тии цианидустойчивого дыхания торможение синтеза белка и реакций переаминирования. Для этого диски клубней картофеля помещались на 24 часа на фильтровальную бумагу, смоченную растворами соответствующих ингибиторов. Контрольные пробы выдерживались на дистиллированной воде. Торможение синтеза белка хлорамфениколом заметно угне­ тает возрастание дыхания в процессе «старения» и развитие его цианидустойчивой части (табл. 3). Т а б л и ц а 3 Влияние хлорамфеникола и тубазида на развитие цианидустойчивого дыхания у дисков клубней картофеля (в мкл 0 2 на 1 г за 30 мин.) 24 час. 24 час. опытные Свежие контрольные клубни, обработанные клубни клубни 0 ,2% хлорамфени­ колом 0 40 101 71 Ю-з М KCN 16 100 38 с'/с ингибирования 61 0 47 4 - 1 0 - 2 М тубазидом 0 34 100 38 ' 10-3 м KCN 0 62 10 % ингибирования 100 38 74 Предшествующее синтезу белка образование аминокислот связано с интенсификацией реакций переаминирования. Доста­ точно специфическим ингибитором трансаминаз является, по данным А. Е. Браунштейна (Браунштейн, Азарх, 1957), тубазид (изоникотинилгидразид) . Действие тубазида на развитие устой- 406 чивого к цианиду дыхания аналогично действию хлорамфени- кола (табл. 3). Эти данные с несомненностью указывают, что появление в результате «старения» дисков новой системы дыхания есть ре­ зультат синтеза белков de novo , а не активации предсущество- вавших ферментов. Поскольку синтез белка, как правило, заметно стимулирует­ ся при введении экзогенных источников азота, были проведены опыты с выдерживанием дисков на 0,01 М растворе глютамата натрия. Результаты приведены в таблице 4. Свежие диски з варианте с глютаматом натрия показали интенсивность дыха­ ния, равную с контролем. Т а б л и ц а 4 Влияние глютамата натрия на развитие цианидустойчивого дыхания (в мкл 0 2 на I г за 30 мин •) свежие свежие клубни + 24 час. 24 час. -j- 24 час. + клубни глютамат контроль глютамат глютамат тубазид 0 19 20 80 94 57 1 0 -3 м KCN 0 0 56 62 27 % ингибиро­ вания 100 100 30 30 52 Но через 24 часа на глютаминовой кислоте дыхание дисков заметно увеличилось по сравнению с соответствующим контро­ лем. Это говорит о том, что усиление дыхания на глютамате через 24 часа связано отнюдь не с использованием глютамино­ вой кислоты как субстрата дыхания, так как в противном слу­ чае усиление дыхания на глютамате было бы обнаружено и на свежих дисках. Усиление дыхания через 24 часа на глютамате связано с усилением синтеза белка. Подтверждением этому служит вариант с торможением переаминирования тубазидом: стимулирующее действие глютамата в этом случае было сняго полностью. Представленные данные свидетельствуют о том, что подъем дыхания при 24-часовом «старении» дисков клубней картофеля, сопровождающийся увеличением доли цианидустойчивого ды­ хания, связан с новообразованием белка. Вначале идет накоп­ ление необходимых для синтеза аминокислот: на этой стадии процесс можно стимулировать введением глютамата и подав­ лять тубазидом. Затем происходит биосинтез белковых компо­ нентов новой цепи транспорта электронов, не подавляемой циа­ нидом. На этой стадии процесс тормозится хлорамфениколом. 407 В данном случае нельзя строго определить индуцирующий ф ак­ тор. Скорее всего можно говорить о смене систем дыхания в связи с раневыми реакциями. Но несомненным является то, что эта смена есть результат новообразования белков, входящих в состав вновь возникающей системы дыхания. Л И Т Е РА Т У РА Б р а у н ш т е й н A. E. , А з а р х Р. М. Влияние подавления реакций пере- аминирования на синтез аминокислот. Биохимия, 22, № 1— 2, 430— 438, 1957. Ж а к о б Ф. , М о н о Ж . Детерминация и специфическая регуляция синтеза белков. Материалы V М еждунар. бнохим. конгресса. Симпозиум I, стр. 3— 19, 1961. B r a w e r m a n G. , C h a r g a f f E. C hanges in protein and ribonucleic acid during the formation of chloroplasts in Euglena gracilis. Biochcm. et Biophys. Acta, 31, N 1, 164— 171, 1959a. B r a w e r m a n G. , C h a r g a f f E. Reaction of ribonucleic acid to the photo­ synthetic apparatus in Euglena gracilis. Biochem. et Biophvs. Acta, 31, N 1, 172— 177, 1959b. B r a w e r m a n G. , P o g o A. O. , C h a r g a f f E. Synthesis of nover ribonuc­ leic acid and proteins during chloroplast formation in resting Euglena cells. Biochem. et Biophvs. Ac\.a, 48, N 2, 418— 420, 1961. H a c k e t t D. P. , H a a s D. W. , G r i f f i t h s K. K., N i e d e r p r u e m D. A. Studies on development of cyanide-resistant respiration in potato tuber slices. Plant Physiol., 35, N 1, 8— 19, 1960. H a c k e t t D. P. Oxidation m echanism s in plant mitochondria. Recent Advances in Botany, v. 2, 1186— 1190. 1961. H a r t m a n H. , K r a s n a A. I. Studies on the «adaptation» of hydrogenase in Scenedesmus. J. Biol. Chem., 238, N 2, 749, 1963. J a c o b F., M o n o d J Genetic regulatory m echanism s in the synthesis of pro­ teins. J. molecular Biol., 3, N 3, 318— 356, 1961. K e s s l e r B. , F r a n k - T i s h e l J. Dehydration-induced synthesis of nucleic acids and chang in g of composition of ribonucleic, acid: a possible protective reaction in drought-resistant plants . Nature, 196, N 4854, 542— 543, 1962. M a p s о n, L. W.. B u r t o n , W. G. The terminal ox idases of the potato tuber. Biochem. J., 82, N 1, 19— 25, 1962. L о w г у O. H., R o s e n b r o u g h M. J., F a r r A. L., R a n d a l l R. L. Protein measurement with Folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 193, N 1, 265— 275, 1951. M e g o J. L., J a g e n d o r f A. T. Effect of light on growth of black Valentine bean plastids. Biochem. et Biophys. Acta, 53, N 2, 237, 1961. S у r e 11 R. J., M e r e 11 M. J., B o c k s S. M. E nzym es of the g lyoxylate cycle in Chlorella vulgaris. J. Exptl. Bot., 14, N 41, 249— 264, 1963. W e t t s t e i n D. Chlorophyll-letale und der submicroscopische Formwechsel der Plastiden. Exptl. cell res., 12, N 3, 427— 506, 1957. W i m p e n n у J. W., R a n 1 e 11 M., G r a y C. T. Repression and derepression of cytochrome biosynthesis in Escherichia coli. Biochem. et Biophvs. Acta, 73, N 1, 170— 172, 1963. 408 В Л И Я Н И Е И Н Т Е Н С И В Н О С Т И О С В Е Щ Е Н И Я НА П И Г М Е Н Т Н У Ю СИСТЕМУ И О Б Р А З О В А Н И Е П О Л И Ф О С Ф А Т Н Ы Х Н У К Л Е О Т И Д О В У Р А С Т Е Н И Й КУК У Р У З Ы н. Д . Сакало Украинская сельхозакадемия Блестяще проведенными экспериментами К. А. Тимирязев показал, что солнечные лучи, поглощаемые хлорофиллом расте­ ния, превращаются в другой вид энергии. «Жизнь растения, — писал он, — представляет постоянное превращение солнечного луча в химическое напряжение.» Особенно значительные успехи в области исследования ме­ ханизма и энергетики фотосинтеза достигнуты в последнее деся­ тилетие (Арнон, 1949; Годнев, Терентьев, 1951; Теренин, 1951; Калвин, 1962; Красновский, 1962). Исследованиями Д. Арнона и др. (1961) показано, как в процессе циклического и нециклического фосфорилирования в световой стадии фотосинтеза солнечная энергия превращается в энергию органических соединений. При этом образуется силь­ ный восстановитель, которым является восстановленный трифос- фопиридиннуклеотид (ТПН-Н2), и аденозинтрифосфат (АТФ) — соединение богатое макроэргическими связями. Затем продук­ ты фотофосфорилирования используются в темновых реакциях при ассимиляции углерода растением. Установлено, что основ­ ное количество АТФ образуется в световой стадии фотосинтеза при непосредственном участии хлорофилла (Арнон, 1959; Ле- нингер, 1962; Калвин, 1962). В связи с этим представляет инте­ рес выяснение взаимосвязи между интенсивностью освещения, содержанием пигментов, синтезом органического вещества и образованием богатых макроэргическими связями полифосфат- ных нуклеотидов. Известно, что увеличение интенсивности света повышает продуктивность фотосинтеза лишь до определенного предела (Тимирязев, 1948; Ван дер Вин, Мейер, 1962). Притом, у тене­ вых растений увеличение интенсивности фотосинтеза отмечено при повышении мощности светового потока до 1000 кал/дм2 час, а у световых — до 2500 кал/дм2 час. При дальнейшем увеличе­ нии интенсивности света продуктивность фотосинтеза остается на том же уровне (Лебедев, 1961). Повышение интенсивности света сказывается аналогично и на биосинтезе пигментов у ра ­ стений (Кахнович, 1960). С целью изучить влияние характера освещения на рост, раз­ витие, пигментную систему и образование полифосфатных нук­ леотидов у растений кукурузы, нами в 1963 году был проведен вегетационный опыт в почвенных культурах с гибридной куку­ рузой ВИР-25. 409 Т а б л и ц а 1 Распределение суммарной солнечной радиации по вариантам опыта (по данным Киевской Гидрометеорологической станции) м а й и ю н ь и ю л ь а в г у с т с е н т я б р ь кал/см2 кал/см2 кал/см2 кал/см2 кал/см2 Вариант за свето­ % от 1-го за свето­ % от 1-го за свето­ % от 1-го за свето­ % от 1-го за свето­ % от 1-го вой день варианта вой день варианта вой день варианта вой день варианта вой день варианта (средн.) (средн.) (средн.) (средн.) (средн.) 1-й 524,5 100 601,0 100 569,5 100 509,0 100 П-й 405,0 77,5 470,2 78,8 453,2 80,0 418.5 82.2 _ _ Ш -й 168,7 32,3 168,8 28,1 155,2 27,4 129,0 25,3 81,7 — кал/см2 % от 1-го кал/см2 % от 1 -го кал/см2 кал/см2 кал/см2час варианта час варианта час % от 1-го варианта час % от 1 -го % от 1 -го (средн.) (средн.) (средн.) (средн.) варианта час (средн.) варианта 1-й 32,7 100 37,6 100 35,5 100 31,8 100 П-й 45,0 137,7 52,3 139,1 50,4 142,0 46,5 146,0 — — Ш -й 18,7 57.3 18,7 49,8 17,3 48,6 14,4 45,1 9,1 — Длина вегетационного ккал/см2 за % от 1-го кал/см2 за свет, % от 1-го кал/см2 час % от 1-го периода вегет. период варианта день (средн.) варианта (средн.) варианта 107 59,2 100 558,7 100 34,6 100 ' 81 ' 36,3 61,3 448,5 81,0 49,8 143,9 127 18,0 30,4 142,1 25,7 15,8 45,7 Схема опыта была следующей. 1-й вариант — освещение в течение всего светлого периода суток, продолжительность освещения 16 часов (контроль). 2-й вариант — интенсивное освещение (с 9 до 18 часов), продолжительность освещения 9 часов. 3-й вариант — малоинтенсивное освещение (с 4—5 до 9 час. и с 16 до 20—21 часа), продолжительность освещения 9— 10 часов. Согласно работам Г. А. Тихова (1934), Е. А. Кринова (1939), спектральный состав суммарной солнечной радиации, получае­ мой горизонтальной поверхностью, практически не зависит от высоты солнца и остается неизменным в течение дня. С умень­ шением высоты солнцестояния утром и вечером (вар. 3) про­ исходит постепенное обеднение солнечной радиации сине-фиоле- товыми лучами, в результате чего наблюдается покраснение солнечной радиации. Вместе с тем, при уменьшении высоты солнца возрастает относительная доля в суммарной радиации рассеянного света, более богатого сине-фиолетовыми лучами. Возрастание коротковолновой рассеянной радиации в утренние и вечерние часы компенсирует ослабление радиации сине-фио­ летового участка спектра солнца. При освещении с 9 до 18 ча­ сов (вар. 2) возрастает количество коротковолновых лучей в прямой солнечной радиации, но процент рассеянной радиации, богатой коротковолновыми лучами, в составе суммарной сол­ нечной радиации падает до нуля. Таким образом, спектральный состав суммарной солнечной радиации не претерпевает при из­ менении высоты солнца (от 10 до 70°) сколько-нибудь суще­ ственных изменений (Кондратьев, 1954). С уменьшением высо­ ты солнца интенсивность как прямой, так и рассеянной солнеч­ ной радиации резко падает. Спектральный состав и интенсив­ ность суммарной солнечной радиации зависят также от состоя­ ния атмосферы. В таблице 1 приведены данные распределения суммарной солнечной радиации в период вегетации кукурузы с мая по сен­ тябрь 1963 года. При освещении с 9 до 18 часов (вар. 2-й) ра­ стения кукурузы получили за вегетационный период на 25—40% меньше суммарной радиации, чем растения 1-го варианта. Од­ нако растения 2-го варианта освещались ежедневно по 9 часов более мощным потоком суммарной солнечной радиации, кото­ рая составляла 137— 148% от интенсивности светового потока в кал/см2/час на растения 1-го варианта, освещаемые по 16 часов в сутки. Кукуруза утренне-вечернего освещения (вар. 3), не­ смотря на более длинный вегетационный период (127 дней), по­ лучила за период развития всего 30% от суммарной солнечной радиации, полученной растениями 1-го варианта. Интенсивность потока суммарной солнечной радиации в кал/см2/чаС в период 9-часового утренне-вечернего освещения была наполовину ниже, 411 Т а б л и ц а 2 Средняя высота и площадь листьев одного растения кукурузы Полное солнечное освещение Освещение с 9 до 18 часов Освещение с < - 5 до 9 час. (контроль) (вар. 2) и с 16 до 2 0 —2 часов (вар. 3) Д а та о п р ед е ­ лении % от % от '% от % от % от '% отсм2 конт­ см конт­ см2 конт­ см конт­ см2 конт­ см конт­ роля роля роля роля роля роля 27/V 109,6 100 31,8 100 93,1 84,8 29,0 93,6 51,2 46,1 23,5 75,8 6/VI 294,8 100 48,8 100 260,1 88,2 46,3 94,9 88,9 30,2 36,6 75,0 21/VI 1490,5 100 100,0 100 1132,3 75,9 97,0 97,0 305,4 20,4 48,0 48,0 5/VII 2322,0 100 120,0 100 1969,5 84,4 110,0 91,7 941,6 40,5 65,0 54,2 12/VII 2906,0 100 — — 2848,5 98,0 — — 1417,2 34,7 85,0 — 24/VII 2907,4 100 149,0 100 2739,4 94,2 127,0 85,2 1825,1 62,8 98,0 65,8 8/VIII 2502,4* 100 170,0 100 2115,2* 96,2 164,0 96,5 1902,0 76,0 100,0 58,8 Примечание: уменьшение листовой поверхности связано с отмиранием нижних листьев в конце вегетационного периода. чем при 16-часовом освещении (вар. 1), и в три раза меньше, чем при освещении с 9 до 18 часов (вар. 2). Как видно из таблицы 2, рост и развитие листовой поверх­ ности у растений кукурузы, освещаемых с 9 до 18 часов не­ сколько отставали от растений контрольного варианта, осве­ щаемых в течение всего светлого периода суток. Наступление фаз развития у этих двух вариантов шло одновременно до фазы выметывания метелки. Последняя наступила у растений с уко­ роченным полдневным освещением на 5 дней раньше, чем при Рис. 1. Растения кукурузы при различ­ ной интенсивности освещения. Вариант 1-й, полное солнечное осве­ щение (сосуд № 4). Вариант 2-й, ин­ тенсивное освещение с 9 до 18 часов (сосуд № 25). Вариант 3-й, малоинген- •*. сивное освещение с 4 — 5 до 9 час. и с 16 до 20— 21 часа (сосуд № 13). 16-часовым освещении. Дальнейшее развитие под влиянием уко­ роченного светового дня с более мощным потоком суммарной солнечной радиации в кал/см2час ускорилось и вегетация з а ­ кончилась на 20 дней раньше, чем у растений контрольного ва ­ рианта. Освещение кукурузы в утренне-вечерние часы (вар. 3) в течение 9-ти часов вызвало сильное угнетение роста (табл. 2, рис. 1). Так, площадь листовой поверхности в период между 413 4^ Таблица 3 Динамика содержания пигментов (в мг на 1 м2 листовой поверхности) Освещение с 4 — 5 до 20— 21 часов Освещение с 9 до 18 часов Освещение с 4— 5 до 9 часов и с Д а т а (вар. 1) (вар. 2) 16 до 20 —21 часов (вар. 3) оп р ед е ­ лений х л о р о ­ х л ор о­ ксанто­ хл оро­ хлоро­ филл «а» филл «б» филл каротин филл филл ксанто­ филл каротин хл оро­ хл оро­ ксанто­ «а» «б» филл «а» филл «б» филл каротин 27/V 208,8 56,5 33,1 19,6 168,2 68,4 35,6 21,0 103,9 27,6 19,2 13,0 6/VI 237,4 84,0 75,1 27,6 214,1 67,1 66,4 30,0 130,4 40,8 33,8 17,2 21/VI 120,4 35,6 31,3 15,6 135,0 50,0 31,4 17,2 61,9 23,1 11,3 6,7 5/VII 161,7 52,1 36,6 24,1 124,4 50,9 37,1 22,3 66,6 29,8 12,5 9,6 12/VII 101,8 30,3 20,7 16,0 115,4 42,6 23,9 17,4 65,6 27,4 14,1 9,6 24/VII 247,4 72,3 52,1 29,1 242,4 76,6 48,2 26,8 82,2 36,9 15,7 12,1 8 /V 11 230,4 64,9 38,7 24,3 242,4 72,1 42,1 24,9 76,1 36,3 11,3 11,2 Фаза развитии 5 лист. 208,8 56,5 33,1 19,6 168,2 68,4 35,6 21,0 130,4 40,9 33,8 17,2 10 лист. 120,4 35,6 31,3 15,6 135,0 50,0 31,4 17,2 66,6 29,8 12,5 9,6 12 лист. 161,7 52,1 36,6 24,1 124,4 50,9 37,1 22,3 65,6 27,4 14,1 9,6 выметыв. метелки 101,8 30,3 20,7 16,0 115,5 42,6 23,9 17,4 76,1 11,3 1U2 цветен. метелки 247,4 72,3 52,1 29,1 242,4 76,6 48,2 26,8 119,8 42,5 21,8 15,8 фазами в 5— 15 листьев составляла всего 20—30% от контроля. Фазы развития наступали на 20—30 дней позже, чем у расте­ ний контроля и 2-го варианта. К концу вегетации растения 3-го варианта вступили лишь в фазу цветения нитей и начали усы­ хать. Содержание пигментов определялось в течение вегетацион­ ного периода через 10— 15 дней, бралась средняя проба со всех фотосинтезирующих листьев. Пигменты разделялись на хлоро­ филл «а», хлорофилл «б», ксантофилл и каротин методом бу­ мажной хроматографии, расчет произведен в мг на 1 м2 листо­ вой поверхности (табл. 3). Из таблицы видно, что сокращение светового дня до 9-ти часов за счет исключения утренне-вечер- него освещения не угнетает синтез хлорофилла «а», ксантофил­ ла по сравнению с растениями кукурузы, произрастающими при полном солнечном освещении. Кривые, характеризующие содержание пигментов в мг на 1 м2 листовой поверхности у ра ­ стений кукурузы 1-го и 2-го вариантов, идут на одном уровне, несколько раз пересекаясь (рис. 2, 3). Содержание же хлоро­ филла «б» во всех определениях выше у растений 2-го варианта. О положительном влиянии интенсивного 9-часового освещения по сравнению с 16-часовым полным солнечным освещением на синтез хлорофилла «б» говорят и меньшие величины отношений хлорофилла «а» : «б» у растений 2-го варианта. При утренне-вечернем освещении с интенсивностью света 25—30% от дневного потока суммарной солнечной радиации растения кукурузы имели почти наполовину меньшее содержа­ ние всех пигментов по сравнению с растениями двух предыду­ щих вариантов. Содержание богатых энергией полифосфатных нуклеотидов определялось по суммарному количеству фосфора макросвязей АТФ, АДФ, УТФ, УДФ. Выделение кислоторастворимой фрак­ ции нуклеотидов производилось по методике Р. Беркгвиста (1956) с учетом модификаций, предложенных Институтом фи­ зиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР. Для ана­ лиза бралась средняя проба листьев кукурузы, отпрепарирован­ ных от средней жилки. Ткань быстро замораживалась твердой углекислотой. Кислоторастворимые органические фосфаты экс­ трагировались 7— 10% НСЮ 4. Путем посадки на уголь марки «Карболен» ОУ ГОСТ 4453-48 нуклеотиды очищались от ве­ ществ ненуклеотидной природы. Элюцию нуклеотидов с угля проводили 0,5% амиаком в 25° этаноле. В работе О. А. Павли- новой (1962) указывается, что в полученной таким образом фракции нуклеотидов основную массу составляют моно-, ди-, три-аденозин и уридин фосфаты. Цитидины и гутанины содер­ жатся в этой фракции в виде следов. Отщепление от нуклеоти­ дов остатков фосфорной кислоты, находящейся в положении 2 и 3, происходит после 7-минутного гидролиза с 2 N НС1 при 415 100°С (Берквист, 1956;Умбрейт и др., 1951). В растении при раз­ рыве этих связей выделяется энергия, используемая в реакциях образования углеводов. Концентрация фосфора после гидролиза определялась колориметрическим способом по Фиске-Суббороу х л о р о ф и л л „ а ХЛОРОФИЛЛ пг, 100 | 2 1 V 6.VI £1.\л S'.ViHZvi ' A $ vill Z4,\J о ,vi äi.m/ 5T.VH \l\in 1Н\1к 5. vi Рис. 2. Динамика содерж ания хлорофиллов (в мг на 1 м2 листовой поверхности). ] — вариант 1-й, полное солнечное освещение; II — вариант 2-й, интен­ сивное освещение с 9 до 18 часов; III — вариант 3-й, малоинтенсивное освещение с 4 — 5 до 9 час. и с 16 до 20— 21 часа. КАРОТИН Ь мш 21м G vi < i vi 6" w i l,w vii а u>ii ЛЛТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЙ Рис. 3. Динамика содержания каротиноидов (в мг на 1 м2 листовой поверхности). ] — вариант 1-й, полное солнечное освещение; II — вариант 2-й, интен­ сивное освещение с 9 до J8 часов; III — вариант 3-й, малоинтенсивное освещение с 4— 5 до 9 час. и с 16 до 20— 21 часа. 416 (1951). Вносил ись поправки на возможные примеси и наличие неорганического фосфора в исходном растворе путем его коло- риметрирования с реагентами на Р без предварительного гид­ ролиза. Из таблицы 4 видно, что растения 9-часового освещения (вар. 2) имеют такое же содержание веществ, богатых макро- эргическими связями, что и кукуруза при полном солнечном освещении (вар. 1). В определении, проведенном 15 июля, фос- Т а б л и ц а 4 Содержание фосфора макросвязей нуклеотидов в листьях кукурузы мг Р на 1000 г сырого в-ва у Р на одно растение Дата в % от 1-го варианта в % от 1-го варианта опреде­ лении в а р и а н т ы 1-й 2-й 3-й 1-й 2-й 3-й 5.05 3.58 129 12/VI 100 — 69.2 100 — — 5.10 4.97 3.56 312 309 87 15/VII 100 97.4 70.8 100 99,1 27,9 5.13 5.34 3.87 322 334 82 19/VIII 100 105.6 71.7 100 103,7 25,5 ф а з а р а з в и т и я — ц в е т е н и е м е т е л к и 5.10 4.97 3.99 312 309 174 100 97.4 78.8 100 99,1 55,8 фор макросвязяй составлял у растений 2-го варианта 97,4%, а 19 августа — 105,6% по сравнению с растениями 1-го варианта. При 9-часовом малоинтенсивном освещении (вар. 3) содержа­ ние Р в мг на 1000 г сырого вещества значительно снижается и колеблется в пределах 69,2—71,7% от его содержания у ра­ стений 1-го варианта. Аналогичная зависимость содержания по- лифосфатных нуклеотидов от характера освещения кукурузы отмечена также в одной и той же фазе развития. Так, в фазе цветения метелки отличия между растениями кукурузы, выра­ щенными при полном солнечном освещении (вар. 1) и освеще­ нии с 9 до 18 час. (вар. 2) незначительны и составляют соот­ ветственно в мг Р на 1000 г сырого вещества — 5,10 и 4,97 и в уР в листьях растения — 31,2 и 30,9. Девятичасовое малоин­ тенсивное освещение (вар. 3) снижает содержание Р макросвя­ зей в мг на 1000 г сырого вещества листьев кукурузы на 22% 27 Заказ № 4752 417 по сравнению с 1-м вариантом. Особенно резко уменьшается количество Р в листьях одного растения, составляя 50—55% ог его содержания в листьях кукурузы двух предыдущих вариан­ тов. В этих же растениях кукурузы определялось накопление су­ хого вещества по периодам развития. Из таблицы 5 видно, что накопление сухого вещества в г/см2 в сутки в течение вегетационного периода у растений 9-часового освещения (вар. 2) составляло 89,5—99,9% от прироста у ра­ стений полного солнечного освещения (вар. 1). Т а б л и ц а 5 Прирост сухого вещества (в г на 1 м2 листовой поверхности в сутки) В а р и а н т ы „ Фаза 1-и 2 -й 3- й развития г/м2 % от 1-го г/м2 % от 1 -го % от 1 -го варианта варианта г/м2 варианта 5 — 10 листьев 8,3 100 7,6 91,6 2,2 26,6 перед цветением 18,6 100 18,1 99,9 3,9 20,9 после цветения 11,4 100 10,2 89,6 1,7 14,9 В условиях 9-часового утренне-вечернего малоинтенсивного освещения (вар. 3) образование полифосфатных нуклеотидов снижается всего на 28—31%, тогда как прирост сухого веще­ ства уменьшается значительно — на 75—85% по сравнению с растениями 1-го варианта. По-видимому, энергия макроэргиче- ских связей АТФ и АДФ при слабой интенсивности солнечной радиации и вследствие этого пониженной температуры не ис­ пользуется для синтеза органических веществ в такой степени, как это наблюдается при полном солнечном освещении. Результаты наших исследований позволяют сделать следую­ щие выводы. 1. На рост и развитие растений кукурузы значительное влияние оказывает интенсивность суммарной солнечной радиа­ ции. 2. Интенсивное 9-часовое освещение (с 9 до 18 часов) поло­ жительно влияет на развитие, несколько тормозит рост и накоп­ ление органического вещества и действует на биосинтез хлоро­ филла «а», ксантофилла, каротина и образование полифосфат­ ных нуклеотидов у растений кукурузы так же, как и освещение в течение всего светлого периода суток. 3. 9-часовое утренне-вечернее малоинтенсивное освещение отрицательно сказывается на росте, развитии, синтезе пигмеи- 418 тов, образовании богатых макроэргическими связями соедине­ ний и накоплении органической массы у растений кукурузы. 4. Накопление полифосфатных нуклеотидов зависит от ин­ тенсивности освещения и коррелирует с содержанием пигментов в листьях кукурузы. Работа проводилась под руководством доктора биологиче­ ских наук, профессора С. И. Лебедева. Л И Т Е РА Т У РА В а н д е р В и н Р., М е и е р Г. Свет и рост растений. Изд. с. х. лит., журн. и плакатов. М., 1962. Г о д н е в Т. H., Т е р е н т ь е в В. М. Влияние светового режима на ф орм и­ рование ппгментов и рост сеянцев некоторых пород. Сб. научн. тр. ин-та биологии АН БССР, 2, 1961. К а л в и н М., Б а с с е м Д ж . А. Путь С 0 2 в фотосинтезирующем растении. Тр. пятого международного биохимического конгресса. Механизм ф о ­ тосинтеза. Симпозиум VI. Изд. АН СССР, М., 1962. К а х и о в и ч Л. В. О накоплении хлорофилла «а» и «б» и изменении раз­ меров и количества хлоропластов в листьях репы в зависимости от разнокачественности света. Доклады АН БССР, т. 4, № 6, 1960. К р а с н о в с к и й А. А. Фотохимия хлорофилла, состояние и превращение пигментов фотосинтезирующих организмов. Тр. пятого м е ж ду н а р о д ­ ного биохимического конгресса. Механизм фотосинтеза. Симпозиум VI. Изд. АН СССР, М., 1962. К о н д р а т ь е в К. Н. Лучистая энергия солнца. Гидрометеоиздат, Л., 1954. К р и н о в Е. А. Спектральная дневная освещенность горизонтальной поверх­ ности в пределах инфракрасной области спектра. Исслед. по фото­ метр. и сенсиометр. Сб. Ц Н И И ГАЙК, № 1, 1939. Л е б е д е в С. И. Фотосинтез. Изд. УСХА, Киев, 1961. Л е н и н г е р А. Превращение энергии в клетке. Живая клетка. Изд. ИЛ., М., 1962. II а в л и н о в а О. А., А ф а н а с ь е в а Т. П. Кислоторастворимые нуклеотиды и фосфорнлированные сахара проводящих тканей' сахарной свеклы. Физиол. растений, т. 9, вып. 2, 1962. Т е р е н и н А. П. Фотохимия хлорофилла и фотосинтеза. Баховское чтение. Изд. АН СССР, М., 1951. Т и м и р я з е в К. А. Избранные сочинения, т. 1, 2, М., 1948. Т и х о в Г. А. Спектральная освещенность горизонтальной поверхности. Сб. статей по аэрофотометрни, № 1, 1934. У м б р е й т В. В. и др. Манометрические методы изучения тканевого о б ­ мена. Изд. ИЛ., М., 1951. А г п о п D a n i e l I. Conversien of light into chemical energy in P ho to ­ synthesis. Nature, vol. 184, N 4679 (10— 21), Saturday, July 4, 1949. B e r g k v i s t R o l f . The acid-soluble nucleotides of wheat plants. Acta chemica Scandinavica 10 (1956), 1956. 419 О П Р О Ч Н О С Т И С В Я З И Х Л О Р О Ф И Л Л А С Б Е Л К О М У Н Е К О Т Р Ы Х С И Н Е - З Е Л Е Н Ы Х В О Д О Р О С Л Е Й JI. А. Сиренко Киевский госуниверситет им. Т. Г. Шевченко В последние годы исследователи начинают уделять все боль­ ше внимания изучению вопросов физиологии и биохимии низ­ ших растений, в частности водорослей. Анализ литературы по­ казывает, что основная часть работ этого направления посвя­ щена зеленым водорослям, которые с каждым днем все более привлекают внимание самых различных специалистов. Это объ­ ясняется не только тем, что зеленые водоросли являются пре­ красным объектом для решения ряда теоретических вопросов, но и все более широким использованием их в народном хозяй­ стве в качестве источника добавочной белково-витаминной био­ массы, ценных метаболитов и химического сырья, как способа обеспечения кислородом замкнутого пространства и регенерации отходов производства. Опыт массового культивирования зеле­ ных водорослей в различных странах доказал перспективность введения их в промышленную культуру. Наряду с выращиванием зеленых водорослей в недалеком будущем значительную перспективу будет иметь промышленное выращивание представителей других водорослей, в частности диатомовых и сине-зеленых. Последние, как известно, играют большую роль в создании плодородия почв, благодаря их уди­ вительной способности осуществлять фотосинтез наряду с азот- фиксацией, что открывает значительные перспективы в создании благоприятного азотного баланса на влажных почвах и в усло­ виях орошаемого земледделия. Кроме того, сине-зеленые водо­ росли могут быть добавочным эффективным источником разно­ образных азотистых соединений, витаминов и антибиотиков. И, наконец, эта интересная, но мало изученная группа растений может дать науке новые важные теоретические открытия в об­ ласти фотосинтеза и азотфиксации, в разработке природы стой­ кости растений к воздействию неблагоприятных условий внеш­ ней среды, в вопросах токсикологии. 420 В то же время работы, проведенные по культивированию сине-зеленых водорослей (Гусев, 1962; Гусев и Федоров, 1962; Сиренко и Богданова, 1962; Федоров, 1962 и др.), показали, что целенаправленное выращивание значительной биомассы этих растений в культуре невозможно без изучения физиолого­ биохимических основ метаболизма у этой своеобразной и слож­ ной растительной группы. В связи с этим актуальность разработки вопросов биологии развития, физиологии, биохимии, токсикологии сине-зеленых во­ дорослей, а также техники их культивирования в искусствен­ ных условиях не вызывает сомнения. Ознакомление с имеющейся литературой показывает, что изучению физиологии и биохимии сине-зеленых водорослей уде­ ляют значительно меньше внимания, по сравнению с зелеными. По этому вопросу есть ряд экспериментальных работ (Прат, Кубин, 1956; Fredrick, 1959; Garnier, 1962; Gassner, 1962 и др.) и несколько обзоров (Гудвин, 1962; Барашков, 1961, 1963; Гу­ сев, 1962 и др.) по различным разделам. Однако пигментным системам Cyanophyceae уделено мало внимания. В то же время своеобразность этой растительной группы в значительной мере определяется специфичностью пигментных систем. Исследования последних лет (Frei, 1962; Fujita, Hattori, 1962; Проценко, Сиренко, Богданова, Батрак, 1963 и др.) сви­ детельствуют о том, что пигментные системы Cyanophyceae , в частности, их фотосинтезирующая часть в действительности на­ много сложнее, чем о ней принято думать. В пользу этого, в первую очередь, свидетельствует способность сине-зеленых во­ дорослей осуществлять фотосинтез при наличии только восста­ новленной формы хлорофилла, в частности, хлорофилла а , с участием дополнительных пигментов — каротиноидов и фикоби- линового комплекса. Возможно, что наличие восстановленных и окисленных форм среди фикобилиновых пигментов и разнообразного набора ка ­ ротиноидов, наличие птеридинов в определенной мере компен­ сирует отсутствие хлорофилла в и создает предпосылки для нормального осуществления фотосинтетических реакций, по­ скольку в процессе протекания последних дополнительные пиг­ менты могут выступать одним из каналов транспортировки электронов, однако основная роль в этом процессе принадлежит хлорофиллу а. Это указывает на вероятность нахождения у сине-зеленых водорослей специфичных особенностей работы хлорофилла а и его состояния в условиях отсутствия в хрома- топлазме оформленных пластид и окисленной формы зеленого пигмента. В связи с этим большой интерес преобретает выяснение со­ стояния хлорофилла у сине-зеленых водорослей в зависимости от условий внешней среды, что дает возможность изучить осо- 421 бенности участия только восстановленной формы зеленых пи1- ментов в фотосинтетических реакциях. Одним из показателей состояния хлорофилла является проч­ ность связи его с белково-липоидным комплексом. Исходя из этого, целью наших исследований мы поставили изучение прочности связи хлорофилл-белково-липоидного комп­ лекса в зависимости от условий выращивания культур Суапо- phyceae. Объектом исследования служили ряд альгологически чистых культур сине-зеленых водорослей, в частности, представители родов Anabaena (A. variabi lis Kütz. et A. Hassali i (Kütz.) Wittr.), Phormidium (Ph. unicatum (Ag.) Gom., Ph. au tumnale (Ag.) Gom., Pli. b i jugatum Kongiss.), Microcys t is muscicola (Menengh.) Elenk., Amorphonostoc puncti forme (Kütz.) Elenk. Культуры вы­ ращивались на различных питательных средах. Всего было ис­ пытано свыше 20 жидких и агаризованных питательных сред. Из них наиболее подходящими, универсальными оказались сре­ да Чу № 10 в модификации Джерлоф фа и среда Успенского, элективными для отдельных представителей — среды Горюно­ вой и Фицджеральда (Сиренко, Богданова, 1962). Для создания одинаковых условий выращивания в данном случае все опыты проведены при использовании жидкой среды Чу № 10 в модификации Джерлоффа / C a ( N 0 3) 2 — 0,04 г; К2Н Р 0 4 — 0,01 г; Na2C 0 3 — 0,025 г; M g S 0 4-7 H 20 — 0,02 г; Na2S i 0 3 — 0,025 г; лимонная кислота — 0,003 г; железо лимон­ нокислое 0,003 г на 1 л дистиллированной воды/. Культуры выращивались без продувания в конических кол­ бах объемом 500 мл с 250 мл среды при комнатной темпера­ туре на естественном освещении с досвечиванием лампами ДС-40, общая мощность светового потока которых доходила до 20 000 люксов. Определение прочности связи хлорофилла с белком прово­ дили по методу Осиповой (1953). О величине прочности хлоро- филл-белкового комплекса судили по количеству хлорофилла, перешедшего в раствор после настаивания в течение 30 мин. растертой биомассы водоросли с 60% ацетоном в процентах от общего его количества, извлекаемого 85% ацетоном. Чем выше величина указанного отношения, тем меньше прочность связи. Из имеющегося небольшого выбора доступных методов для определения прочности связи хлорофилл-белкового комплекса — метод Осиповой (1953) и метод Масловой (1959) — мы остано­ вились на первом, поскольку он давал более достоверные срав­ нительные показатели. Основное возражение против применения этого метода — неполное ингибирование хлорофиллазной активности 60% аце­ тоном и образование хлорофиллида — при работе с изучаемыми экстрактами сине-зеленых водорослей оказалось несуществен- 4'22 ным. Как показала проверка хлорофиллазной активности иссле­ дуемых объектов по методу Судьиной (1958), в течение 30 ми­ нут настаивания растертой биомассы водоросли с 60% ацето­ ном активность хлорофиллазы практически не обнаруживается и зеленый пигмент полученного фильтрата идет на хромато­ грамме в полосе хлорофилла а. Исследования показали, что прочность связи хлорофилл-бел- кового комплекса у представителей Cyanophyceae зависит от вида, возраста, физиологического состояния культуры, условий ее выращивания. Как видно из данных таблицы 1, с возрастом культуры прочность связи хлорофилл-белкового комплекса увеличивается до определенного этапа. В большинстве случаев отмечена более низкая прочность связи у молодой культуры, по сравнению о более старой. Период наличия максимального показателя проч-: ности связи различен у культур разных видов. Т а б л и ц а 1 Прочность связи хлорофилл-белкового комплекса в зависимости от возраста культуры Возраст культуры в днях Культура 20 30 70 80 Anabaena variabilis 72,0 39,4 43,4 90,1 Anabaena Hass alii 68,6 42,1 37,1 20,3 Amorphonostoc punctiforme 91,3 74,0 50,8 43;2 Amorphonostoc punctiforme n. f. 82,4 62,3 50,7 20,6 Phormidium autumnale — — 44,3 21,7 Phormidium uncinatum 53,2 17,4 40,1 52,4 Phormidium bijugatum — — 72,0 15,4 Microcystis muscicola — — 80,9 .... 46,4 Так, например, у культуры Anabaena variäbi lis период мак-; симальной прочности связи приходится на 30—36 день, даль: нейшее выращивание водоросли в этих же условиях не приво­ дит к повышению прочности связи, а, наоборот, вызывает ее ослабление. Наименьший показатель прочности связи отмеча­ ется к 50 дню, т. е. к моменту старения и начала отмирания культуры (табл. 2). " Аналогичную картину можно видеть и у других культур, од­ нако переломные моменты в изменении прочности связи наблЮ1 даются в другие сроки, что зависит от темпов развития водо­ росли. ....V Истощение питательной среды, вызывающее голодание куль­ туры, влечет за собой снижение общего содержания хлорофил­ ла, ослабляет прочность связи хлорофилл-белкового комплекса, Т а б л и ц а 2 Содержание хлорофилла а н прочность связи хлорофилл-белкового комплекса у Anabaena variabilis в зависимости от возраста Возраст культуры Содержание хлорофилла Прочность связи в про­ в днях в % к сухому веществу центах 14 0,152 76,6 23 1,130 72,2 28 0,640 57,0 36 0,198 19,9 46 0,282 82,3 что проявляется в увеличении содержания свободного хлоро­ филла. Как видно из данных таблицы 3, у всех без исключения ис­ следуемых культур голодание резко ослабляет прочность связи хлорофилл-белкового комплекса. Интересно отметить, что чем интенсивнее развивается культура, тем быстрее истощается среда, тем сильнее уменьшается прочность связи хлорофилл- белкового комплекса. Т а б л и ц а 3 Влияние условий питания на прочность связи хлорофилл-белкового комплекса Условия питания Культура Культура нормаль­ Культура голо­ ная дающая Anabaena variabilis 43,4 76,7 Amorphonostoc punctiforme 12,0 19,1 Amorphonostoc punctiforme n. f. 12,9 32,5 Phormidium autumnale 15,2 39,8 Phormidium bijugatum 5,8 26,1 Phormidium uncinatum 77,0 85,0 Значительное влияние на изменение прочности связи хлоро­ филл-белкового комплекса оказывает также световой режим. Как видно из данных таблицы 4, выращивание культуры при более высокой интенсивности освещения (10 000 люксов) снижает содержание хлорофилла и ослабляет прочность хлоро­ филл-белкового комплекса, по сравнению с более низкой осве­ щенностью (5 000 люксов). Между прочностью хлорофилл-белкового комплекса и спо­ собностью культуры к выделению кислорода в результате фото- 424 Т а б л и ц а 4 Влияние интенсивности освещения на содерж ание хлорофилла и прочность связи хлорофилл-белкового комплекса у Anabaena variabilis Освещенность в люксах Возраст 10 000 5 000 культуры в днях Хлорофилл а Прочность Хлорофилл а Прочность в % связи в % связи 15 0,100 80,8 0,116 68,8 23 0,079 72,2 0,134 45,9 28 0,102 57,0 0,144 22,5 36 0,020 38,2 0,047 21,5 химических реакций существует определенная взаимосвязь. В большинстве случаев ослабление прочности связи (голодание культуры, сильное освещение) коррелирует со снижением ин­ тенсивности выделения кислорода и совпадает с его повышен­ ным потреблением в темновой период. Таким образом, полученные данные дают основание сделать вывод, что фотосинтетическая активность культур сине-зеленых водорослей тесно связана с состоянием хлорофилла в хромато- плазме клеток и, в частности, с прочностью связи его с белково- липоидным комплексом. Старение культуры, голодание ее в результате истощения питательной среды, высокая интенсивность освещения ослабля­ ют прочность связи хлорофилл-белкового комплекса, что при­ водит к увеличению содержания свободного хлорофилла и сни­ жению интенсивности выделения кислорода в результате фото­ синтеза. Л И Т Е РА Т У РА Б а р а ш к о в Г. К. Химия сине-зеленых водорослей (Cyanophyceae) . Бота­ нический журнал, т. XLVI, 3, 1961. Б а р а ш к о в Г. К. Химия водорослей. Изд. АН СССР, 1963. Г у д в и н Т. В. Сравнительная биохимия каротиноидов. Труды V М еж д у н а ­ родного биохимического конгресса. Эволюционная биохимия. Симп. III, Изд. АН СССР, М., 1962. Г у с е в М. В. Сине-зеленые водоросли. Микробиология, т. XXX, в. 6, 1961 Г у с е в М. В. К вопросу о получении максимальных урож аев сине-зеленой водоросли Anabaena variabilis в лабораторных культурах. Бюллетень Московского об-ва испытателей природы. Отдел, биол., 3, 1962. Г у с е в М. В. , Ф е д о р о в В. Д . Изучение состояния морфологически диф ­ ференцированных клеток в развивающихся культурах сине-зеленых водорослей с помощью трифенил-*тетразолий-хлорида (ТТХ). Бюлле­ тень Московского об-ва испытателей природы. Отдел, биол., 3, 1962 425 М а с л о в а Т. Г. Извлекаемость хлорофилла петролейным эфиром из листьев растений различных систематических групп. Ботанический ж у р ­ нал, т. 44, № 3, 1959. О с и п о в а О. П. О белковом компоненте хлорофилл-белкового комплекса. Труды Ин-та физиологии раст. им. К. А. Тимирязева, т. 8, в. I, 1953. П р а т С., К у б и н Ш. Ассимиляция и дыхание термофильных сине-зеленых водорослей. Физиология растений, т. 3, в. 6, 1956. П р о ц е н к о Д. Ф. , С и р е н к о Л. А. , Б о г д а н о в а Т. Л. , Б а т р а к А. П. Пигментные системы культуральных форм сине-зеленых водорослей. Ботанический журнал, т. XLVIII, 1963. С и р е н к о Л. А. , Б о г д а н о в а Т. Л. К методике лабораторного культи­ вирования сине-зеленых водорослей. Сине-зеленые водоросли и их роль во внутренних водоемах СССР. Тезисы научного совещания 10— 15 сентября 1962 года. Изд. АН УССР, Киев, 1962. Труды Института биологии водохранилищ АН СССР. Борок, 1964. С у д ь ii н а О. Г. Утворення та накопичення хлороф1лу в залежност1 в1д активное™ хлорофыази. Праш Одеського ун-ту. 36. молодых вчених ун-ту, т. 148, № 3, 1958. Ф е д о р о в В. Д. К вопросу о закономерности отмирания клеток в размно­ жающихся культурах сине-зеленых водорослей. Бюлл. Москв. об-ва испытат. природы. Отдел, биол., 3, 1962. F r e d r i c k J. F. Comparative evolutionary aspects of po lyg lucoside synthesiz­ ing enzymes. Physiol, plantarum, 12, N 3, 1959. F r e i Y. F. The derivative absorption spectra of chlorophyll in a lgae and leaves at low temperatures. Biochim. et Biophys. acta. 57, N 1, 1962. F u j i t a Y., Hattori A. Changes in composition of cellular material during formation of phycobilin chromoproteids in a bluegreen alga, Tolypothrix tenuis. J. Biochem., 52, N I, 1962. G a r n i e r J. Action de la temperature sur le renouvellement des differents. pigments d’Oscil latoria subbrevis Schmidle (Cyanophycees), ä la lumiere. C. r. Acad. Sei., 254, N 12, 1962. G a s s n e r E . On the pigment absorbing at 750 mp occurring in some blue- green algae. Plant Physiol., 37, N 5, 1962. О Ф О Т О С И Н Т Е Т И Ч ECKOM И С П О Л Ь З О В А Н И И С О Л Н Е Ч ­ НОЙ Р А Д И А Ц И И С Е Л Ь С К О Х О З Я Й С Т В Е Н Н Ы М И К У Л Ь Т У Р А М И А. Г1. Ларин Украинская сельхозакадемия Известно, что одним из основных условий получения макси­ мальных урожаев сельскохозяйственных культур является со­ здание оптимального светового режима в посевах. В связи с этим значительный интерес представляет вопрос о направлении посевных рядков по отношению к странам света (Виткег.ич, 1941, 1941а; Шаин, 1960; Ничипорович, 1963). При рядовом посеве сельскохозяйственных культур е ориен- 426 тацией рядков с востока на запад в полдневные часы, когда фотосинтетически активная радиация (ФАР) наиболее богата коротковолновыми лучами большой интенсивности, растения освещаются лучше, так как лучи падают перпендикулярно н а ­ правлению рядков. В утренне-вечерние же часы низкого солнцестояния, когда коротковолновых лучей мало, а преобладают длинноволновые, растения притеняют друг друга в ряду. При ориентации рядков с севера на юг, наоборот, растения лучше освещаются в утрен­ не-вечерние часы, а в полдневные часы притеняют друг друга. В. И. Виткевич (1941) экспериментально показал, что при посеве пшеницы, овса, ячменя (растения длинного дня) рядами, ориентированными с севера на юг, можно получить прибавку урожая на 15—25%. Кукуруза (растение короткого дня) быст­ рее развивалась при широкорядном посеве с размещением рядов с востока на запад (Шаин, 1960). Нами в 1962 году были начаты исследования использования солнечной энергии кукурузой при новом прогрессивном пунктир­ ном способе посева с различной ориентацией рядков: с севера на юг (С— Ю); с востока на запад (В—3); с северо-востока на юго-запад (СВ—ЮЗ); с северо-запада на юго-восток (С З—ЮВ) и квадратно-гнездовой посев (Кв-гн). Опыты проводились на опытном поле УСХА «Теремки» (Киев) с кукурузой — гибрид Буковинский 3. Площадь пита­ ния растений: в 1962 году при пунктирном посеве — 60 X X 30 см, при квадратно-гнездовом — 60 X 60 см по 2 растения в гнезде; в 1963 году на пунктирном посеве — 70 X 28,6 см, на квадратно-гнездовом — 70 X 70 см в среднем по 2,5 расте­ ния в гнезде. На одном гектаре во всех вариантах оставлялось по 50 тыс. растений. Изучение пространственной ориентации листьев показало, что при различной ориентации рядков кукурузы листья в пе­ риод вегетации размещаются по-разному (рис. 1). Сплошной линией обозначена ориентация листьев утром (740 — 9 час.), пунктиром — ориентация листьев в вечерние часы (1820— 20 час.); по радиусу — количество листьев в процентах. Из­ мерения проводились в начале фазы выметывания метелок в солнечную безветренную погоду с помощью компаса, шкала которого была разделена на 16 равных частей. Бралось по 60 отсчетов азимута листа утром и вечером в течение 3-х дней. Всего проведено 360 измерений (по 180 измерений утром и ве­ чером). Предполагалось, что если в течение дня ориентация листа изменяется, то это лучше всего наблюдать по третьей верхней части его. Поэтому перед работой отбирались по 15 среднеразвитых растений с каждого варианта, в середине 4 2 7 Рис. 1. «Р оза» ориентации листьев кукурузы при различном расположении посевных рядков. 428 третьей верхней части 4-х верхних полностью сформировав­ шихся листьев каждого растения отмечалась точка измерений. Для контроля характерности показателей взятых 60-ти изме­ рений по каждому варианту дополнительно было проведено по 152 измерения (38 растений) в утренние часы. На рисунке 1 можно видеть общую закономерность ориен­ тации листьев по вариантам: основная масса их ориентирована на восток и на юг. Северного и западного направления листья как бы стараются избегать. Представляет интерес также то, что «роза» ориентации листьев компактней в вариантах В—3 и Кв-гн. В вариантах С—Ю и С З —ЮВ «роза» ориентации листьев наиболее одно­ бокая. Изменения в ориентации листьев утром (на рис. 1 — сплош­ ная линия) и вечером (пунктирная линия) нельзя считать зна­ чительными. В вариантах С— Ю и В—3 проведено определение угла наклона листьев кукурузы по отношению к вертикальной оси. Измерения проводились в начале фазы выметывания метелок в солнечные безветренные дни с помощью приспособления для измерения угла наклона листьев, схема которого позаимство­ вана в Отделе физики атмосферы Института физики и астроно­ мии АН СССР. Угол измерялся в середине третьей верхней части 4-х верхних полностью сформировавшихся листьев к а ж ­ дого растения. Безусловно, это не дает полной характеристики угла наклона по всей длине листа. Однако таким образом можно получить показатели, характеризующие средний угол по длине листа. По вариантам С—Ю и В—3 было проведено по 400 изме­ рений. Средний угол листа в измеряемой точке по отношению к вертикальной оси оказался равен: вариант С—Ю — 52,26°т вариант В—3 — 56,90°. По другим вариантам было проведено недостаточное коли­ чество измерений, так как неблагоприятные климатические ус­ ловия (дождь, ветер) помешали дальнейшим наблюдениям. Од­ нако обращает внимание то, что при 112 измерениях на ва ­ рианте Кв-гн средний угол оказался равен 46,9°. Из приведенных данных видно, что третья верхняя часть листьев в варианте В—3 располагается более горизонтально, нежели в варианте С—Ю. На основании этого мы можем счи­ тать, что листья в варианте В—3 расположены более верти­ кально, чем листья в варианте С— Ю. В связи с этим представляют интерес данные работы япон­ ского ученого Тсуноды, приведенные А. А. Ничипоровичем (1963). Тсунода установил, что наиболее продуктивными явля­ ются те сорта риса, у которых листья расположены более вертикально. 429 В наших опытах более вертикальное расположение листьев в варианте В—3 не приводило, очевидно, к быстрому и слиш­ ком сильному взаимному затенению листьев в период вегета­ ции, за счет чего имелась возможность нарастания дополнитель­ ной листовой поверхности на посевах (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Динамика нарастания площади листьев Площадь листьев (тыс. м2/га) Площадь листьев (тыс. м2/га) 1962 г. 1963 г. Вари­ анты К о л и ч е с т в о д и е ii п о с л е в с х о д о в 31 43 53 38 1 47 65 1- С— Ю 5,5 17,9 25,5 9,4 15,1 23,3 В — 3 6,3 19,6 27,3 10,9 17,1 26,8 С В — ЮЗ 7,2 21,6 31,3 12,0 17,3 26,7 С З — ЮЗ — — — 9,3 15,8 24,4 Кв-гн 5,0 17,7 26,2 8,1 1 15,0 24,2 Большая листовая поверхность в варианте В—3 по сравнению с вариантом С—Ю способствовала более эффективному исполь­ зованию ФАР в течение вегетационного периода. В таблице 2 приведены коэффициенты поглощения ФАР посевами в период вегетации. Измерения проводились прибором Б. И. Гуляева. Вдоль делянок (15,9 м длина, 6,3 м ширина) прокладывались (шпагатом) через каждый метр по 5 проходов. На каждый проход при измерении затрачивалось точно 30 секунд. На по­ вторенный дважды 5-разовый проход по делянке затрачивалось 5 минут. Таким образом на каждое измерение проникающей ФАР через посев на почву (Р) , отраженной системой поч­ ва -f- растений (R) и отраженной почвой (R'), затрачивалось по 5 минут (табл. 2). Т а б л и ц а 2 Коэффициент использования ФАР кукурузой (1963 г.) На 37-й день На 45 день На 57 день На 66 день Варианты после после после после всходов всходов всходов всходов С— Ю 0,39 0,49 0,65 0 66 В — 3 0,44 0,55 0,68 0,68 430 Перед началом измерений и через каждые 5 минут контро­ лировалась общая падающая на посев ФАР. После чего по формуле Т = 1 —}- Ar . — Ar --- Q p определяется коэффициентом поглощения ФАР посевами. В формуле: Т — коэффициент использования ФАР посе­ вом; Ar — альбедо системы почва -|- растение; Ак, — альбедо системы почва; Q P — фактор пропускания ФАР посевом. гу\ Ы .С . Т * Л / Г А Рис. 2. Динамика роста площади листьев и коэффициента использования ФАР посевами сои. 1 — коэффициент использования ФАР пунктирным посевом; 2 — коэффициент использования ФАР квадратно-гнездовым посевом; 3 — площадь листьев при пунктирном посеве; 4 — площадь листьев при квадратно-гнездовом посеве. Измерения проводились только в безоблачные дни при сред­ ней высоте солнца над горизонтом 50°. Это время выбрано с той целью, чтобы в период измерений тени от растений в вари­ антах С—Ю и В—3 падали на междурядье под одинаковым углом к линии направления своего рядка. Определение коэффициента энергетической эффективности формирования урожайности (таблица 3) показало, что растения в варианте В—3 и особенно в варианте СВ—СЮ эффективнее используют солнечную энергию, чем в вариантах С— Ю и Кв-гн. Калорийность листьев, стеблей, зерна определялась с по­ мощью водяного калориметра по методике М. Ф. Томмэ (1956). 431 Таблица 3 Коэффициент энергетической эффективности формирования урожайности (К ЭЭФ У ) кукурузы (1962 г.) Фаза 5—6 листьев Фаза 6 — 8 листьев Фаза 8— 10 листьев При уборке (полная спелость зерна) С— Ю 1207,8 778624 0,16 3023,0 1060957 0,29 5522,7 1343290 0,40 58256,6 2836290 2,05 В — 3 1559,0 778624 0,20 3555,5 1060957 0,34 6860,6 1343290 0,50 62553,0 2836290 2,21 С В — ЮЗ 1720,3 778624 0,22 3742,2 1060957 0,35 7618,0 1343290 0,51 66015,6 2836290 2,33 Кв-гн 1064,8 778624 0,14 2834,7 1060957 0,27 6016,5 1343290 0,40 60016,3 2836290 2,12 Варианты Накоплено энергии в виде урож ая (млн. кал. на га) Выпало до этого периода ФАР (млн. кал. на га) КЭЭФУ (%) Накоплено энергии в виде урож ая (млн. кал. на га) Выпало до этого периода ФАР (млн. кал. на га) КЭЭФУ (%) Накоплено энергии в виде урож ая (млн. кал. на га) Выпало до этого периода ФАР (млн. кал. на га) КЭЭФУ (%) Накоплено энергии в виде урож ая (млн. кал. на га) Выпало до этого периода ФАР (млн. кал. на 1 га) КЭЭФУ (%) Суммарное количество ФАР бралось по Киеву, данные относи­ тельно количества падающей в течение вегетационного периода ФАР заимствованы из работы Ю К. Росса, X. Тооминга и др. (1963). Существенной разницы в содержании пигментов — хлоро­ филла «а», хлорофилла «в», каротина и ксантофилла — в двух верхних листьях, определяемых в фазе 6—8 листьев и начала выметывания метелок, не обнаружено. Кроме того, нами изучается использование солнечной энер­ гии соей ’Кировоградская 4’ при пунктирном (60X 15 см) и квадратно-гнездовом посеве ( 6 0 X 6 0 см- по 4 растения в гнезде). На рис. 2 показаны кривые нарастания площади листьев и коэффициента использования ФАР посевами (Т). Площадь листьев измерялась фотоэлектропланиметром (УСХА), Т измерялся с помощью прибора Б. И. Гуляева по методике, в принципе не отличающейся от указанной ранее в этой статье. Посевы сои с квадратно-гнездовым размещением растений в период вегетации имеют меньшую листовую поверхность (кри­ вая 4), нежели при пунктирном посеве (кривая 3), вследствие чего ФАР используется более эффективно соей при пунктирном размещении растений. Это подтверждают и данные таблицы 4. Т а б л и ц а 4 Динамика нарастания абсолютно сухой массы сои (в ц/га, 1963 г.) Количество дней после всходов Варианты 30 39 49 58 69 Пунктирный посев 1,4 4,1 11,0 18,4 26,6 Квадратно- гнездовой посев 1.0 3,6 8,7 16,0 22,0 Из таблицы 4 видно, что урожайность сои при пунктирном посеве в течение вегетации в среднем на 18—20% выше, чем при квадратно-гнездовом посеве. Выводы 1. Для пунктирного посева кукурузы направление рядков по отношению к странам света имеет существенное значение. При посеве кукурузы рядками с востока на запад «роза» ориентации листьев в период вегетации более компактная, чем 28 Заказ >м 4752 433 в рядках, высеянных с севера на юг. Выделяется компактностью и «роза» ориентации листьев к в а д р а т н о -г н е зд о в о г о посе■ . Третья верхняя часть «работающих» листьев в по _ размещением рядков с востока на запад располагается на горизонтальнее, чем при посеве с севера на юг. Это дает ос­ нование предполагать о более вертикальном расположении листьев в рядках, ориентированных с востока на запад, что спо­ собствует увеличению площади листьев на 8 10% по сравне­ нию с ориентацией рядков с севера на юг и повышает коэффи­ циент использования падающей ФАР в период вегетации. 2. Коэффициент энергетической эффективности формирова­ ния урожайности кукурузы в период полной спелости зерна со­ ставляет при ориентации рядков с востока на запад 2,21% (при этом урожай зерна составил 89,2 ц/га), с северо-востока на юго-запад — 2,33% (урожай зерна — 93,2 ц/га), а с севера на юг — 2,05% (урожай зерна — 80,4 ц/га), что свидетельствует о различной эффективности использования падающей ФАР пунктирным посевом кукурузы с различной ориентацией рядков. 3. Посевы сои с пунктирным размещением растений по срав­ нению с квадратно-гнездовым посевом в период вегетации име­ ют на 18—20% большую листовую поверхность, вследствие чего коэффициент использования ФАР более чем на 20% выше, а урожай сухой массы в период вегетации был выше на 20%. 4. Применение передовых агротехнических методов созда­ ния оптимальных световых режимов в посевах создает большие возможности повышения эффективности использования солнеч­ ной радиации сельскохозяйственными культурами. Работа выполнена под руководством доктора биологических наук, профессора С. И. Лебедева. \ Л И Т Е РА Т У РА Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по даль­ нейшему развитию биологической науки и укреплению ее связи с практикой». Январь 1963 г. В и т к е в и ч В. И. Направление сева. Доклады ВА С Х Н И Л , вып. 6, 1941. В и т к е в ич В. И. О направлении рядков при посеве сельскохозяйственных растений. Опытная агрономия, ,№ 2, 1941а. Л е м а н В. М. Курс светокультуры растений. М., 1961. М о л д а у X. , Р о с с Ю. , Т о о м и н г X. , У н д л а И. Географическое рас­ пределение фотосинтетически активной радиации (Ф АР) на террито­ рии Европейской части СССР. Сб. «Фотосинтез и вопросы продуктив­ ности растений». И зд-во АН СССР, 1963. Н и ч и п о р о в и ч А. А. О путях повышения продуктивности фотосинтеза растений в посевах. С(1 «Фотосинтез и вопросы продуктивности ра­ стении». Изд-во АН СССР, 1963. Н и ч и п о р о в и ч А. А. , С т р о г а н о в а Л. E. , Ч м о р а С Н В л а ­ сИоздв-ав о МА.Н ПС. ССФРо,т ос19и6н1т. етическая деятельность рпаассттееннииий вп ’’пппосгеевпаяхх. Т ° ЧМ19561' Мет0ДИКа опРеделе|,ия калорийности кормов и веществ. М., Ш а и и С. С. Свет и развитие растений. И зд-во «Знание», 1960. 434 ' к' VI. ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ РАСТЕНИЙ Ф И З И О Л О Г И Ч Е С К И Е И Б И О Х И М И Ч Е С К И Е О С О Б Е Н Н О С Т И Ф О Р М И Р О В А Н И Я У Р О Ж А Я У Г Е Т Е Р О З И С Н Ы Х Г И Б Р И Д О В К У К У Р У З Ы Д . И. Остапенко Украинская сельхозакадемия Внедрение в производство гетерозисных гибридов является одним из высокоэффективных способов повышения урожайно­ сти сельскохозяйственных культур. Однако в мичуринской агробиологической науке и в зару­ бежной биологии до настоящего времени нет общепринятой тео­ рии, объясняющей природу явления гетерозиса, которое, как из­ вестно, выражается в способности гибридов первого поколения значительно превосходить своих родителей по силе роста, тем­ пам развития и продуктивности, устойчивости к ряду неблаго­ приятных факторов произрастания. Гибриды характеризуются в большинстве случаев повышен­ ной жизненностью. Физиологические и биохимические исследования гетерозис­ ных форм и их родителей открывают пути изучения обмена ве­ ществ в сложном биологическом процессе, возникающем при соединении гамет и вызывающем вспышку жизненности, повы­ шение продуктивности гибридного организма. Изучение различий между гетерозисными гибридами и их родительскими формами производилось рядом исследователей. В частности исследовался фотосинтез (Быстров и др., 1956; До- ровская, 1962; Овечкин и др., 1959; Рубцова, 1960), дыхание (Быстров и др., 1956; Доровская, 1962; Рубцова, 1960), содер­ жание хлорофилла (Лозова, 1961; Шульгин и др., 1961), ско­ рость передвижения С 14 (Эйдельман и др., 1957), активность окислительных ферментов (Молокоедова, 1962; Овечкин и др., 1959; Рубцова, 1960) и некоторых других показателей у гибри­ дов и их родительских форм. В данной статье излагаются результаты трехлет*них иссле­ дований физиологических и биохимических особенностей гете­ розиса у кукурузы. 435 Т а б л и ц а 1 Листовая поверхность у гибридов кукурузы и их родительских форм (в дм2 на 1 растение). Опыт 1962 г. Периоды определений Г ибриды, родительские 30/V—г-22/VI 22/VI— 10/VII 10/VII—27/VII 27/VII — 13/VIII 13/VIII—28/VIII 28/V III— 10/IX начало м о­ молочно­ 10/IX—25/IX формы фаза 7 фаза 10 выметыва­ молочная восковая листьев листьев ние метелки лочной спе­ лости спелость восковая спелость спелость Глория Янецкого 2,04 7,43 24,76 37,34 36,57 30,83 29,43 Линия ВИР-44 1,26 6,19 22,05 28,77 27,22 25,88 27,56 Буковинский 2,46 9,27 28,54 36,24 37,73 37,80 33,14 Периоды определений 2 9 /V I— 17/VII 17/VII—6//VIII 6/V III— 27/VII1 27/V III— 10/IX 10/IX—25/IX 30/V—29/VI фаза 9 фаза 10— 12 выметы­вание молочная молочно­ начало восковая спелость восковой листьев листьев метелки спелость спелости Линия ВИР-26 1,86 6,91 20,46 25,32 24,70 22,97 Линия ВИР-27 1,43 6,36 20,54 25,10 22,04 19,10 Гибрид Искра 1,94 8,44 25,07 30,12 28,43 25,90 Гибрид ВИР-25 2,90 12,13 33,78 40,99 39,66 34,45 436 Объектом исследования были двойной межлинейный гибрид ВИР-25, сортолинейный гибрид Буковинский 3, межлинейный гибрид № 745 (УСХА) и их родительские формы. Растения гиб­ ридов и их исходные формы выращивались в одинаковых усло­ виях на опытном поле УСХА «Теремки». Посев — квадратно- гнездовой ( 6 0 X 6 0 см), по 2 растения в каждом гнезде. Определение листовой поверхности растений производилось весовым методом (А. А. Ничипоровича и сотр., 1961), а в опыте 1963 г. при помощи фотоэлектронного планиметра (УСХА); коэффициент поглощения фотосинтетически активной радиации посевом (ФАР) — прибором Б. И. Гуляева; продуктивность фо­ тосинтеза — по приросту сухого вещества (Ничипорович, 1955); количество фотосинтетических пигментов методом хроматогра­ фии на бумаге; активность каталазы методом X. Н. Починка (1956); активность пероксидазы и полифенолоксидазы по методу Кейлин и Манна (1938); содержание нуклеиновых кислот спект­ рофотометрическим методом по пуриновым основаниям (Нетуп- ская и др., 1960). Сравнительное изучение площади листовой поверхности у гибридов и их родительских форм показало (табл. 1), что уже в первые фазы развития гибриды характеризуются более быст­ рым ростом листовой поверхности, чем самоопыленные линии. Это различие наблюдается на протяжении всего вегетационного периода. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что ве­ личина урожая находится в прямой зависимости от хода роста растения, площади его листовой поверхности и продуктивности фотосинтеза. Наличие прямой связи между величиной площади листьев и урожаем отмечалось во многих работах (Носатовский и др., 1934; Бегишев, 1953; Ничипорович и др., 1961). Интенсивное развитие листовой поверхности гибридов увели­ чивает и процент поглощения фотосинтетически активной ра­ диации (ФАР) посевами гибридов в сравнении с их исходными формами. Из таблицы 2 видно, что более развитая листовая поверх­ ность гибридов в сравнении с их родительскими формами повы­ шает и коэффициент поглощения фотосинтетически активной радиации, а следовательно увеличивается и продуктивность по­ сева гибридов. Более важным показателем интенсивности роста растений является чистая продуктивность фотосинтеза, представляющая отношение суточного прироста сухой массы к площади листьев. Из данных рис. 1 видно, что продуктивность фотосинтеза у гибрида Буковинский 3 и его родительских форм увеличивается в начале вегетации прямо пропорционально величине листовой поверхности, достигая максимума к периоду цветения и обра- 437 Т а б л и ц а 2 Коэффициент поглощения фотосинтетически активной р ади ации посевами »ибридов кукурузы и их родительских форм и средний размер листовой поверхности одного растения (в фазе цветения). Опыт 1963 г. Средний размер ли­ Коэффициент стовой поверхности поглощения ФАР одного растения (в см3) Глория Янецкого 0,62 4635 Линия ВИ Р-44 0,54 3680 Гибрид Буковинский 3 0,66 4834 Линия В И Р-26 0,55 4222 Линия ВИ Р-27 0,50 3682 Г ибрид Искра 0,58 4656 Линия В И Р-28 0,47 2120 Линия В И Р-29 0,50 3426 Г ибрид Идеал 0,62 5565 Г ибрид ВИ Р-25 0,63 6051 зуя в это время 14— 16 г/м2 у гибрида Буковинский 3 и 10— 12 г/м2 сухого вещества в сутки у инцухт-линии ВИР- 44. В период цветения и до начала налива зерна наблюдается некоторая депрессия в ходе прироста сухой массы кукурузы, что отражается на показателях чистой продуктивности фотосинтеза. Рис. 1. Продуктивность фотосинтеза гибрида Буковип- ский 3 и его родительских форм. I — сорт ’Глория Янецкого'; II — линия ВИР-44; III — гибрид Буковинский 3. 438 В дальнейшем при наливе зерна суточный прирост сухого вещества снова возрастает. Особенно интенсивный прирост на­ блюдается у гибрида Буковинский 3, склонного к хорошему раз­ витию початков, и достигает до 20 г на 1 м2 листовой поверх­ ности в сутки. Интересно отметить, что прирост сухого вещества стеблей в это время практически падает и даже вес их умень­ шается в результате оттока пластических веществ из стебля в. репродуктивные органы (початки). Очень важно, чтобы высокая продуктивность фотосинтеза была направлена на формирование наиболее ценной части уро­ жая кукурузы — зерна. В таблице 3 приводятся коэффициенты эффективности фор­ мирования хозяйственной части урожая (К хоз) в фазе воско­ вой спелости. Для вычисления Кхоз бралось отношение абсо­ лютно-сухого вещества зерна к весу общей массы только над­ земной части растения. Т а б л и ц а 3 Величина Кхоз гибридов и их исходных форм (в фазе восковой спелости). Опыт 1962 г. Средний сухой вес одного растения (в г) Кхоз - вес всего в том числе растения зерна Глория Янецкого 344,34 115,32 0,34 Линия ВИР-44 317,05 100,10 0,32 Гибрид Буковинский 3 518,91 231,12 0,44 Линия ВИР-26 212,10 76,84 0,36 Линия ВИР-27 193,97 50,60 0,26 Гибрид Искра 331,78 142,03 0,43 Из таблицы 3 видно что у гибридов Буковинский 3 и Искра Кхоз значительно выше, чем у родительских форм. Увеличение Кхоз у гибридов происходит вследствие более высокой продук­ тивности фотосинтеза, лучшего развития початков и большей их озерненности. В связи с многосторонними функциями фотосинтетических пигментов растений и положительной их роли в ростовых про­ цессах и процессах плодообразования (Радченко и др., 1961; Лебедев, 1953) представлялось важным изучить динамику со­ держания хлорофилла и каротиноидов у гетерозисных гибридов и их исходных форм. Данные некоторых авторов свидетельствуют о максимальном количестве хлорофилла у кукурузы в листьях, в пазухе которых 439 формируются продуктивные початки (Благовещенский и др., 1959; Шульгин и др., 1962). Нами были проведены исследования содержания хлорофилла «а», хлор оф илла «в», каротина и ксан­ тофилла у этих листьев. Гибриды кукурузы по количеству хлорофилла «а», хлоро­ филла «в», каротина и ксантофилла либо занимают промежу­ точное положение, что отмечалось нами раньше (Остапенко, 1962), либо характеризуются повышенным содержанием всех пигментов. Это подтверждает высказывания В. Н. Любименко и А. Па- ламарчука (1916), А. А. Кузьменко (1928) и других авторов о том, что количество хлорофилла в листе является наследствен­ ным свойством растения и что это свойство передается в одина­ ковой мере гибридному потомству как материнской, так и от­ цовской формой (Miller, Johnson, 1940). Высокое содержание пигментов у гибридов связано с более мощным развитием у них тканей листовой паренхимы, в пласти­ дах которой содержится и большее количество всех фотосинте- тических пигментов на единицу листовой поверхности. Т а б л и ц а 4 Активность каталазы (в мл Н20 2, разлагаемой 1 г исследуемого вещества в течение 1 мин.) в листьях гибридов и их родительских форм Фаза 7 — 9 листьев Цветение Активность Влажность Активность Влажность каталазы (в % ) каталазы (в %) Глория Янецкого 22,0 85,80 10,0 73,92 Линия ВИ Р-44 37,0 86,40 13,6 74,00 Гибрид Буковинский 3 25,5 85,60 11,8 73,92 Линия № 123 25,1 86,40 15,9 76,72 Линия № 19 36,0 87,00 27,3 77,59 Гибрид № 745 36,1 86,80 27,5 79,00 Исследование ферментной системы (каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы) в листьях гибридов Буковинский 3 , гиб­ рида № 745 и их родительских форм показало (табл. 4 и 5), что у гибрида Буковинский 3 активность каталазы значительно ниже, чем у самоопыленной линии ВИР-44, что подтверждается и другими литературными данными о высокой активности этого фермента у инцухт-линий (Овечкин и др., 1959). Межлинейный гибрид № 745 По активности этого фермента не уступает своей родительской форме инцухт-линии № 19. По активности пероксидазы гибриды стоят ниже своих ис­ ходных форм. 440 Т а б л и ц а 5 Активность пероксидазы и полифенолоксидазы (в мг пурпурогаллина на 1 г сырого веса) в листьях гибридов и их родительских форм Фаза 7— 9 листьев Цветение Перок- Полифе- В л а ж ­ Перок- Полифе- В л а ж ­ сидаза нолок- ность сидаза нолок- ность сидаза (в % ) сидаза (в %) Глория Янецкого 8,51 2,00 85,80 19,95 3,57 73,92 Линия ВИР-44 8,91 1,06 86,40 18,90 3,57 74,00 Гибрид Буковин­ ский 3 4,28 3,57 85,60 17,65 5,00 73,92 Линия № 123 4,32 2,85 86,40 19,95 3,57 76,72 Линия № 19 7,87 1,05 87,00 21,10 3,20 77,50 Гибрид № 745 3,55 3,57 86,80 10,37 5,00 79,00 Обратная зависимость наблюдалась нами в отношении по­ лифенолоксидазы, активность которой ниже у родительских форм. Известно, что новообразование компонентов плазмы и, в особенности, ее белковой основы тесно связано с содержанием нуклеиновых кислот. Так, в работах Г. И. Семененко и О. А. Тимашовой (1954) указывается на высокое содержание нуклеиновых кислот в мо­ лодых интенсивно растущих проростках семян гибридов бакла­ жана и томата, полученных путем вегетативной гибридизации. Г. С. Курамшин, В. X. Хангильдин, В. Г. Конарев (1960), иссле­ дуя накопление нуклеиновых кислот у межсортового негетеро- зисного гибрида Чишминская 1 X Харьковская 23, пришли к вы­ воду, что гибридные растения интенсивно накапливают нуклеи­ новые кислоты на протяжении всего периода вегетации и осо­ бенно на последнем этапе в период формирования урожая. В наших исследованиях относительное содержание нуклеи­ новых кислот у высокогетерозисного межлинейного гибрида Идеал (табл. 6) несколько меньше, чем у родительских форм, но абсолютное содержание их в растении значительно выше. Уменьшение относительного содержания нуклеиновых кислот, вероятно, является следствием усиленного роста клеток и тк а­ ней у гибридов. Как известно, в точках роста растений происходит иной и бо­ лее интенсивный обмен веществ. В этой связи нам представлялось интересным определить со­ держание нуклеиновых кислот в точках роста гибридов и их родителей. 441 J*. .fe* Т а б л и ц а 6 Содержание нуклеиновых кислот в тканях растений гибридов кукурузы и их родительских форм Фаза 7 листьев Цветение Стебли Листья Стебли Листья в мг НК. в мг НК в мг НК в мг НК на абс. на абс. в мг% на на абс. в мг% на в мг% на сух. вес в мг% на на абс. сухое ве­ сух. вес сух. вес сухое ве­ сухое ве­ сух. вес щество стебля сухое ве­ листьев щество стебля листьев 1-го рас­ щество 1-го рас­ 1-го рас­ щество 1-го рас­ тения тения тения тения 1. Линия ВИР-28 899,1 2,76 660,0 2,84 216,9 107,80 486,0 92,82 2. Линия В И Р-29 931,2 4,16 644,7 3,52 243,1 164,34 537,2 131,60 3. Гибрид Идеал 819,8 5,49 600,9 6,87 211,3 232,53 441,7 167,40 4. Гибрид ВИР-25 812,8 5,99 547,1 6,75 700,1 240,41 212,2 342,28 Некоторое представление о характере распределения нуклеи­ новых кислот по растению дают исследования В. Г. Конареза (1955). В наших исследованиях относительное содержание нуклеи­ новых кислот в самых верхних междоузлиях стеблей гибридов Искра и Идеал в период интенсивного их роста (фаза 10— 12 листьев) говорит о локализации нуклеиновых кислот в точках роста и о повышенном количестве их у гибридных растений (табл. 7). Т а б л и ц а 7 Содержание нуклеиновых кислот в верхних меж доузлиях гибридов Искра, Идеал и их родительских форм в фазе 10— 12 листьев Количество нуклеиновых кислот (в мг% на сухое вещество) Линия ВИР-26 1076,8 Линия ВИР-27 1050,4 Гибрид Искра 1141,6 Линия ВИР-28 817,3 Линия ВИР-29 820,0 Гнбрнд Идеал 870,7 Большее содержание нуклеиновых кислот в верхушечных меристемах, вероятно, и обусловливает более усиленный рост гибридных организмов. Проведенные нами исследования позволяют сделать следую­ щие выводы: 1. Изученные нами гибриды кукурузы характеризуются бо­ лее быстрым ростом листовой поверхности по сравнению с са- моопыленными линиями. Более интенсивное развитие листовой поверхности у гибридов способствует и большему поглощению фотосинтетически активной радиации (ФАР) посевами, 2. По продуктивности фотосинтеза гибриды превосходят свои исходные формы. Особенно выделяются гибриды по при­ росту сухого вещества во второй половине вегетации, что свя­ зано с интенсивным ростом початков в этот период, обеспечи­ вающим, в свою очередь, высокий коэффициент формирования хозяйственно ценной части урожая (К хоз) . 3. Повышенное содержание пигментов у гибридов на еди­ ницу листовой поверхности, вероятно, увеличивает общую про­ дуктивность гибридных организмов. 4. Активность окислительно-восстановительных ферментов у гибридов и родительских форм непостоянна. Каталаза и перок- сидаза более активны у самоопыленных линий, в то время как для полифенолоксидазы наблюдается обратная зависимость. 443 5. Гетерозисные гибриды кукурузы хотя по относительному содержанию нуклеиновых кислот и уступают своим родитель­ ским формам, но по абсолютному сод ерж ан ию значительно пре­ восходят их. Высокое содержание нуклеиновых кислот в точках • роста гибридов, по-видимому, обеспечивает усиленный рост и продук­ тивность гибридных организмов. Л И Т Е РА Т У РА Б е г и ш е в А. Н. Работа листьев разных сельскохозяйственных растений в полевых условиях. Тр. Института физиологии раст. им. К. А. Тими­ рязева АН СССР, т. 8, в. 1, стр. 229, 1953. Б л а г о в е щ е н с к и й А. В. и П е т р о ч е н к о У. А. Влияние обработки семян янтарной и фумаровой кислотами на некоторые физиологиче­ ские процессы у растений. Физиология растений, т. 6, вып. 1, 1959. Б ы с т р о в Б. А. , П а в л о в а А. П. и Ф а л ь к е н б е р г Э. А. Качество оплодотворения и интенсивность ассимиляционных и дыхательных про­ цессов у растений тыквы и подсолнечника. Физиология растений, т. 3, вып. 3, 1956. Д о р о в с к а я И. Ф. Формирование и фотосинтетическая деятельность ас­ симилирующей поверхности инбредной и гибридной кукурузы. Физио­ логия растений, т. 9, вып. 5, 1962. К о н а р е в В. Г. О распределении нуклеиновых кислот в точках роста по­ бега и корня. Д А Н СССР, т. 102, № 2, 1955. К у з ь м е н к о А. А. Физиологическая характеристика рас и сортов куль­ турных растений. Изв. Глав. бот. сада СССР, т. XXVII, вып. 4, 1928. К у р а м ш и н Г., Х а н г и л ь д и н В. X. и К о н а р е в В. Г. Накопление и распределение нуклеиновых кислот и других фосфорных соединений по органам у растений кукурузы в онтогенезе. Сб. Биология нуклеино­ вого обмена. Уфа, 1960. Л е б е д е в С. И. Физиологическая роль каротина в растении. Изд. АН УССР, 1952. Л о з о в а Г. I. П тм ен ти пластид деяких п б р ш в i сорт1в кукурузи. Укр. бот. журн., т. 18, № 2, 1961. Л ю б и м е н к о В. Н. и П а л а м а р ч у к А. Количество хлорофилла как наследственный признак у Nicotiana tabacum L. Труды бюро по при­ кладной ботанике. Сентябрь, 1916. М о л о к о е д о в а Л. Ф. Некоторые биологические и физиологические осо­ бенности гетерозисных гибридов огурца. Физиология растений, т. 9, вып. 1, 1962. Н е т у п е к а я С. В. , П е р у а н с к и й Ю. В. , К о н а р е в В. Т. Спектро­ фотометрическое определение нуклеиновых кислот у высших растений по пуриновым основаниям. Сб. «Биология нуклеинового обмена» Уфа, 1960. Н и ч и п о р о в и ч А. А. О методах учета и изучения фотосинтеза как фак­ тора урожайности. Тр. Ин-та физиол. раст. АН СССР, т. 10 1955. Н и ч и п о р о в и ч А. А. , С т р о г о н о в а Л. E. , Ч м о р а С Н и В л а ­ с о в а М. В. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах. Изв. АН СССР, 1961. Н о с а т о в е к и й А. И. Щуплость зерна пшеницы и череззерница колоса как ф а к т о р ы , снижающие урожай. Ростов н /Д , Азово-Черном Кпаев иятт г ‘ г 444 О в е ч к и н C. K., С и м о ч к и н а H. Я-, Д м и т р и е в а A. H. и 3 а л кэ­ б о в с к а я Н. П. Исследования по физиологии и биохимии самоопы- ленных линий и генерозисных гибридов кукурузы. Тр. Укр. научно-ис- след. ин-та растениеводства, селекции и генетики, т. IV, 1959. О с т а п е н к о Д . И. Динамика содержания фотосинтетических пигментов у генерозисных гибридов кукурузы. Сб. «Вопросы повышения продук- тив. земледелия», 1963. П о ч и н о к X. Н. Определение активности каталазы иодометрическим мето­ дом. Сб. Особенности физиологии питания растений. Изд. АН УССР, 1956. Р а д ч е н к о С. И. и Я к о в л е в а Н. Д . О нефотосинтетической роли хл о­ рофилла в растении. Ботанический журнал, т. X, вып. VI, 1961. Р у б ц о в а М. С. Некоторые физиологические особенности гибридов и ис­ ходных самоопыленных линий кукурузы. Физиология растений, т. 7, вып. 6, 1960. С е м е н е н к о Г. И. и ' Г и м а ш о в а О. А. О содержании нуклеиновых кислот в листьях растений при вегетативной гибридизации. Биохимия, т. 19, вып. 5, 1954. - Ш у л ь г и н И. А. , К у п е р м а н Ф. М. , В ы с л о у х В. А. и Щ е р б и ­ н и н а И. П. Содержание хлорофилла как физиологический показатель гетерозиса у кукурузы. Физиология растений, т. 8, вып. 6, 1961. Ш у л ь г и н И. А. , К у п е р м а н Ф. М. и Щ е р б и н и н а И. П. О связи содержания хлорофилл-а с этапами органогенеза у кукурузы. Ф изио­ логия растений, т. 9, вып. 3, 1962. Э й д е л ь м а н 3. М. и Л и т в и н е н к о А. И. Интенсивность усвоения С140 2 листьями и передвижение ассимилятов у проростков гибридных и инбредных форм кукурузы. 11-я Всесоюзная конференция по ф ото­ синтезу, 1957. K e i l i n D. а. M a n n Т. Polyphenole oxidase: purification, nature and pro­ perties. Proc. Raoy. Soc. B., 1938. M i l l e r E. S. a. J o n s o n I. J. Inheritance of Chlorophyll in F8 Grosses Made Reciprocally Between Selfed Lines of Gorn. P roceedings of the Society for Experimental B io logy and Medicine. Vol. 44, No 1, 1940. Б И О Л О Г И Ч Е С К И Е И Г Е Н Е Т И Ч Е С К И Е О С О Б Е Н Н О С Т И С Е МЕ Н Н ЫХ П О К О Л Е Н И Й Р А С Т Е Н И Й - Н О В О О Б Р А З О ­ В А Н И Й П О Д С О Л Н Е Ч Н И К А О. Ф. Михайлов, X. Т. Микк Днепропетровский госуниверситет и Тартуский госуниверситет Еще сто лет тому назад крупнейший русский ботаник и ос­ нователь русской морфологии растений А. Н. Бекетов писал, что: «Цель морфологии, а следовательно и всей ботаники, от­ крыть причины растительных форм и тем самым указать з а ­ коны, лежащие в их основании». Действительно, и в наше время одной из важнейших и ин­ тригующих задач науки, изучающей мир растений, является раскрытие причин, детерминирующих формообразовательные процессы в растительном организме. Направленная, сознатель­ ная переделка природы организма стала ведущим лозунгом тео­ ретических и практических исследований наших дней. 445 Задача выявления закономерностей формообразовательных процессов и управления ими решается современной биологией различными путями. Однако все они основываются на общих теоретических положениях мичуринского учения и прежде всего на принципе диалектического единства всякого живого тела с условиями его жизни. Известно, что организм обладает избирательным отношением к окружающим его условиям внешней среды. Способность орга­ низма вступать во взаимодействие лишь с теми элементами среды, которые в наибольшей степени соответствуют требова­ ниям его природы, объясняется тем, что у каждого вида живых существ в процессе их филогенеза выработался совершенно оп­ ределенный тип обмена веществ и, следовательно, определенный тип наследственной основы. Онтогенез потомства, протекающий в более или менее сходных с родительскими формами условиях, способствует все большему закреплению из поколения в поко­ ление данного типа ассимиляции-диссимиляции, данного типа природы, или наследственности организма. Вырабатывающаяся таким образом известная стабильность, консерватизм наследст­ венности, наряду со свойством изменчивости, является одной из наиболее характерных особенностей живого тела. Мичуринской биологией установлено, что для направленного изменения природы растительного организма, а следовательно, для направленного изменения формы, структуры, функции лю­ бой части или органа его, необходимо изменить у такого орга* низма тип обмена веществ. Обычно, однако далеко не всегда, для этого пользуются более или менее резким изменением ус­ ловий существования. Степень успеха в таких случаях, как пра­ вило, обратно пропорциональна степени консерватизма наслед­ ственности организма. Консерватизм наследственности у многих живых форм зачастую весьма велик. Это обстоятельство при­ водит к тому, что установлению нового, или измененного, типа обмена веществ должно предшествовать резкое ослабление консерватизма старой наследственности. Помещение организма в новые, резко иные, условия суще­ ствования часто способствует ослаблению консерватизма на­ следственности, однако, как уже отмечалось, далеко не всегда. Boi почему Т. Д. Лысенко и говорит, что «перед наукой стояла и стоит задача находить все лучшие и лучшие способы нару­ шения консерватизма наследственности растительных и живот­ ных форм». I лботая в ^области изучения формообразовательных процес­ сов у растений на базе явления регенерации, нам удалось уста­ новить, что сам способ репродукции нового организма в усло­ виях in vitro обусловливает резкое ослабление консерватизма наследственности (Михайлов, 1951, 1952, 1957а, 19576, 1958, 1959, 1961, 1963). Дифференцирующиеся в культуре тканей или 446 органов растения-новообразования обладают расшатанной на­ следственной основой, что делает их значительно более пластич­ ными, податливыми к последующим воздействиям условиями воспитания. Именно это и позволяет использовать в целом ряде случаев метод получения растений-новообразований в культуре растительных тканей или органов для переделки природы раз­ личных растительных организмов. В данной работе мы остановимся только на одном примере, наиболее ярко иллюстрирующем как возможности самого ме­ тода, так и результаты переделки генетической основы орга­ низма растения, а именно на переделке природы одного очень характерного сорта подсолнечника ’Гигант 549’. Выбор этого объекта в качестве исходного генетического материала был обусловлен целым рядом обстоятельств. Как известно, линнеевский вид подсолнечника — Helianthus annuus L, вследствие его огромного полиморфизма рассматри­ вается систематиками как «сборный вид», который делится на два самостоятельных вида: подсолнечник культурный — Hel i ­ anthus cultus Wenzl. и подсолнечник дикорастущий —1 Helianthus ruderalis Wenzl. Первый из них и объединяет все полевые формы и сорта культурного подсолнечника. Собствен­ но культурный подсолнечник разделяется на довольно большое количество сортов масличного, грызового и силосного значения. .Силосный или кормовой подсолнечник ’Гигант 549’ занимает в хозяйственном отношении совершенно самостоятельное положе­ ние, хотя для кормовых целей довольно часто используются и представители двух других групп. Это объясняется не только тем, что ’Гигант 549’ дает богатую зеленую массу, достигающую до 900 центнеров и более с гектара, но и рядом других морфо­ логических и биологических особенностей. По данным ВИРа, изложенным Ф. С. Венцлавович (1954), ’Гигант 549’ сравни­ тельно молодой специальный силосный сорт, выведенный на Ку­ банской опытной станции ВИРа в 1935 г. Сорт характеризуется прямостоячим, преимущественно неветвящимся, или слабо вет­ вящимся на верхушке стеблем. Высота стебля в Ленинградской области от 236 до 340 см. Отличительным признаком сорта яв ­ ляются темно-фиолетовые, почти черные, блестящие средней ве­ личины семянки, окрашивающие воду в фиолетовый цвет. Се­ мянки преимущественно беспанцырные. Сорт позднеспелый, об­ ладающий вегетационным периодом от 130 до 146 дней. Наряду с другими отличительными признаками ’Гиганта 549’, нас особенно привлекла продолжительность его вегетаци­ онного периода, полностью исключающая возможность его пол­ ного созревания в северо-западной зоне нечерноземной полосы СССР, в частности в Эстонской ССР. При ежегодной посадке семянок ’Гиганта 549’ на Биологической станции Тартуского гос. университета, продолжавшейся с 1952 по 1962 год, не было ни 447 одного случая полного созревания. Зацветая в начале сентября, ’Гигант 549’, обычно до начала заморозков, уничтожающих ра­ стения, не заканчивал фазу цветения. Аналогичные данные имеются и у Пушкинской станции ВИРа по Ленинградской об­ ласти. Длительные исследования лаборатории физиологии ВНИИМК по яровизации различных сортов подсолнечника по­ зволили сделать вывод, что все они обладают короткой стадией яровизации. К такому же выводу привели и исследования В. К. Морозова (1953). Последний отмечает, что, наряду с крат­ костью стадии яровизации, исследованные им сорта подсолнеч­ ника проходят эту стадию при широкой амплитуде температур в комплексе с другими условиями. Наши данные по выращива­ нию ’Гиганта 549’ в условиях Ленинградской области и Эстонии говорят о том, что и этот сорт подсолнечника, по-видимому, име­ ет короткую стадию яровизации. Иная картина наблюдается при анализе световой стадии 'Гиганта 549’. Следует отметить, что вообще данные различных исследователей о продолжительности световой стадии подсол­ нечника весьма разнообразны и противоречивы, вплоть до того, что одни считают это растение короткодневным, а другие — длиннодневным. Наконец, третья группа исследователей диф­ ференцирует различные сорта на короткодневные, длинноднев­ ные и безразлично относящиеся к длине светового дня. Что ка­ сается ’Гиганта 549’, то по данным Ф. С. Венцлавович (1941) этот сорт принадлежит к растениям длинного дня. Эти выводы, однако, не согласуются с нашими многолетними исследованиями онтогенеза ’Гиганта 549’. Более, того, мы склонны считать этот сорт подсолнечника короткодневным растением. Видимо, по­ следним обстоятельством объясняется и то, что по мере про­ движения на север этот сорт, лучше всего произрастающий в Азербайджанской и Грузинской ССР, все более и более удли­ няет свой вегетационный период. В результате, как мы уже и отмечали, в условиях Эстонской ССР этот сорт до наступления заморозков обычно не успевает закончить даже фазу цветения. Все это не является, однако, следствием только длинного лет­ него дня в условиях Эстонии. Видимо, довольно резкое затяги­ вание вегетационного периода у ’Гиганта 549’ обусловливается сравнительно низкими летними температурами в месте прове­ дения наших опытов и какими-то другими, пока еще не ясными, обстоятельствами. То, что это действительно так, подтверждают данные ряда исследователей, показывающие, что длина вегета­ ционного периода подсолнечника в высокогорных участках юж­ ных районов обычно не отличается от длины вегетационного пе­ риода этих растений в северных районах нашей страны. Есть основания предполагать, что подсолнечник ’Гигант 549’, высе­ янный нормальными семянками в условиях ЭССР, несмотря на 448 длинный летний день, все же заканчивает световую стадию раз­ вития, однако к этому времени он уже не находит благоприят­ ных условий для нормального развития генеративных органов. Все это и послужило причиной выбора этого объекта для наших исследований по переделке его природы с помощью ад­ вентивной репродукции. Не останавливаясь на вопросах адвен­ тивной репродукции растений, неоднократно освещавшихся од­ ним из авторов данной статьи (Михайлов, 1951, 1952, 1957а, 19576, 1958, 1959, 1961, 1963), отметим некоторые наиболее ин­ тересные и яркие особенности полученных нами растений-ново- образований подсолнечника на исходном генетическом мате­ риале ’Гиганта 549’. Испбльзуя метод культуры тканей и органов, изолирован­ ных от целого организма, мы получили в 1952 г. нулезое поко­ ление адвентивных растений, которые выращивались затем в полевых условиях на Биологической станции Тартуского гос, университета в Кярику. Благодаря сильно выраженной расшатанности наследствен­ ной основы, нулевое поколение этих растений-новообразований дало целый веер различных морфо-физиологических и биологи­ ческих отклонений. Одни из них носили тератологический харак­ тер, другие проявляли либо усиление, либо ослабление ранее существовавших у исходного материала (’Гигант 549’) призна­ ков и свойств. В данной работе мы остановимся только на по­ следней группе отклонений, так как они представляют наиболь­ ший интерес с селекционной точки зрения. Прежде всего, от­ мечено резкое изменение общего габитуса растений. Большин­ ство из них оказалось сравнительно низкорослыми (средняя вы­ сота 90 см) и сильно ветвистыми. Оба признака совершенно не свойственны ’Гиганту 549’. Было, однако, некоторое количество (около 10%) сравнительно высокорослых (до 200 см) и не вет­ вистых форм. Все растения-новообразования нулевого поколе­ ния сформировали небольшие цветочные корзинки (до 20 см в диаметре) и, что самое главное, к концу вегетационного пе­ риода (третья декада августа) полностью прошли цикл своего развития и дали зрелые семянки. Таким образом, уже в нуле­ вом поколении эти растения, в отличие от исходных, оказались не только стадийно готовыми, но и способными использовать местные условия для образования генеративных органов и по­ следующего плодоношения. Семянки целого ряда растений, представлявших интерес по своим отклонениям от исходной формы, были высеяны в первых числах мая 1953 г. в полевых условиях по обычным для этой культуры правилам агротехники. В течение всей вегетации ра­ стений проводились тщательные фенологические наблюдения. Анализ продолжительности различных фаз развития первого се­ менного поколения новообразований подсолнечника показал, 29 Заказ № 4752 449 что продолжительность отдельных фаз, по сравнению с конт рольной, исходной, формой изменилась. Это изменение каса ' стся главным образом поздних фаз развития, связанных с фор­ мированием цветочной корзинки. В частности, фаза развития от розетки до луковицы и от луковицы до начала цветения у семенного потомства растений-новообразований уменьшилась, по сравнению с контролем, в среднем на 50%. Что же касается Рис. 1. Прямостоячий тип ветвистой формы новообразований подсолнеч­ ника. фазы от начала созревания до конца созревания семянок, то эта фаза вообще выпадала у контроля. Характерной особенностью первого семенного поколения было то, что ветвистость исчезла почти у всех растений. Только единичные из них сохранили ветвистость вплоть до седьмого поколения включительно, после чего наблюдения над ними были прекращены (рис. 1). Отмечено, что формы, сохранившие ветвистость, характери­ зуются большим количеством мелких цветочных корзинок и большей вегетативной массой. Мы отобрали из них два основ­ ных типа ветвления, один из которых прямостоячий (рис. 1). 450 а другой — пониклый (рис. 2). Обе эти особенности передава­ лись из поколения в поколение. Отсутствие ветвистости у большинства растений первого се­ менного поколения, в известном смысле, возврат к исходной форме, продолжало сохраняться и в дальнейшем. Одновременно с этим увеличилась высота растений и диаметр корзинок. Сред- Рис. 2. Пониклый тип ветвистой формы но­ вообразований подсолнечника. няя длина стеблей в первом поколении была, например, 210 см; у пятого поколения — 180 см; у седьмого — 200 см. Соответ­ ственно у контрольных растений в год первого поколения но­ вообразований средняя высота стеблей была 244 см, в год пя­ того поколения — 272 см, в год седьмого поколения — 255 см. Все семь изученных нами семенных поколений новообразо­ ваний подсолнечника, полученных от ’Гиганта 549’ и условно названных Гигантом северным, обладали весьма богатой веге­ тативной массой, что хорошо видно по величине листьев и об­ щей облиственности на рис. 2 и 3. Средняя длина листьев за все годы колеблется от 27 до 35 см. Урожай зеленой массы ра­ стений, выращиваемых на Биологической станции при соответ­ ствующем уходе, колебался от 900 до 1200 центнеров с гектара. Урожай зеленой массы Гиганта северного, высеянного в кол­ хозных условиях при отсутствии подкормок и прополок, соста­ вил в 1957 г. в колхозе «Веллавере» (Эльваский район) — 600 центнеров с гектара. Сравнение урожая зеленой массы семенных поколений Ги­ ганта северного с соответствующим урожаем ’Гиганта 549’ пока­ зывает, что величина его у последнего несколько выше, но это обусловливается, видимо, тем обстоятельством, что у ’Гиганта 451 549’ семянки не вызревают и, следовательно, питательные ве­ щества расходуются на образование вегетативной массы в боль­ шем количестве. Мы уже отмечали выше факт укорочения последних фаз раз­ вития семенных поколений Гиганта северного. Это обстоятель­ ство сказалось прежде всего на том, что растения-новообразо- Рис. 3. Подсолнечник-новообразование седь­ мого семенного поколения в ф азе цветения. Хорошо видно богатство его вегетативной массы. вания успевали закончить свой цикл развития. По всем семи поколениям средняя длина вегетационного периода (от посадки семянок до полного созревания новых) колебалась от 113 до 140 дней. Следует напомнить, что ’Гигант 549’ при культивиро­ вании на юге имеет вегетационный период от 130 до 146 дней (Венцлавович, 1954). Следовательно, полученная нами новая форма не только стала давать зрелые семянки в условиях ЭССР, но и оказалась с более коротким вегетационным перио­ дом, чем исходный ’Гигант 549’. На прилагаемой фотографии (рис. 4) хорошо видны на переднем плане растения Гиганта северного с уже полностью созревшими семянками, а на заднем 452 Рис. 4. На переднем плане — растения-новообразова- ния шестого семенного поколения в фазе полной спе­ лости. На заднем плане — контрольные растения в фазе цветения. Рис. 5. Корзинка Гиганта северного пятого семенного поколения. Хорошо видна равномерность созревания семянок как по периферии, так и в центре. 453 плане растения Гиганта 549’, только что вступившие в Ф У полного цветения. (Дата фотографирования 26 августа Ь Семянки новой формы подсолнечника обладают характерной для Гиганта 549’ формой и цветом. Однако семянки растении- Рис. 6. Группа растении Гиганта северного шестого семенного поколения. Видна выпол­ ненность корзинок и их однородность по ве­ личине и зрелости. новообразований значительно крупнее. Вес 1000 семянок равен 57 г, что больше, чем у исходной формы. Выполненность семя­ нок хорошая. Пустозерность весьма незначительна. Корзинки Гиганта северного по своему диаметру доходили до 45 см. Средний диаметр корзинки 28 см. На фотографии (рис. 5) показана зрелая средняя корзинка растений 5-го поко­ ления. Семянки очень крупные, равномерной величины и сте­ пени зрелости как в периферийной, так и в средней части корзинки. Последнее обстоятельство является весьма ценным 454 хозяйственным признаком, характерным для растений-новооб­ разований подсолнечника всех поколений. На фото (рис. 6) дана средняя по величине корзинка (23 см) шестого поколения. Видно, что и другие близрасполо- Рис. 7. Спелая корзинка седьмого семенного поколения Гиганта север­ ного, диаметром 35 см. женные растения обладают такими же по величине и степени зрелости корзинками. В последнем проанализированном нами седьмом семенном поколении средний диаметр корзинки был 35 см (рис. 7). Средний урожай семянок за все годы опыта 50 центнеров с га. Мы не имеем возможности останавливаться на ряде дру­ гих особенностей, возникших или изменившихся у растений- новообразований, полученных из изолированных семядолей ’Гиганта 549’. Наиболее важные из них, наследственно закреп­ ленные, мы изложили. Следует, однако, отметить и еще одну важную особенность новых форм растений. Работая в области переделки природы подсолнечника ’Гигант 549’, мы попыта- 455 лись выяснить и вопрос о холодоустойчивости растений-ново- образовании. В этих целях в течение ряда лет мы пользова­ лись методом подзимнего посева, который позволил установить, что полученная нами форма подсолнечника Гигант северный приобрела очень большую холодоустойчивость. На прилагаемой фотографии (рис. 8) один из опытов под­ зимнего посева ’Гиганта 549’ (слева) и Гиганта северного (спра­ ва). В течение ряда лет нам не удавалось получить ни одного Рис. 8. Опыт подзимнего посева. Слева —- ’Гигант 549’ — всходы погибли. Справа — хорошо выдержавшие морозы растения Ги­ ганта северного. всхода ’Гиганта 549’, в то время как Гигант северный хорошо переносил обычные условия подзимнего посева. Выращиваемые при этом растения отличались от весенних посевов еще более ранним и ровным созреванием семянок. Правда, вегетативная масса таких растений была несколько меньшей. Резюмируя, мы можем отметить следующее: 1. Метод культуры тканей и органов может быть широко использован не только для выяснения качественных и количе­ ственных сторон морфо-физиологических процессов, но и для переделки природы растительного организма в селекционных целях. 2. На примере подсолнечника сорта ’Гигант 549’ хорошо видно, что расшатывание наследственной основы, имеющее ме­ сто при адвентивной репродукции, и последующее влияние не­ свойственными растению условиями вегетации действительно переделывает его природу, его наследственность, которая з а ­ крепляется в новом ряду поколений. 456 3. Полученная нами новая форма подсолнечника-новообра- зования Гигант северный может быть с успехом использована в качестве исходной формы для последующей селекции в усло­ виях, аналогичных ЭССР. Л И Т Е РА Т У РА В е н ц л а в о в и ч Ф. C. H. annuus — подсолнечник. Культурная флора СССР, т. VII, Сельхозгиз, 1941. В е н ц л а в о в и ч Ф. С. Подсолнечник на силос. Гос. изд. с.-х. лит., 1954. М и х а й л о в О. Ф. Морфогенез новообразований подсолнечника и гороха, полученных на изолированных семядолях. Ученые записки ЛГУ, № 139, сер. биол. наук, вып. 26, 1951. М и х а й л о в О. Ф. Биологическая специфика семядолей в семенах растений, не сохраняющих эндосперм. Научные труды, посвящ. 150-летию ТГУ. 1952. М и х а й л о в О. Ф. М етод культуры тканей и получение новых форм расте­ ний. Ученые записки Тартуского гос. университета, № 46, 1957а. М и х а й л о в О. Ф. К вопросу о филогенетическом значении явления реге­ нерации у растений. Ученые записки Тартуского гос. ун-та, № 46, 19576. М и х а й л о в О. Ф. Проблема детерминации и патологический морфогенез растений. Ученые записки Тартуского гос. университета, вып. № 64, Труды по ботанике, I, 1958. М и х а й л о в О. Ф. М етод культуры растительных тканей и ф орм ообр азо­ вательные процессы. Сб. Наследственность и изменч. раст., животных и микроорг. Труды конфер., посвящ. 40-летию Великой Октябрьской соц. революции, т. 2, Изд. АН СССР, М., 1959. М и х а й л о в О. Ф. О потенциальных возможностях клеток семядолей и эндосперма. Труды конф. по морфогенезу растений, т. 2, Изд. Москов­ ского университета, 1961. М и х а й л о в О. Генетические основы дифференциации новообразований в культуре растительных тканей. Сб. Республиканская конференция по физиологии и генетике растений. Изд. АН ЭССР, Таллин, 1963. . М о р о з о в В. К. Агробиологические основы возделывания подсолнечника на Юго-Востоке СССР. Саратовское книжн. изд., 1953. О С П Е Ц И Ф И Ч Е С К О М Н А П Р А В Л Е Н И И Н А С Л Е Д С Т ­ В Е Н Н О С Т И Ю. Г. Павел Тартуский госуниверситет Замечательные успехи, достигнутые в последнее время в изу­ чении механизма биосинтеза белка, а также генетического кода (Крик, 1963), дают материальную основу для таких абстракт­ ных понятий, как единица наследственности, реализация генети­ ческой информации и т. д. Не менее важны и результаты, до­ стигнутые в генетике, особенно в области генетики бактерий. Отнюдь не случайно, что достижения биохимии не только яви­ лись основополагающими в генетике, но дальнейшее развитие 457 биохимии стало, в свою очередь, зависеть от развития гене­ тики (Бреслер, 1963). Так, при выяснении механизмов биосин­ теза белка плодотворными оказались не только биохимиче­ ские, но также и генетические методы исследования (см. сб. Молекулярная генетика, ИЛ, М., 1963). Используя биохимиче­ ски недостаточные формы микроорганизмов (т. е. микроорга­ низмов, утративших способность к синтезу соответствующего жизненно важного метаболита) , удалось уточнить пути биосин­ теза триптофана, аргинина и многих других метаболитов (Пет­ ров, 1959). Использование биохимически недостаточных форм было предпосылкой и для выяснения сущности такого важного с точки зрения микробиологии явления, как конъюгация бакте­ рий (Жакоб, Вольман 1962; Перов, Абидов, 1963). Взаимосвя­ занное развитие биохимии и биохимической генетики обусло­ вило то обстоятельство, что исходные позиции у обеих биологи­ ческих дисциплин являются идентичными, т. е. как при изуче­ нии механизма синтеза белка, так и при изучении его генети­ ческой детерминированности исходят из концепции шаблона. Согласно этой концепции структура белковой молекулы опре­ деляется структурой нуклеиновой кислоты, т. е. последователь­ ность аминокислот в полипептиде определяется последователь­ ностью нуклеотидов. Другими словами, реализация генетиче­ ской информации осуществляется путем превращения нуклео­ тидного кода в полипептидный. Быстрое развитие биохимической генетики и биохимии дало много нового и уточнило прежние понятия. Произошло сближе­ ние многих дисциплин, можно даже сказать — частичное их слияние. Объединяющим звеном, например, таких областей, как вирусология, иммунология и биохимия, является биохимиче­ ская генетика. В частности, наследственная передача профага, явление рекомбинации вирусов, трансдукция, а также механизм синтеза антител (Фукс и др., 1963) основываются на функцио­ нальном состоянии нуклеиновокислотных шаблонов, определяю­ щих синтез соответствующих белков (Finch, 1964). Например, известно, что патогенность вируса в отношении клетки опреде­ ляется наследственностью последнего, причем расщепление признака восприимчивость—невосприимчивость происходит во втором поколении (Bang, Warwick, 1960; Schroeder, Barton, 1958 и др.). Удалось определить, что размножение вируса можно тормозить при помощи чужеродной нуклеиновой кислоты (Rotem и др., 1963), и многие другие важные для практической дея­ тельности человека факты. При исследовании механизма этих явлений, кроме частных методов исследования, необходимы и генетические методы. Таким образом достижения биохимиче­ ской генетики не только представляют собой теоретический ин­ терес, но они необходимы при разрешении многих практических проблем, как, например, направление изменчивости вирусов и 458 микробов. Использование генетических методов способствует разрешению не только многих проблем интермедиарного мета­ болизма и энзимологии, но и селекции высокопродуктивных штаммов микроорганизма (Петров, 1959; Пехов, Абидов, 1963). Быстрое развитие генетики бактерий позволило также нарисовать контуры сущности регуляции ферментативных про­ цессов в клетке. Это означает, что генетика и биохимия нахо­ дятся на пороге открытий, ведущих к полному познанию сущ­ ности управляющих механизмов клетки. Работавшие над изуче­ нием переноса генетических детерминантов при конъюгации у бактерий Ф. Жакоб и сотрудники (Jacob, Monod, 1961; Monod, Jacob, 1961; Жакоб, Вольман, 1963) на основе фактического материала создали концепцию о генетической регуляции жизне­ деятельности клетки. Эта концепция заслуживает особого вни­ мания, так как она объясняет координированность деятельности ферментов в клетке. Оставляя в стороне использованную авто­ рами терминологию, из предложенного ими рассуждения явст­ вует, что координированность биохимических реакций в клетке основывается на взаимосвязанной деятельности нуклеиновокис­ лотных шаблонов, определяющих структуру отдельных фермен­ тов. При этом индуктор, происходящий из внешней среды, мо­ жет вызывать активацию соответствующего шаблона, что, в свою очередь, может вызывать активацию и некоторых других шаблонов. Подобными «переключениями» они объясняют и сущ­ ность процессов клеточной дифференциации. Замечательным успехом увенчались опыты по направленно­ му преобразованию наследственности у бактерий. В первую оче­ редь следует упомянуть открытие, согласно которому генетиче­ скую информацию возможно переносить с помощью Д Н К (Avery и др., 1944). Сделанное позднее заключение, что Д Н К имеет генетическую функцию, основывается в первую очередь именно на этом феномене (трансформация) . Открытие матери­ альной основы наследственного кода у бактерий оказало су­ щественное влияние на научную мысль в биологии и на разви­ тие молекулярной биологии (т. е. молекулярной генетики, био­ физики и биохимии). У многоклеточных организмов реализация генетической ин­ формации происходит дифференцированно, т. е. в разных клет­ ках программируется синтез различных ферментов. Таким об­ разом в разных клетках реализация генетической информации протекает разнообразно. Блестящие достижения в области генетики микроорганиз­ мов в свою очередь выдвигают вопрос о специфическом направ­ лении наследственности и у высших форм жизни. Примером специфического изменения наследственности служит феномен трансформации, при котором наследственные свойства одного 459 типа бактерии передаются к другому дезоксирибонуклеиновой кислотой (Тимаков, Гольдфарб, 1958). Под понятием специфи­ ческого изменения наследственности мы подразумеваем те слу­ чаи изменения наследственности, где индуцированное изменение характеризуется однозначностью зависимости от вызывающего ее фактора. Таким образом, специфическое направление наследственно­ сти охватывает как перенос материальных носителей генетиче­ ской информации, так и преобразование или замещение строительных компонентов нуклеиновых кислот — пуриновых или пиримидиновых оснований, существующих уже в клетке. Что касается результатов, полученных при изменении струк­ туры Д Н К некоторыми мутагенами или при применении пури­ новых или пиримидиновых аналогов, то индуцированное изме­ нение является более специфическим в отношении пуриновых и пиримидиновых оснований, чем в отношении генов. Дело в том, что действие мутагенов не ограничивается только одним райо­ ном молекулы ДНК, а эти изменения возникают во многих районах. Хотя характер и объем вызванных изменений и харак­ терен для используемого мутагена, наследственный эффект ха­ рактеризуется многозначностью зависимости от структуры мута­ гена. По мнению Н. П. Дубинина (1963), в данном случае можно говорить лишь о групповой специфичности действия мутагена. Но можно полагать, что в течение ближайших лет найдут при­ менение и мутагены, степень специфичности которых более вы­ ражена. В связи с вышеизложенным большое теоретическое и прак­ тическое значение приобретают исследования, посвященные вопросу изучения возможности переноса биологической инфор­ мации введением биополимеров, оказывая тем самым специфи­ ческое влияние на дифференциацию клеток многоклеточного ор­ ганизма. Первые сообщения о действии нуклеиновых кислот на жи­ вотные клетки в условиях тканевой культуры довольно обна­ деживающие. По данным большинства исследователей, морфо­ генетически активным является не Д Н К, а Р Н К (Вейсбергер, 1962 и др.). Уменьшение злокачественности у раковых клеток удалось индуцировать Гриффину и О ’Нил (1962), Подгаецкой с сотрудниками (1962) и Аксеновой с сотрудниками (1962). Аксенова и сотрудники полагают, что действие Р Н К связано с изменением состояния структурных генов реципиента. Однако заслуживает внимания также то, что удалось перенести гене­ тическую информацию и с помощью Д Н К (Оленов, 1963). Так, по данным В. Шибальского и сотрудников (1962), способность усвоения гипоксантина передается с частотой 10~5. 460 На то обстоятельство, что перенос генетической информации у соматических клеток возможен, указывают в известной мере и нижеприведенные случаи полиплоидизации. В условиях куль­ туры ткани совместное культивирование двух клонов с различ­ ным генотипом сопровождается появлением нового генотипа. Образующиеся клетки нового типа по своему кариотипу и био­ логическим свойствам являются близкими аллополиплоидам. Последнее выражается в аддитивности свойств образующегося типа (Barski, 1961; Barski и др., 1960, 1961). По данным Б а р ­ ского (1961), при совместном культивировании клонов с 55— 60 телоцентрическими хромосомами и с 62 хромосомами (из них 10— 12 являются метацентрическими) образуется тип кле­ ток с аддитивным кариотипом. У этих гибридов с 100— 115 хро­ мосомами 90% хромосом являются телоцентрическими. Пер­ вые полиплоидные клетки образуются уже в течение 78 часов. По данным Б. Эфрусси и С. Сориель (1962), частота появле­ ния этих клеток колеблется в пределах 1% от общего числа клеток. Результаты при изучении влияния введения нуклеиновых кислот у животных оказались противоречивыми. Уже а priori можно полагать, что факторами, препятствующими проникно­ вению целостной нуклеиновой кислоты в клетку, являются нахо­ дящиеся в тканевых жидкостях нуклеазы и наличие ретикуло- эндотелиальной системы. Также как и в опытах in v i t ro , и здесь надо принимать во внимание то обстоятельство, что хотя нуклеиновая кислота и проникает в более или менее полимер­ ном виде в соответствующую клетку, последняя представляет собой координированную систему, обладающую определенной устойчивостью. Чтобы происходило фенотипическое проявление введенной нуклеиновой кислоты, должны происходить измене­ ния в метаболизме, способствующие ее проявлению. Чем глуб­ же эти изменения, тем, по-видимому, труднее их вызвать. Т а ­ ким образом, вероятность реализации добавленной информации будет тем больше, чем меньшими являются вызванные измене­ ния. Или, по словам Ф. Жакоба и Э. Вольмана, проявление введенного генетического детерминанта зависит от степени кле­ точной реорганизации, необходимой для появления нового фе­ нотипа. Заслуживают внимания модификации, индуцированные у птиц переливанием гетерологической крови (Громов и др., 1957; Kushner, 1958; Leroy, 1962; Stroun, 1958; Stroun и др., 1958, 1962а, 19626). Одной из причин удачи можно считать то обстоя­ тельство, что авторы использовали большие дозы гетерологиче­ ской крови, вызывающие, вероятно, блокаду клеток ретикуло- эндотелиальной системы (РЭС). По-видимому, блокада РЭС и является условием, необходимым для проникновения биополи­ меров вводимой крови в половые клетки. 461 Что касается высших растений, .то благодаря Р В. Е. Писарева и Н. М. Виноградовой (1944) известно, трансплантация эндоспермы вызывает у реципиента химические изменения. На основании данных, полученных В- Е. Писаревым и Н. М. Виноградовой, а также О. Л. Халлом (1954), можно думать, что возникшие при трансплантации изменения у расте­ ний можно сравнивать с изменениями, индуцированными у выс­ шего животного. В обоих случаях проводимая в эмбриональной стадии трансплантация вызывает в организме реципиента реор­ ганизацию, в результате которой возникает так называемое со­ стояние толерантности. Если у растения это может выражаться в возникшей преодоляемости барьера скрещиваемости, то у высшего животного это сопровождается состоянием иммуноло­ гической толерантности. Можно полагать, что оба явления по своему существу аналогичны, являясь результатом инактивации некоторых шаблонов белка. И. А. Петров (1963), пользуясь методом инъекции, показал, что инфильтрация эндоспермы вызывает у злаковых (приблизи­ тельно с частотой в 1—2 процента) изменения наследственно­ сти. Он установил, что при внутривидовом и межвидовом пере­ носе образуются варианты гибридной природы, притом в F2 ясно выявляется влияние донора (Баранова, 1963). Перенос эн­ доспермы между семействами или родами как по данным И. А. Петрова, так и М. М. Белковой (1963) вызывает измене­ ния наследственности, не выходящие из пределов вариабильно- сти, свойственных данному реципиенту, и лишь в отдельных слу­ чаях можно заметить также и влияние донора. В заключение необходимо указать, что изучение возможно­ сти специфически изменить наследственность с помощью нуклеи­ новых кислот имеет большое теоретическое и практическое зна­ чение. С практической точки зрения имеет большое значение изучение механизма переноса биологической информации у мик­ роорганизмов, потерявших половой способ размножения, напри­ мер с целью повышения продуктивности грибов, используемых в микробиологической промышленности. Л И Т Е РА Т У РА А б и д о в А. А. Генетические рекомбинации у кишечных бактерий. II. И зу­ чение генетической структуры гибридов дизентерийных бактерий (био­ химические свойства и подвижность). Бюлл. эксп. биол мел МЪ 7 72— 74, 1963. ' ’ ' ’ А к с е н о в а H. H. , Б р е с л е р В. М.; В о р о б ь е в В. И. и О л е н о в Ю. М. О действии рибонуклеиновых кислот, выделенных из печени, на при­ виваемость и рост перевивной опухоли. Цитология, т 4 N° 5 490__ 498, 1962. Б а р а н о в а И. И. Некоторые биохимические показатели группы мягких пшениц и ячменей, выведенных методом инъекции. В кн.: Вопросы ге­ нетики зерновых культур (метод инъекции). Изд. АН СССР М — Л 83— 89, 1963. 462 Б е л к о в а М. М. Морфологические признаки новых форм культурных зл а ­ ков. В кн.: Вопросы генетики зерновых культур (метод инъекции). Изд. АН СССР, М.— Л., 36— 53, 1963. Б р е с л е р С. Е. Введение в молекулярную биологию. Изд. АН СССР, М.— Л., 1963. В е й с б е р г е р О. С. Об образовании белка в клетках человека под влия­ нием нуклеиновых кислот. VIII М еж дун. противораковый конгр., М. Тезисы докл., стр. 100, 1962. Г р и ф ф и н А. К- и О ’ Н и л М. А. Влияние нуклеиновых кислот на клетки асцитной опухоли Новикова. VIII М еж дун. противораковый конгр., М. Тезисы докл., стр. 100— 101, 1962. Г р о м о в А. М. и Ф е о к т и с т о в П. И. Изменение наследственности у кур переливанием крови. Сельхозгиз, М., 1957. Д у б и н и н Н. П. Молекулярная генетика и действие излучений на наслед­ ственность. Атомиздат, М., 1963. Ж а к о б Ф. и В о л ь м а н Э. Пол и генетика бактерий. И Л , М., стр. 334— 361, 1962. К р и к Ф. Г. К. О генетическом коде. Выводы об общей природе кода, выте­ кающие из биохимических экспериментов. Биофизика, т. 8, № 5, 529— 535, 1963. Молекулярная генетика (сб. статей под ред. И. Л. Кнунянца и С. И. Алиха- няна). ИЛ., М., 1963. О л е н о в Ю. М.- Сравнительный анализ трансформационной активности Д Н К и биологического действия специфических РНК. Первый Всесоюзн. био- хим. съезд. Тезисы докл., Л., вып. I, стр. 64, 1963. П е т р о в Д . Ф. Селекция микробов. Медгиз. М., стр. 127— 184, 1959. П е т р о в И. А. Эндосперм — как объект изменения наследственности зерно­ вых растений. В кн.: Вопросы генетики зерновых культур (метод инъ­ екции). Изд. АН СССР, М.— Л., стр. 5 — 35, 1963. П е х о в А. П. и А б и д о в А. А. Генетические рекомбинации у кишечных бактерий. I. Гибридизация м еж ду E. coli и Sh. Flexneri. Бюлл. эксп. биол. мед., № 5, 88— 90, 1963. П и с а р е в В. Е. и В и н о г р а д о в а H. М. Гибриды пшеницы и элимуса. Докл. АН СССР, нов. серия, т. 45, № 3, 137— 140, 1944. П о д г а е ц к а я Д. Я., Б р е с л е р В. М. и О л е н о в Г. М. Действие нуклео- протеидов, выделенных из сарколизиноустойчивых опухолей на сарко- лизиночувствительные опухоли. Цитология, т. 4, № 1, 59— 61, 1962. Т и м а к о в В. Д . и Г о л ь д ф а р б Д . М. Основы экспериментальной меди­ цинской бактериологии (общая часть). Медгиз, М., стр. 283— 285, 1958. Ф у к с Б. Б., К о н с т а н т и н о в а И. В., С т е ф а н о в и ч Л. E. , Л у к ь ­ я н о в а И. Г., Ц ы г а н к о в Л. И. , К о л я е в а С. Г., К р а с с И. М. и В а н ь к о Л. В. Специфический биосинтез антител, вызванный ри­ бонуклеиновой кислотой из лимфатических узлов и селезенки иммун­ ных кроликов. Докл. АН СССР, 153, 2, 485— 488, 1963. A v e r y О. Т., M a c L e o d С. М. and M c C a r t y М. Studies on the Chemical Nature of Substance inducing Transformation of Pneumococcal Types. Induction of Transformation by a Desoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneum ococcus Type III. J. Exptl. Med., vol. 79, No 2, 137— 158, 1944. B a n g F. B. and W a r w i c k A. Mouse M acrophages as Host Cells for the M ouse Hepatitis Virus and the Genetic B asis of Their Susceptibility. Proc. Nat. Acad. Sei., vol. 46, No 8. 1065— 1067, 1960. В a r s k i G. Clones cellulaires “hybrides”, iso les ä partir de cultures cel- lulaires mixtes. Compt. rend. Acad. Sei., t. 255, No 10, 1186— 1188, 1961. B a r s k i G. , S o r i e u l S. et C o r n e f e r t F. Production dans des cultures in vitro de deux souches cellulaires en association des cellules des caractere “hybride”. Compt. rend. Acad. Sei., t. 251, No 17, 1825-— 1827, 1960. 463 B a r s k i G. , S o r i e u l S. and C o r n e f e r t Fr. “H ybrid” Type Celle m Combined Cultures of Two Different M am m alian Cell Strains. . a . Cancer Inst., vol. 26, No 5, 1269— 1294, 1961. . , ,. E p h r u s s i B. et S o r i e u l S. N ouvelles observations sur l’hybndation in vitro de cellules de souris. Compt. rend Acad Sei., t. 254, No 1, 181 — 182, 1962. F i n c h L. R. ^-Globulin Operon: A H ypothesis for the M echanism of the Specific Response in Antibody Synthesis Nature 201, 4926, 1288— 1291, 1964. H a l l O. L. Hybridization of W heat and Rye after Embryo Transplantation. Hereditas, vol. 40, No 3 — 4, 453— 458, 1954. J a c o b F. and M o n o d J. Genetic Regulatory M echanism in the Syn­ thesis of Proteins. J. Mol. Biol., vol. 3, No 3, 318— 356, 1961. K u s h n e r H. F. Inheritance of C hanges in Feathering Pigmentation in F o w ls (H ens) Subjected to Foreign Blood Transfusion. Proc. X Int. Congr. Genetica. Univ. Toronto Press, Montreal, vol. 2, p. 155, 1958. L e r o y P. O bservations faites sur des Poules “ Rhode Island Red”, genetique- ment controlees et sur leurs descendants de 1-re et 2-e generations apres injections repetees de sa n g de Pintade. Compt. rend. Acad. Sei., t. 254, No 4, 756— 758, 1962. M o n o d J. and J a c o b F. General Conclusions: Teleonomic Mechanisms in Cellular M etabolism, Growth, and Differentiation. Cold Spring Harbor Sympt. Quant. Biol., vol. 26, 389— 401, 1961. R o t e m Z., C o x R. A. and I s a a c s A. Inhibition of Virus Multiplication by Foreign Nucleic Acid. Nature, vol. 197, No 4867, 564— 566, 1963. S c h r o e d e r W. T. and B a r t o n D. W. The Nature and Inheritance of Resistance to the Pea Enation M osaic Virus in Garden Pea, Pisum sativum. P hytopathology , vol. 48, No 11, 628— 632, 1958. S o r i e u l S. and E p h r u s s i B. Karyological Dem onstration of Hybridi­ zation of M am m alian Cells in vitro. Nature, vol. 190, No 4776, 653—- 654, 1961. S t r o u n M. Hybridation v eg eta t iv e chez les plantes. Proc. X Int. Congr. Genetics , Univ. Toronto Press, Montreal, vol. 2, p. 280, 1958. S t r o u n J. H. , S t r o u n - G u t t i e r e s L. R., R o s s i J. et S t r o u n M. M odifications de la poule Leghorn traitee par de sa n g de pintade. Proc. X Int. Congr. Genetics, Univ. Toronto Press, Montreal, vol. 2, p. 280, 1958. S t r o u n J., S t r o u n - G u t t i e r e s L., R o s s i J. et S t r o u n M. Modifica­ tions de la couleur du p lum age provocees chez la Poule Leghorn blanche par injections repetees de sa n g de pintade grise caractere hereditaire de ces m odifications. Compt. rend. Acad. Sei., t. 255, No 5, 1030— 1032, 1962. S z у b a 1 s к i W., S z y b a l s k a E. and R a g n i G. Genetic Studies with Human Cell Lines. National Cancer Institute. M onograph No 7, 75—89, 1962. О С О Б Е Н Н О С Т И Р А З В И Т И Я П Р И З Н А К О В У Э К С П Е Р И ­ М Е Н Т А Л Ь Н О П О Л У Ч Е Н Н Ы Х П О Л И П Л О И Д О В Т. С. Фадеева, М. Е. Л обаш ев Ленинградский госуниверситет им. А. А. Ж данова Широкое распространение в природе полиплоидных рядов у растений свидетельствует о том, что полиплоидия является оц- пим из важнейших путей эволюции. Очевидно, полиплоидия "в 464 том числе и гетероплоидия, лежат в основе прогрессивной эво­ люции многих видов и родов растений. Селекционная практика широко использует естественные по­ липлоиды как исходный материал; в последние десятилетия приобретают значение в селекции и искусственно получаемые полиплоиды. Исследования по экспериментальной полиплоидии создают основу для более рационального и интенсивного использования полиплоидов как исходного материала для селекции. В их з а ­ дачу входит выяснение специфики экспериментальных полип­ лоидов в сравнении с исходными диплоидами и уже существую­ щими в природе полиплоидами. В нашем сообщении мы ставим целью сопоставить экспери­ ментально полученные тетраплоиды земляники с их исходными диплоидными линиями и другими видами полиплоидного ряда. Литературные данные по экспериментальной полиплоидии в роде Fragaria немногочисленны. Детальное цито-эмбриологиче- ское исследование тетраплоида, спонтанно возникшего от F. vesca, проведено S. Jarnell (1931) и D. Scott (1951). H. Dermen и G. Darrow (1938) оценили ряд методик для получения полип­ лоидов. Сравнительная оценка морфолого-анатомических осо­ бенностей тетраплоидной и диплоидной форм осуществлена K. Kluge (1955, 1957). Е. В. Великановой (1957) удалось по­ лучить клубнично-земляничный амфидиплоид. Исследования морфолого-анатомических особенностей поли­ плоидов других видов растений проведены более полно (см. сводку Бреславец, 1963). Показано, что для полиплоидов ха ­ рактерным является, как следствие удвоения хромосом, гиган­ тизм, т. е. увеличение размеров листьев, плодов, семян, высоты растений и т. д. Однако описаны случаи отсутствия гигантизма по морфологическим признакам (D. Kostoff a. J. Kendall, 1934; K. Kuckuck a. A. Levan,, 1951; Тарасевич, 1963 и др.). Из ряда работ следует, что разные растения по-разному реагируют на полиплоидизацию. Это все свидетельствует о том, что конкрет­ ные данные по разным объектам необходимы для установления общих закономерных особенностей полиплоидов. Изменение размера организма и его отдельных органов яв­ ляется производным как размера клеток, так и числа клеток. Общеизвестно, что величина клеток возрастает с увеличением нлоидности, однако число клеток у полиплоидов, по-видимому, меньше (F. Schwanitz, 1949 и др.). Констатируя наличие более крупных клеток у культурных растений по сравнению с их дикими сородичами того же уров­ ня плоидности, F. Schwanitz (1951) предполагает, что перспек­ тивным путем является селекция на крупноклетность. При этом, по мнению автора, безразлично, за счет чего получено увели­ чение размеров клетки: полиплоидизацией, изменением плазмо- 30 Зак аз Л"? 4752 465 на, изменением единичного гена или каким-либо другим путем. Таким образом, вопрос о закономерностях изменения размеров не только органов, но и клеток при экспериментальной полип- лоидности и развитии этого свойства в онтогенезе и филогенезе крайне интересен в теоретическом и практическом отношении. В этом сообщении мы приводим сравнение морфолого-анато- мических особенностей индуцированных тетраплоидов, получен­ ных от диплоидной земляники Fragaria vesca, с их исходными линиями и другими видами рода. Тетраплоидные формы получены нами путем обработки прорастающих семян водным раствором колхицина (0,12— 0,20%) и при обработке парами парадихлорбензола цветков после их опыления (через 8— 12 час.). Цитологическое изучение индуцированных полиплоидов показало наличие в их сомати­ ческих клетках 28 хромосом (4fi = 28). Исходные формы имеют 2 п ‘= 14. Тетраплоид и диплоид хорошо скрещиваются между л»4' Рис. 1. Соматические пластинки исходной диплоидной формы сорта ’Крас­ ная месячная’ (2п), полученного от него тетраплоида (4п) и триплоида (Зп), являющегося гибридом м еж ду тетраплоидом и исходной диплоидной формой. собою, и их потомство имеет Зп = 21 (рис. 1). Тетраплоиды заметно отличаются от исходных диплоидных линий по типу куста, листа, соцветий и т. д. По морфологическим особенно­ стям они легко отличимы от диплоида даже на ранних фазах роста. Полученные нами тетраплоиды земляник имеют «штамбо­ вый» тип куста: прочные твердые черешки листьев и прямо­ стоячий непоникающий цветонос (рис. 2). Многие из тетраплон- дов имеют меньшую интенсивность кущения: число побегов в кусте тетраплоида 6—8, у диплоида их 20—25. Меньшей интен­ сивностью кущения объясняется образование у тетраплоидов меньшего числа цветоносов в кусте и цветков в соцветии, по сравнению с исходными диплоидами. Эти морфологические осо­ бенности тетраплоидов являются косвенным доказательством того, что число клеточных делений, как и общее число клеток, у них ниже, чем у диплоидов. 466 Что касается размеров отдельных органов — листа, цветка, ягоды, семянки, то они заметно крупнее у тетраплоидов. Уже первые листья имеют крупную листовую пластинку с относи­ тельно большим числом зубцов, чем у исходных диплоидов. Рис. 2. Растение исходного диплоида (слева), полученного от него тетра- плоида (справа). Лист, как правило, имеет иную конфигурацию: листочки более широкие, чашевидные или воронковидные с выпукло-вогнутой поверхностью (рис. 3) как результат несоответствия размеров разных участков листа. Эта своеобразная морфология листа и Рис. 3. Конфигурация листа тетра- и диплоида. других органов, очевидно, является результатом неравномерно­ сти прохождения ростовых процессов. Молодые листья не имеют подобных деформаций, что свидетельствует о том, что неравно­ мерность роста обнаруживается с возрастом и является резуль­ татом несинхронных делений и роста клеток в разных участках листа. Неравномерность роста обнаружилась и в анатомических исследованиях при учете размеров клеток. Клетки тетраплои- да, как и следовало ожидать, оказались крупнее клеток дип­ лоидных линий. Клетки разных тканей и органов имели не­ сколько различное относительное увеличение размеров. Так, па­ ренхимные клетки корня у тетраплоида изменяются в разме­ рах пропорционально изменению объема ядра, т. е. линейные з _ размеры клетки (диаметр) в \ / 2 = 1,3 раза больше, чем у дип- лоида (табл. 1). Т а б л и ц а I Размеры клеток (диаметр в /г) у диплоида и тетраплоида сорта ’Красная месячная’ диплоид тетраплоид М ± m V М ± m V Клетки корня d I 15 + 0,1 10 + 0,7 20 + 0 , 1 5,3 + 0,4 d II 6 ± 0 , 1 24 ± 1,5 9 ± 0 , 2 23 ± 1,6 Пыльцевые зерна (в ацетокармине) d I 18 + 0,2 7 + 0,4 24 + 0,2 13 + 0,6 d II 17 ± 0 , 1 7 ± 0 , 4 21 ± 0 , 4 13 ± 0 , 5 Эпидермальные клетки тетраплоида по площади в 1,5— 2 раза превосходят клетки диплоида, при этом относительно больше увеличение размеров клеток нижнего эпидермиса и устьиц, чем верхнего. Верхний эпидермис листа тетраплоида со­ стоит из клеток различной величины: имеются участки с клет­ ками, в 1,3— 1,5 раза превышающими размеры диплоидных, но наряду с этим и участки гигантских клеток, превышающие дип­ лоидные в 3—4 раза. Как уже выше описано, у тетраплоидов лист имеет неров­ ную выпукло-вогнутую поверхность. Исследования размеров клеток в разных участках листа показало, что в участке «вы­ пуклости» клетки крупнее (рис. 4). Неравномерный (патологи­ ческий) рост особенно ясно выражен в полевых условиях, где имеет место резкая смена температур, влажности и других фак­ торов. Вероятно, клетки тетраплоида располагают более высо­ кой реактивностью по отношению к меняющимся условиям, но не имеют установившегося типа связей со средой, вследствие 468 чего у них и наблюдается патологический морфогенез, синхрон­ ные деления и неравномерный рост. Очевидно, «освоение расте­ нием полиплоидного состояния» заключается не только в ис­ чезновении химерности по плоидности, но и в нормализации ростовых процессов. Нормализация роста и дифференциации Рис. 4. Эпидермальные клетки ди- и тетраплоида разных участков листа. тканей в филогенетически молодых тетраплоидных тканях, оче­ видно, является процессом стабилизации ядерно-цитоплазмен- ных отношений. Сопоставление индуцированных полиплоидов с видами по­ липлоидного ряда проводилось с целью выяснить характер ста­ билизации полиплоидов в процессе эволюции. У естественных полиплоидов, как известно, размеры клеток закономерно возрастают с повышением плоидности. Оценка ве­ личины эпидермальных и устьичных клеток и пыльцевых зерен у видов рода Fragaria подтвердила это (табл. 2 и 3). Как видно из результатов, имеется значительный размах варьирования размеров клеток у форм, относящихся к одному виду (v e s c a ), и у видов одной степени плоидности (vesca и collina, ananassa и glauca) . Однако нельзя сказать, что у культурных форм (сор- 469 Т а б л и ц а 2 Относительный размер устьиц у разных видов рода Fragaria Длина X ширину 1 Вид Форма lim М 7 vesca Экотип Литва 216—280 250 vesca Сорт ’Красная месячная’ 180—250 200 vesca Экотип Петергоф 180—250 200 7 viridis Экотип Белгород 144— 195 170 14 от vesca Индуцированный тетраплоид 300—450 370 от ’Красной месячной’ . 21 moschata Сорт ’Миланская’ 260—289 280 Сорт ’Шпанка’ 168—240 200 28 ananassa Сорт ’Мысовка’ 330—418 374 ananassa Сорт ’Рощинская’ 330—380 368 virginiana Дикорастущая из коллекции 285—336 300 chiloeusis Дикорастущая из коллекции 320—418 391 glauca Дикорастущая из коллекции 288—408 360 42 Duchesnea Дикорастущая из коллекции 360—475 400 тов) клетки крупнее, чем у дикорастущих. Этот факт не сов­ падает с наблюдениями и выводами Шванитца (1951), которые он получил для других объектов. Следует обратить внимание на то, что виды collina и tno- schata несколько мелкоклетнее, чем виды vesca и cinanassa'. Эти данные, как и генетические характеристики этих видов, го­ ворят о наличии в пределах рода Fragaria двух групп видов. Т а б л и ц а 3 Относительный размер пыльцы видов рода Fragaria п Вид Ширина Длина Ширина X длину lim lim lim М 7 vesca 10— 12 20—22 200—264 220 14 Индуцированный тетра­ 15— 17 23—26 240—390 320 плоид от vesca 21 moschata 11 — 12 21—23 264—286 270 (сорт ’Миланская’) 28 ananassa 12— 13 28—29 336—377 360 (сорт ’Ада’) 470 Индуцированный тетраплоид, полученный от диплоидной формы (ve s ca ), по размеру клеток превосходит гексаплоидный вид и ряд октоплоидных видов, приближаясь к додекаплоидной форме Duchesnea (рис. 5). Как видно, индуцированный тетра- плоид нарушает общую тенденцию возрастания размеров па­ раллельно с возрастанием плоидности. Эта картина дает осно­ вание предполагать у индуцированного тетраплоида патологи­ ческий гигантизм по размеру клетки, как результат нарушения ядерно-цитоплазменного баланса при полиплоидизации. По­ скольку естественные виды имеют относительно меньшие раз­ меры клеток, то очевидно, что в филогенезе идет нормализация < Э © © 2 Рис. 5. Размеры устьиц разных видов Fragaria. размера клетки. Можно полагать, что гигантизм клеток у экс­ периментальных полиплоидов явление относительно временное, в процессе эволюции и селекции клетки изменяются до опти­ мальных размеров. В связи с описанными выше морфолого-анатомическими осо­ бенностями искусственных полиплоидов и естественных поли­ плоидных видов представляет значительный интерес оценка ус­ пехов селекционной работы с видами Fragaria разной степени плоидности. Это даст нам возможность объяснить имеющиеся успехи и высказать мнение о перспективных путях селекции. Некоторые диплоидные виды земляник, имея прекрасные вкусовые качества, выращивались в садах Европы, начиная с XIV в. Однако широко в культуру они не вошли, так как се­ лекция на величину ягоды была малоуспешной. Несколько' большего сдвига в этом отношении достигли с гексаплоидным видом moschata. Прогресс селекции и успешное внедрение земляник в куль­ туру связаны с октоплоидными земляниками. У современных сортов крупноплоидной земляники гибридной ananassa вели­ чина ягоды превышает ягоду исходных дикорастущих видов в 5— 10 раз. Этот грандиозный сдвиг за столетие оказался возможным в случае селекции форм с оптимальным для Fraga ­ ria уровнем плоидности (2п = 56). Подобные результаты по- 471 лучены и при селекции других растений (пшеница, овес, хлоп­ чатник и др.). Полиплоидные формы имеют, очевидно, большие потенции генетической изменчивости размеров органов, что и обеспечи­ вает успех селекции. Крупный размер органов плодоношения (ягода — разросшееся цветоложе) в данном случае не явля­ ется непосредственным результатом плоидности, а высокая пло- идность является основой высокого уровня изменчивости, недо­ стижимой при более низкой плоидности. Таким образом, селекция полиплоидов — селекция крупно- клетных форм, имеющих широкую амплитуду изменчивости. Ис­ пользование индуцированных полиплоидов как исходного мате­ риала в селекции дает возможность вести работу с крупно- клетными формами, у которых перспективна селекция на круп­ ный размер органов (листьев, плодов, семян). Выводы 1. Экспериментально полученные тетраплоиды земляник имеют своеобразную морфологию, свидетельствующую о мень­ шем числе клеточных делений у них по сравнению с диплоида- ми и о нарушении синхронности ростовых процессов. 2. Гигантизм в размере клеток, являющийся результатом нарушения ядерно-цитоплазменных отношений, по-разному представлен в разных тканях и органах у тетраплоида. 3. Степень изменения размера клеток у экспериментальны* тетраплоидов дает основание предполагать патологический ги­ гантизм по этому признаку и нормализацию размера клетки в процессе филогенеза при стабилизации ядерно-цитоплазменных •отношений. 4. Успешная селекция на высокоплоидном (оптимальном) уровне представляет собою селекцию форм с большими потен­ циями изменчивости. ЛИТЕРАТУРА Б р е с л а в е ц Л. П. Полиплоидия в природе и в опыте Изд АН СССР М., 1963. В е л и к а н о в а Е. В. Опыт получения плодовитых землянично-клубничных гибридов. Бот. журнал, т. 42, № 1, 1957. Т а р а с е в и ч Е. И. Некоторые физиологические особенности полиплоидов редиса. Докл. АН БССР, т. VII, № 2, 1963. D e г m e n H. and D a г r o n G. Golchicine-induced tetraploid and 16-ploid strawberries. Proc. Amer. Soc. f. Hort. Sc. for 1938, v. 36 35- 300— 301, 1938. K l u g e K. Untersuchungen zur Züchtung poliploider Monatserdbeeren. Das Verhalten diploider und tetraploider rurmen der Sorten Rügen gegen Kahlfrost. Archiv f. Gartenbau, Bd. 3, 42, 79— 83, 1955. 472 K l u g e К- Das Verhalten der diploiden Form von Fragaria vesca var. sem- perflorcns in Vergleich mit der tetraploiden Form hinsichtlich Blüte und Scheinfrucht. Archiv f. Gartenbau, B. 7, H. 8, 589—606, 1957. K o s t o f f D. and K e n d a l l J. Studies on polyploid plants. Garten- bauwiss., 9, 20— 44, 1934. K u c k u c k H. and L e v a n A. Vergleichende Untersuchungen an diploider* und tetraploiden Leinsippen und an tetraploiden Kreuzungsnachkom­ menschaften nach vieljähriger Selektion. Züchter, 21, 195—205, 1951. S c h w a n i t z F. Sexualität polyploider Pflanzen. Züchter, 19, 344—359*. 1949. S c h w a n i t z F. Untersuchungen an poliploiden Pflanzen. XII. Der Gigas — Charakter der Kulturpflanzen und seine Bedeutung für die Polyploidie­ züchtung. Züchter, 21, N 3, 65—75, 1951. S c o t t D. H. Cytological studies polyploids derived from tetraploid F. vesca and cultivated strawberries. Genetics, 36, 311—331, 1951. J a r n e l l S. H. A study of certain polyploid and aneuploid forms in Fra­ garia. Genetics, 16, 5, 455— 489, 1931. П О ЛУЧЕ НИЕ МУ Т А Ц И Й У ТОМАТОВ ПУТЕМ И С П О Л Ь ­ З О В А Н И Я И Н Д У Ц И Р О В А Н Н Ы Х С О М А Т И Ч Е С К И Х МУ Т А Ц И Й У Г А П Л О И Д А Г. А. Кириллова Ленинградский госуниверситет им. А. А. Жданова На использование гаплоидных растений в селекции с целью получения гомозиготных диплоидных линий неоднократно ука ­ зывалось многими авторами (Навашиы, 1933; Чейз, 1955; В1а- keslee, 1933; Morisson, 1932; Garia, 1962; Nei a. Masatoshi, 1963; Lindstrom a. Koos, 1931 и др.). Вполне успешно этот метод был использован в работах на кукурузе (Чейз, 1955). Главное вни­ мание в работах обращалось на возможность выявления рецес­ сивных генных мутаций у гаплоидных растений, перевод кото­ рых в диплоидное состояние через получение семенного потом­ ства, колхицинированием или другими методами полиплоидиза- ции, дал бы возможность получить гомозиготную мутантную линию. Этот путь может значительно сократить время селекции у диплоидных форм, но трудность его заключается в отсутствии методов, которые давали бы возможность массового получения гаплоидных организмов у высших растений с половым циклом. Поэтому представляет интерес использование гаплоидного со­ стояния у растений, которые можно размножать как семенами, так и вегетативно и от одного растения получить большое коли­ чество вегетативных генетически однородных потомков. В задачу нашей работы входило получение индуцированных рентгеновскими лучами соматических мутаций у гаплоидного томата, а также решение вопроса о возможности получения 473 диплоидных линий от гаплоидных соматических мутантов. Для этой цели было взято имевшееся в нашем распоряжении га­ плоидное растение томата, которое легко можно размножить черенками и которое вполне отвечает требованиям поставлен­ ной задачи. Подобных работ не проводилось ни на томатах, ни на дру­ гих растениях. Индуцированные соматические мутации в по­ следнее время получают на диплоидных растениях, в основном на плодовых и на картофеле (Baur, 1957; Bishop, 1954; Gran- Рис. 1. Гаплоидное (слева) и полученное от него диплоид­ ное. (справа) растения томата. hall, 1953; Granhall , Gustafson, Nilsson, 1949; Heiken a. Evert- son, 1963). Использованное в опытах гаплоидное растение томата полу­ чено на кафедре генетики и селекции ЛГУ в 1957 году E. Н. Бог­ дановой при опылении Fi гибрида Бизон X Штамбовый Ал- патьева пыльцой сорта Бизон, облученной рентгеновскими лу­ чами. Вся работа по получению мутаций у гаплоида и получе­ нию диплоидов проводилась в теплице. Гаплоидное растение по сравнению с диплоидным имеет бо­ лее мелкие листья и цветки, очень мелкие плоды. Оно хорошо ветвится, образует большое число побегов, по высоте не отли­ чается от диплоидных растений (рис. 1). Семена, как и у всех гаплоидных растений, завязываются редко и являются резуль­ татом объединения нередуцированных гамет, так как дают только диплоидные растения. Диплоидные растения очень сход- 474 ны между собой и константны в последующих поколениях — дают выровненное по всем признакам потомство. Соматические мутации получали путем облучения лучами Рентгена черенков гаплоидных томатов. После облучения че­ ренки укореняли. В результате облучения в клетках точек ро­ ста можно ожидать возникновение мутаций, которые в даль­ нейшем должны дать побеги с мутантными признаками. В первых предварительных опытах были использованы дозы 250—31 ООО р (жесткие лучи). В последующих опытах — лишь дозы 300— 1000 р, так как при более высоких дозах почти все черенки погибли. В 1962 году было облучено 4565 черенков, (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Число черенков гаплоидного томата, облученных в 1962 г. Доза Число Число (Р) облученных выживших 300 1201 324 500 1628 895 750 1554 671 1000 182 126 Значительная часть черенков погибла после облучения. Вы­ жившие и укоренившиеся черенки через три—четыре месяца после облучения дали измененные по типу рентгеноморфозов побеги. Отмечены были изменения листьев, цветков, стеблей и т. д. (табл. 2). Наибольшее число рентгеноморфозов отмечено при облуче­ нии дозой 1000 р. Чаще всего это были незначительные времен­ ные изменения, которые в дальнейшем не сохранились. Основ­ ное же количество мутантов получено от растений, облученных дозой 750 р. Многие мутанты, полученные в 1962 году, имели пониженную жизнеспособность, росли очень медленно, и неко­ торые погибли зимой. Весной 1963 года после возобновления роста у растений вновь стали появляться измененные побеги. Чтобы вызвать их усиленный рост, неизмененные побеги на растении обрезали и мутантные побеги (отчасти химерные) быстро росли, их можно было черенковать и укоренять. Цитологическими исследованиями (ацетокарминовым мето­ дом по листьям) установлено, что все полученные мутантные растения являются гаплоидными. В настоящее время получено 16 гаплоидных мутантов: 8 — с коротким опушением, 1 — пестролистный, 6 — «сизых», с серовато-зеленым оттенком листьев, и 1 альбинос. Растения с 475 9 LV Дозы (р) СI-л1 05 Ь1—! Ом пестрые 1 1 — N3 светлые 1 СЛ СО 1— деформированные 1— КЗ _ простые I I I “ сильно рассеч. >Ь- •'') 00 ю «сизые» 1 1 - 1 очень крупные м ч очень узкие 1 1 - 1 картофелевидн. ~ Г 1 ~ 1 торчащие “ I I I острые •— 1 ю >— широкие лепестки I I I “ острые лепестки I I I “ длинные тонкие I I м ! уродливые “ 1 “ 1 очень крупные 4 1 1 чашечка с белыми полосками желто-зеленые “ I I I цветки “ I I I узкие чашелист. широкие сросшиеся 4 M чашелистики полосы на стебле — “ ю “ 1 сближенные побеги 1 “ 1 1 толстые цветоносы “ I I I темнозелен, растения изменения в опушени л “ “ м 1 сильный антоциан 1 1 4 отсутствие поражен. >Ю—■ С-'ГJ> ОО О) ^ СtoЛ Аю СО число описан, раст. с-qо >С—О* О) % изменений Ю -'J к Л и с т ь я ц в е т к и 300 2 500 5 4 750 15 10 1000 10 7 коротким опушением и пестролистное растение хорошо размно­ жаются черенками. «Сизые» и альбинос растут медленно и до сих пор их не удалось размножить. Особый интерес представляли однотипные соматические му­ тации, характеризующиеся иным типом опушения по сравнению с исходным гаплоидным растением. Эти мутанты возникли по­ вторно на разных черенках, независимо один от другого (мута­ ции независимого происхождения), но имели много общих при­ знаков. У исходного гаплоидного растения и полученного от него диплоида в опушении листьев и стеблей были обнаружены все Рис. 2. Опушение у томата. Пять типов волосков: а) многоклеточные со сложным основанием, б) длинные многоклеточные, в) разветвленные, г) короткие 1—3-клеточные, д) ж е­ лезистые. Ув.: об. 8 X , ок. 10 X- .) типов волосков, уже описанные в литературе: 1) длинные со сложным основанием, 2) длинные, состоящие из 5—7 клеток, 3) короткие 1—3-клетные, 4) многоклеточные разветвленные и 5) железистые (рис. 2). У полученных мутантных форм имелось только два типа: короткие 1—3-клетные и железистые. Растения с коротким опу­ шением кроме этого признака отличались от исходной формы еще и другими признаками: более узкими лепестками и чаше­ листиками и заостренными на конце плодами (рис. 3). По при­ знаку опушения они сходны с описанной MacArthur’oM (1931) мутацией Н (цитируется по Rick a. Butler, 1956). Интересно, что формы с коротким опушением, возникшие независимо на разных генетически однородных черенках и имею­ щие много общих признаков, все же различаются между собой по характеру расположения волосков (по густоте и соотноше- 477 шпо числа простых и железистых), по форме листьев (от упро­ щенных почти нитевидных до нормальных), по форме цветкоз (от нормальных, но с узкими лепестками, до уродливых, почти лишенных венчика). По-видимому, такое разнообразие можно объяснить различием в генетической структуре мутантов. Перевод полученных мутантных форм в диплоидное состоя­ ние был следующим этапом работы. Диплоиды можно было по­ лучить двумя* путями: путем поиска и выращивания спонтанно завязывавшихся семян у мутантных гаплоидов или путем обра- Рис. 3. Цветоносы исходного гаплоидного растения (слева) и полученного от него гаплоидного мутанта (справа). ботки растений колхицином. Основным методом мы избрали колхицинирование мутантных форм, и вместе с тем вели ана­ лиз семенного потомства от всех облученных растений. Для томатов в литературе предлагалось много методик по­ лучения полиплоидов обработкой колхицином (Bohn, 1947; Cook, 1936; Newcomer, 1941; Lindstroin a. Koos, 1931). В данной работе для обработки черенков использовались 0,2% водный раствор колхицина и 0,2% раствор колхицина в касторовом масле (по методике Оголевец, 1960). Водный раст­ вор наносили на точки роста ежедневно в течение 4—5 дней. Касторовое масло наносили на точки роста однократно, так как оно не высыхало в течение нескольких недель и даже месяцев, покрывало тонким слоем точку роста и близлежащие участки стебля. Видимо, касторовое масло оказывало сильное губитель­ ное действие на растения, так как обработанные побеги почти сразу же прекращали рост, на поверхности стебля образовыва- 478 лись опухоли, а через 1—3 месяца побеги погибали. Очевидно1 эта методика, использованная на декоративных растениях в ус­ ловиях открытого грунта, требует каких-то изменений для при­ менения ее к томатам. Под действием 0,2% водного раствора колхицина был полу­ чен диплоидный побег на одном из мутантных растений, дав ­ ший начало диплоидному клону. Полученные диплоидные му­ тантные растения сохранили признаки гаплоидного мутанта, но Рис. 4. Растения, полученные от семян, спонтанно возникших на гаплоидных облученных растениях. Слева — нор­ мальное растение, справа — растение с измененным типом роста. отличались от него более крупными размерами всех органов. Диплоид оказался стерильным, завязывал лишь крупные парте- нокарпические плоды. Попытки провести скрещивания диплоид­ ного мутанта с немутантными исходными диплоидными расте­ ниями не дали положительных результатов. Причина стериль­ ности пока остается неисследованной. Возможно, что эта мута­ ция связана с какой-то хромосомной перестройкой, как это было обнаружено I. М. Lesley а. М. М. Lesley (1961) у мутантной формы, сходной с полученной в нашей работе. На гаплоидных облученных растениях, которые не обнару­ жили видимых морфологических мутаций, были получены з а ­ вязавшиеся спонтанно семена. Из семян выросло 180 диплоид­ ных растений, ничем не отличавшихся от обычных диплоидных, 479 за исключением трех растений, а именно двух с измененным типом роста (рис. 4), сходным с детерминантным, и одного пестролистного. Эти мутации должны быть отнесены также к соматическим, так как все черенки перед облучением были ли­ шены цветков, и те цветки, из которых были получены семена, произошли из облученных соматических тканей. Очевидно, дип­ лоидная мутантная форма явилась результатом объединения двух нередуцированных гамет в соцветии мутантного побега. Пока получен только один мутантный диплоидный клон от обработки колхицином и три измененных растения от семен­ ного потомства облученных растений, которые должны быть ис­ следованы. Дальнейшая работа будет заключаться в получении диплоидных растений от других уже имеющихся гаплоидных мутантов. В заключение необходимо отметить, что пока велся отбор лишь морфологических изменений как более простых, хорошо выраженных и удобных на начальных этапах работы. Более ин­ тересным представляется дальнейший поиск изменений в биохн- мизме, фазах развития и других признаках, изучение которых представляет интерес для селекции. Выводы 1. При облучении рентгеновскими лучами у гаплоидных растений томата получены соматические мутации по морфоло­ гическим признакам. Ряд мутаций по признакам иного опуше­ ния и по окраске листьев получен повторно, т. е. мутации ока­ зались однонаправленными и независимыми по происхождению. 2. Оптимальными дозами для получения соматических му­ таций у гаплоидных томатов являются дозы 500— 1000 р. 3. От одного из мутантных гаплоидных растений получено мутантное диплоидное растение, повторяющее особенности му­ тации на гаплоидном уровне. 4. Экспериментально показана возможность использования метода получения диплоидных мутантных форм путем исполь­ зования гаплоидных соматических мутаций. ЛИТЕРАТУРА Н а в а ш и н М. С. Новая возможность в селекции. Семеноводство, № 2. 1933. О г о л е в е ц Я. Г. К методике экспериментальной полиплоидии с примене­ нием колхицина. Бюл. Гл. Бот. сада, в. 3, 1960. Ч е й з Ш. Получение гомозиготной диплоидной кукурузы из гаплоидной. Сб. «Гибридная кукуруза». 1955. B a u r R. The induction of vegetative mutations in Ribes nigrum Hereditas 43, 3 23 -3 3 7 , 1957. 480 В 1 a к e s I e e A. F. a. A v e r y A. G. Methods of inducing doubling chro­ mosomes in plants. 1933. B i s h o p C. J. Mutations in apples induced by X-radiation. J. Hered., 45, 99— 104, 1954. B o h n G. W. Colchicine treatment for use with tomato. J. Hered.. 38, 157— 160, 1947. C o o k R. C. A haploid Marglobe tomato. J. Hertd., 27. 433—435, 1936. G a r i a O. Utilizacion de haploides en el mejoramiento del algodon. Tur- rialba, 12, No 2, 1962. G r a n h a l l , G u s s t a f s o n A. a. N i l s s o n F. X-ray* effects in fruit trees. Hereditas. 35, 269—279, 1949. G r a n h a l l . X-rav mutations in apples and pears. Hereditas, 39, 149— 155, 1953. H e i k e n A. a. E v e r t s o n G. The chimerical structure of a somatie solanum mutant revealed by ionizing irradiation. Genetica, v. 33, N 2, 1963. L e s l e y J. W. a, L e s 1 e у М. M. The cytogenetics of “flaked”, a variega­ tion in tomato affecting two cell layers. Genetics, v. 46, N 7, 1961. L i n d s t r ö m E. W. a. K o o s K- Cytogenetic investigations of haploid tomato and its diploid and tetraploid progeny. Amer. Journ. Boty 18, 398—410, 1931. M o r r i s o n G. The occurrence and use of haploid plants in the tomato with especial reference to the variety Marglobe Intern, congress of genetics, v. 2, 137— 139, 1932. N e i a. M a s a t о s h i. The efficiency of haploid methods of plant breeding. Heredity, v. 18, N 1, 1963. N e w c o m e r E. H. A colchicine induced homozygous tomato obtained through doubling clonal haploids. Proc. Am. Soc. Hort. Sei., 38, 610— 612, 1941. R i с к. С. a. В u 1 1 e r L. Cvtogenetics of the tomato. Advances in genet., 8, 267—382, 1956. О В Л И Я Н И И В Н Е Ш Н И Х У С Л О В И Й НА П О З Д Н И Й ЭТАП П Р О Ц Е С С О В М У Т А Г Е Н Е З А Т. А. Орав Институт экспериментальной биологии АН ЭССР В настоящее время накопилось много данных о влиянии радиационного воздействия на живые организмы. Современные взгляды на развитие радиационного, в том числе генетического поражения, в 'наглядном виде приведены в известной схеме Бака и Александера (рис. 1). Сравнительно хорошо изучен первый этап радиационного поражения, в течение которого происходит лучевое воздействие и возникают первичные нарушения в клеточных структурах, как в результате самого облучения, так и происходящих непосред­ ственно после него физико-химических процессов, в частности ионизации и электронного возбуждения молекул, в том числе молекул воды. Продолжительность этого этапа не превышает тысячной доли секунды. Возникшие вследствие этих процессов вторичные нарушения дают начало весьма сложным циклам превращений. Н. И. Нуждин (1959), Бак и Александер (1961) справедливо отмечают, что радиационные изменения могут воз­ никать и развиваться только в условиях активно идущего об­ мена веществ, по меткому выражению Бака и Александера из­ менения развиваются обменом веществ. Н. И. Нуждин пишет, В зятое Р а зв и т и е время О Б Л У Ч Е Н И Е повреж дения модифициру­ е т с я 1СГ16 поглощение с е к энергии If ИОНИЗИРОВАННЫЕ И ЭЛЕКТРОННОВОЗБУЗДЕННо1Е МОЛЕКУЛЫ ч е р е з с в о б о д ­ Х имические 1СГ5 п у т е й "прям ого ные радикалы защ итные с е к д е й с т в и я " воды (" н е п р я ­ в е щ е с т в а , 1 мое д е й с т в и е " ) кислородны йэффектр а з в и т и е м ол е­ ̂ О братим ость От с е ­ кулярны х п о ­ / би охим и че- кунд вреж дений I ск и х повреж - ДО м е т а б о л и з ­ ; дений (надеж - часов мом I д а на б у д у - ( щ ее! ) РАННИЕ ФИЗИО­ ЛОГИЧЕСКИЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ (к а к ПОВРЕЖДЕНИЯ п р ав и л о , о б - / ратим ы е) / \ / /н е о б х о д и м о У р а з в и т и е В нутрикле­От / м ет а б о л и ч е - биохим иче­ то ч н о е в о с ­ минут / ск о е р а з а и - , ^ ск и х повреж ­ с т а н о в л е н и е до > ти е \ ^ х ден ий м е т а ­ (о т н в с и т с я ч а со в / s' болизмом такж е к му­тац и ям ) МУТАЦИИ «•“ ^ (СУБМИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ( т . е . г е н е ­ ПОВРЕЖДЕНИЯ) т и ч е с к и е наруш ения) ВИДИМЫЕ I ПОВРЕЖДЕНИЯ Часы, • соматические п ер е х о ­ ^ мута.ции дящие СМЕРТЬ КЛЕТОК Замещение в годы ЗАМЕДЛЕННЫЕ к л е т о к СОМАТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СМЕРТЬ ОРГАНИЗМА сп он тан н ой р е ге н ер ац и ей „ 1 ( р а к , л ей к ем и я , или пересад­сокращ ен ие ж изни) кой Рис. 1. Схема развития радиационного поражения (по Васа и Alexander, 1961). что наследственные изменения, возникающие в результате воз­ действия ионизирующей радиации, « . . . являются результатом изменения метаболических процессов клеток и реализуются только при наличии активно идущего обмена веществ . . . » и что наследственная изменчивость — это «вынужденный процесс, 4 8 2 идущий на основе изменения типа обмена веществ, вызванного условиями жизни» (Нуждин, 1959, стр. 829). До последнего времени преобладающее большинство радио­ биологов понимало процесс мутагенеза механически как отбор возникших под влиянием облучения изменений. Такое понима­ ние было свойственно в частности сторонникам теории мишени (Ли, 1963). В лучшем случае допускалось наличие наряду с «готовыми» изменениями «потенциальных» изменений и наруше­ ний, которые в дальнейшем дают основу истинным изменениям. Так, Свэнсон (1956) называет потенциальными разрывами «по­ ражения или места более слабых повреждений, способные в з а ­ висимости от тех или иных внутриклеточных условий как вос­ станавливаться, так и приводить к появлению полных разрывов» (стр. 412). Близкая к взглядам Свэнсона гипотеза выдвинута Лучником и Царапкиным (1959). Они считают, что ионизирую­ щая частица, проходя через хромосому, вызывает в ней локаль­ ное изменение, способное в течение определенного срока и в определенных условиях реализоваться в виде разломов или же восстановиться. В этой гипотезе, однако, чувствуется влияние теории мишени, так как физиологическое состояние клетки рас­ смотрено как лимитирующий фактор, через который реализу­ ются первичные изменения обмена веществ, имеющие место как в ядре, так и в цитоплазме. Данные об активной роли условий внешней среды и обмен­ ных процессов в ходе развития радиационного поражения на­ чали накапливаться уже в 20-е годы. Ансел и Винтембергер (1925) установили, что при сохранении облученных рентгено­ выми лучами яиц в холоде появление радиационных поврежде­ ний было задержано. Вскоре после этого (Vintemberger, 1930) был сформулирован вывод о значении клеточной активности для процессов радиационных повреждений. Результаты опытов Дарьи (1949) уже вполне совместимы с современными взгля­ дами на действие защитных веществ; они показывают, что фи­ зиологи клетки не в состоянии объяснить влияние радиации только влиянием облучения на ядро и хромосомы. Накопилось много данных по кислородному эффекту и так называемым фото- и термореактивациям (литература см. Нуждин, 1959). Большинство работ по этим вопросам выполнено с учетом фи­ зиологических и цитологических изменений. Данные же о влия­ нии модифицирующих факторов на генетический эффект начали поступать несколько позже. В 1937 г. были опубликованы результаты опытов Лобашева и Павловец, которые подвергали самцов дрозофилы после об­ лучения длительному воздействию (до 24 суток) низкой для них температурой + 1 5 ° и получили резкое увеличение частоты мутаций и транслокаций. В развитии физиологического подхода к мутационному процессу положительную роль сыграла пара- некротическая гипотеза мутагенеза, предложенная I ̂ мл/Тякий шевым (1947). Согласно этой гипотезе °^ Р азова^ Кзе в0ССТа происходит не в фазе повреждения клетки, а «в фаз„ ’ новления — процесса нетождественной репарации с^ ос ц н' ных изменений» (стр. 25). Значение температурного фактора подтверждают наглядно и опыты Ватти (1961), которая приме­ няла дополнительное температурное воздействие (Н- **' ) через 1 час после облучения личинок дрозофилы линии Кантон-G (по­ ловые клетки на стадии сперматогониев) и обнаружила, что температурное воздействие приводит к увеличению частоты ле­ тальных мутаций, по сравнению с суммой изменений, возникаю­ щих при действии температуры и рентгенооблучения порознь — температурный контроль 0,11%, рентгеновский контроль 1,81%, дополнительное температурное воздействие — 3,82%. Темпера­ турное воздействие резко увеличивало в этом опыте также ко­ личество морфозов. Опыты Вендта (1963) на культуре клеток сердца куриного зародыша дают основание считать, что низкие температуры в условиях культуры оказывают истинное защитное действие, т. е. снимают эффект облучения, в то время как при облучении це­ лого организма или органа низкие температуры, как правило, лишь задерживают проявление эффекта облучения. Данные Вендта подтверждают значение непрямого действия облучения. Основным этапом, в течение которого возможно направлен­ ное действие на ход мутагенеза, следует считать второй этап, когда происходит восстановление и развитие радиационных по­ вреждений. Согласно схеме Бака и Александера (рис. 1) этот этап приводит к появлению мутаций (генетических нарушений) и субмикроскопических повреждений и длится, по-видимому, от секунд до часов и суток. Возникает вопрос: как проявляется этот этап при облучении сухих семян и каковы возможности активного вмешательства в происходящие при этом процессы? Уже при хранении облученных семян происходят определенные изменения, приводящие по мнению большинства авторов к уси­ лению повреждающего эффекта, в частности к увеличению чис­ ла хромосомных нарушений (Guilleminot, 1910; Stadler, 1930; Ehrenberg, 1954; Adams, Nilan, 1958; Nilan, 1955; Curtis, Hô ward, 1961; Васильев, ^Куков, Спасская 1960 и др.). Однако дру­ гие опыты (Salser, 1956) показывают, что и в этом случае мож­ но достичь совсем противоположных результатов в зависимости от условий хранения семян. Ко второму этапу, по-видимому, относится и период прорас­ тания семян. Интересные данные относительно этого периода приводят Шапиро и Бочарова (1960). В их опытах повышение температуры и продувание кислорода в период прорастания после облучения ^-лучами семян ячменя ’Винер’ значитеаьно увеличили количество хромосомных нарушений. 484 В опытах с вегетирующими растениями также отмечается, что наибольшие изменения происходят вскоре после облучения. Так, в опытах Н. Ф. Батыгина (1962) при дозах до 1000 р уже через 15 минут после облучения уменьшалась вязкость прото^ плазмы, а спустя час вязкость резко возрастала. После зна- ....... 6000 г -------- 10000 г Рис. 2. Приросты облученных различными д о ­ зами растений. Mi (сорт ячменя ’Харьковский 306’, 1959 г.), I — 3-й лист; II — кущение; III — выход в трубку; IV — колошение; V — цветение. чительных колебаний происходит восстановление нормального состояния. Более существенные сдвиги по вязкости происходят в течение первых 5—6 часов после облучения. Аналогичные дан ­ ные им же получены в отношении динамики содержания саха­ ра, аскорбиновой кислоты и белкового азота, а также дыхания. Можно сделать вывод, что более резкие изменения в ж из ­ ненных процессах клетки, как правило, происходят в течение 485 первых часов после облучения. Однако состояние относитель­ ного восстановления — это далеко не возвращение к норме. Как известно из многих работ, облучение даже нелетальными дозами вызывает значительную задержку роста. В наших опы­ тах с двумя сортами ярового ячменя (у-облучение, дозы 8 , 10, и 12 кр) отставание в темпах роста у выращенных из облучен­ ных семян растений длилось вплоть до колошения (т. е. в тече­ ние более 2 месяцев), в то же время более или менее значитель­ ная гибель в опытах наблюдалась только при дозе 10 кр (рис. 2 ). В схеме Бака и Александера конец второго этапа развития ра­ диационного повреждения обозначен на уровне мутаций (в том числе соматических) и субмикроскопических повреждений, пе: реходящих в видимые повреждения. Что же в таком случае происходит в дальнейшем, на позднем этапе мутагенеза? По сути схемы (рис. 1) мы должны предпо­ ложить, что на этом этапе происходит лишь реализация готовых, однако скрытых в форме микроскопических или субмикроскопи­ ческих изменений зачатков, приводящих к изменению морфоге­ неза растений. Таким образом можно объяснить, например, в наших опытах появление более узкого и длинного колоса с удли­ ненными остями у выращенных из облученных семян растений ячменя. Однако есть такие явления, которые трудно объяснить как реализацией готовых изменений, так и соматическим отбором или спонтанной регенерацией. К числу таких явлений относит­ ся влияние агрофона выращивания растений Mi на количествен­ ную и качественную изменчивость следующих поколений. Ре­ зультаты, а также методика и объекты этих опытов, проведен­ ных нами, подробно описаны ранее (Орав, 1962; Orav, 1962). В данном месте будут приведены лишь некоторые факты, де­ монстрирующие влияние агрофона на образование мутаций у ярового ячменя ’Харьковский 306’ после облучения у-лучами (доза 12 кр). Облученные и контрольные семена высевались на двух раз­ личных агрофонах: на плодородной огородной почве, в течение многих лет удобрявшейся высокими дозами органических удоб­ рений (условное название «высокий агрофон») и на полевой дерново-карбонатной почве, которая давно не удобрялась орга­ ническими и минеральными удобрениями («низкий агрофон»). Растения Мг—М 4 выращивались в одинаковых условиях на «промежуточном» агрофоне. Количество мутантов отдельных групп, а также общее количество мутантов с учетом различных факторов, вызывающих отклонения по этому признаку, подвер­ гались дисперсионному анализу. Опыт был повторен несколь­ ко лет подряд, в связи с чем учитывались и различия между годами выращивания (фактор «годы»). Результаты анализа приведены в табл. 1. 486 Т а б л и ц а I Зависимость варьирования общего количества мутантов от факторов воздействия Поколение М2 Мз М4 Тип изменчивости с к о СС F с к о СС F с к о СС F Суммарная 7419 7 2105 7 5456 7 Годы 16 1 0,2 578 1 49,4* 3160 1 1053* Облучение 4325 1 46,0* 1200 1 102,6* 1275 1 425* Агрофон 1058 1 11,3* 4 1 0,4 136 1 45* Взаимодействия: Годы/облучение § 283 1 24,6* 742 1 247* Агрофон/облуче­ ние 1512 1 16,1* Агрофон/годы § § 137 1 46* Остаточная 283 3 35 з 6 2 Сокращения: СКО — сумма квадратов отклонений, СС — количество степеней свободы. Примечания: * — статистически доказано на уровне значимости 5%, § — взаимодействие несущественное, включено в остаток. Влияние различных агрофонов отражается на количестве мутантов на статистически доказанном уровне как у М2, так и у М4. Влияние различий между условиями выращивания в раз­ ные годы отражается в М2 слабее, чем влияние остальных ф ак ­ торов. В следующих же поколениях влияние данного фактора значительно повышается. Это, по-видимому, объясняется влия­ нием различий в метеорологических, а может быть, и других условиях среды в разные годы на процессы образования мута­ ционной популяции. Влияние агрофона на наследственную изменчивость может иметь место лишь на позднем этапе мутагенеза, когда согласно ранее приведенной схемы (рис. 1) происходит реализация «го­ товых» изменений, так как на более раннем этапе растение пи­ тается еще за счет веществ собственного эндосперма (начало фотосинтетической деятельности происходит не раньше, чем че­ рез 4—5 дней после посева). С целью изучения вопроса, какое значение в формировании изменений имеет обеспеченность мо­ лодых сеянцев водой, нами уже поставлены специальные опыты. Наши результаты подтверждаются данными Янушкевича (1962) о влиянии различных географических условий при выра­ щивании Mi на частоту хлорофилльных нарушений в последую­ щих поколениях. Семена яровых ячменей ’Винер’ и ’Черновец’ высевали в Mi в Хабаровске, Красноярске, Литве, Латвии, Эстонии, Уссурийске, Архангельске и Москве. Показано суще- 487 ственное влияние условий выращивания на общее количество хлорофилльных мутаций. В появлении отдельных типов хлоро- филльных нарушений наибольшие отклонения наблюдались в Хабаровском варианте, где при самой высокой частоте хлоро­ филльных нарушений вообще (0,35% у ’Винера’ и 0,43% у ’Чер­ вонца’) имелось много (более 25%) мутаций редкого в других местах типа tigrina. К сожалению, автор не провел анализа влияния отдельных факторов. Следует полагать, что основным влияющим фактором в этих опытах является температура. Приведенные факты свидетельствуют о наличии малоизучен­ ного позднего этапа формирования мутаций, в течение кото­ рого, весьма вероятно, свою роль играют условия образования генеративных органов и половых элементов Mi поколения. Эти факты дают надежду на то, что, применяя те или другие усло­ вия на определенных этапах органогенеза, удастся оказать ак­ тивное направляющее воздействие на образование после облу­ чения новой наследственности. ЛИТЕРАТУРА Б а т ы г и н Н. Ф. О действии ионизирующей радиации на растение. Сбор­ ник трудов по агрономической физике. Вып. 10, Л .—М., 1962. В а с и л ь е в И. М. , Ж у к о в Б. Г. и С п а с с к а я Т. С. Усиление эф­ фекта рентгеновского облучения семян при их хранении. Биофизика, т. 5, № 5, 570—572, 1960. В а т т и К. В. Исследование последействия х-лучей на мутационный про­ цесс. Исследования по генетике I. ЛГУ, 12— 18, 1961. Л и Д. Е. Действие радиации на живые клетки. Госатомиздат, М., 1963. Л о б а ш е в М. Е. и П а в л о в е ц М. Т., 1937. Цит. по В а т т и, 1961. Л о б а ш е в М. Е. Физиологическая (паранекротическая) гипотеза мута­ ционного процесса. Вестник Ленинградского Госуниверситета, т. 8, 10—29, 1947. Л у ч н и к Н. В. и Ц а р а п к и н Л . С. Об обратимости цитогенетических лучевых повреждений. Докл. АН СССР, т. 124, № 1, 213—216, 1959. Н у ж д и н Н. И. Ламарк, Дарвин и современная биология. Агробиология, т. 6, 23—43, 1959. О р а в Т. А. Индуцированные гамма-облучением наследственные изменения у ячменя и их зависимость от условий выращивания. Труды Инсти- ' тута экспериментальной биологии П. Таллин, 52—70, 1962. С в э н с о н К- Влияние напряжения кислорода на образование разрывов хромосом под действием ионизирующих излучений. Сб. «Вопросы радиобиологии», М., 404—416, 1956. Ш а п и р о Н. И. и Б о ч а р о в а E. М. О двух видах радиационного после­ действия, выявляемых у семян ячменя. Доклады АН СССР т 133, № 2, 462—465, 1960. Я н у ш к е в и ч С. И. Влияние условий выращивания на хлорофилльные му­ тации в потомстве облученного ячменя. Агробиология N° 4 617—619 1962. A d a m s J. D. а. N i 1 a n, R. A. After-effects of ionizing radiation in barley. II. Modification by storage of x-irradiated seeds in different concentra­ tions of oxygen. Radiation Research, 8, 11 — 122, 1958. A n c e l P. a. V i n t e m b e r g e r P., 1925. Цит. no B a c q , A l e x a n d e r , 1961. 488 B a c q Z. М. a. A 1 e x a n d e г P. Fundamentals of Radiobiology, N. Y., 1961. C u r t i s H. J., H o w a r d A. Delayed effects of radiation on seeds. Radio- biology”, London, 193—202, 1961. D u г у e e W. R. 1949. Цит. no B a c q , A l e x a n d e r , 1961. E h r e n b e r g L. The influence of postradiation factors on effects produced in barley. Radiobiology symposium, 285—289, 1954. G u i l l e m i n o t H., 1910. Цит. по Бреславец Л. П., 1946. Растение и лучи рентгена. М.—Л., 1960. N i 1 a n R. A. Post-irradiation storage effects on chromosomes in barley seeds X-raved at normally ineffective dosages, Genetics, v. 40, 588— 652, 1955. O r a v T. Valisfaktorite mõjust mutatsiooniprotsessidele. Eesti NSV Teaduste Akadeemia Toimetised. Bioloogiline seeria. XI k., Nr. 2, 150— 155, 1962. S a l s e r W. A., 1956. Цит. по Васильеву, Жуковой, Спасской, 1960. S t a d l e r L. J. Some genetic effects of X-rays in plants. J. Heredity, v. 21, 3— 19, 1930. V i n t e m b e r g e r P. 1930. Цит. no B a c q , A l e x a n d e r , 1961. W e n d t E. Uber den Einfluss der Unterkühlung auf bestrahlte Zellen. Z. Zellforschung, Bd. 59, N 3. 309—325, 1963. Ц И Т О Г Е Н Е Т И Ч Е С К И Е Э Ф ФЕ К Т Ы К И С Л О Р О Д Н О Г О П О С Л Е Д Е Й С Т В И Я ПР И О Б Л У Ч Е Н И И П Р О Р О С Т К О В Б О Б О В Р Е Н Т Г Е Н О В Ы М И Л У Ч А М И В. М. Михельсон Институт цитологии АН СССР Кислородный эффект, т. е. увеличение лучевого повреждения в присутствии кислорода, является характернейшей чертой дей­ ствия ионизирующей радиации на живые организмы. До послед­ него времени считалось общепризнанным, что кислород оказы­ вает свое радиосенсибилизирующее действие только тогда, когда он присутствует в момент облучения. Допуск кислорода после облучения, даже сразу, не увеличивает лучевого эффекта (Giles, Riley, 1949; 1950; Giles, 1954; Wolff, 1961; Kihlman, 1961). Однако, начиная с 1957 года, стали появляться сообщения о том, что в определенных условиях на некоторых объектах можно получить кислородный эффект, т. е. увеличение лучевого по­ вреждения, допуская кислород после облучения. Было показано (Glegg, 1957; Alexander, 1957; Эйдус, Кондакова, Отарова, 1958; Эйдус, Ганасои, 1960), что при облучении белков и других орга­ нических веществ in vi tro в бескислородных условиях, допуск кислорода после облучения вызывает усиление лучевого эффек­ та. Это явление получило название кислородного последействия. Кислородное последействие было получено также в опытах, в которых живой объект облучали в нежизнедеятельном состоя­ нии, как-то: сухие семена ячменя (Caldecott, Johnson, North, Konzak, 1957; Шапиро, Бочарова, Белицина, 1959; Nilan, Kon- zak, Legault, Harle, 1961; Nata rajan, Ahnstroem, Pal, 1962), сухие споры бактерий (Powers, Webb, Ehret, 1960), лягушки в 489 состоянии спячки (Бычковская, 1959; I960), охлажденные клетки асцитной карциномы (Künkel, Schubert, 1958), а кислород допу- - скали после облучения в момент перехода объекта в состояние активной жизнедеятельности (замачивание семян, проращива­ ние спор, согревание лягушек и т. п.). Возможность повлиять на уже облученную клетку в отноше­ нии увеличения или уменьшения повреждения очень важна для выяснения механизма действия излучений, во многом еще неяс­ ного. Однако до сих пор получить кислородное последействие на активно метаболизирующих живых объектах не удавалось. Причиной невозможности выявить повреждающее действие кислорода после облучения могла служить конкуренция проти­ воположного эффекта, который кислород оказывает на облу­ ченную клетку. В ряде работ отчетливо показано, что послера- диационное восстановление хромосом, поврежденных облуче­ нием, происходит гораздо быстрее в присутствии кислорода, чем без него (Wolff, Luippold, 1955, 1956; Карабаев и Корогодин, 1962). Мы предположили, что когда к объекту, облученному анаэробно, допускают после облучения кислород, имеет место конкуренция двух видов действия кислорода: увеличения по­ вреждения, с одной стороны, и ускорения восстановления, с дру­ гой стороны. При этом, если регистрировать эффекты облуче­ ния по образованию структурных хромосомных аберраций, т. е. через 6 и более часов после облучения (для большинства расти­ тельных объектов), повреждающее действие, как более слабое, полностью маскируется восстанавливающим действием. Для того, чтобы расчленить эти два вида действия кислоро­ да, были поставлены следующие опыты на проростках бобов Vicia faba. В качестве критерия лучевого повреждения использовали не структурные хромосомные аберрации, а так называемую клей­ кость хромосом, наблюдаемую в первые часы и даже минуты после облучения. Выбор этого критерия 'был обусловлен сле­ дующими соображениями: восстановление поврежденных хро­ мосом требует довольно продолжительного времени (Wolff, 1954; Wolff, Luippold, 1955; Лучник, Царапкин, 1959). Чтобы избежать маскирующего репарационного действия кислорода, необходимо было наблюдать возможно более ранние эффекты облучения. Клейкость хромосом имеет место в клетках, уже вступивших в профазу к моменту облучения, и поэтому дости­ гает максимума приблизительно через 2 часа после облучения, когда структурных аберраций еще почти нет (Alberti, Politzer, 1924; Pekarek, 1927; Sax, Swanson, 1941; Koller, 1943, 1953). Как выглядит клейкость хромосом в анафазе в корнях бобов, показано на рис. 1. Опыты ставились следующим образом: 4-дневные проростки бобов с корешками длиной 6—8 см облучали в чистом азоте 490 (не более 0,0005% кислорода) на рентгеновском аппарате РУМ-11 дозой 200 р при мощности дозы около 50 р/мин. Сразу после окончания облучения (через 10 сек.) через сосуд с про­ ростками начинали пропускать кислород. Время продувания кислорода варьировали от 30 сек. до 120 мин., после чего в со­ суде восстанавливали анаэробные условия путем продувания чистого азота. В азоте проростки выдерживались до фиксации. Через разные промежутки времени (каждые 20 мин. до 2 часов) кончики корней фиксировали, окрашивали по Фельгену и при­ готовляли давленые препараты, в которых подсчитывали % анафаз со склеившимися хромосомами. Рис. 1. Клейкость хромосом в анафазе в ме- ристемной зоне корня боба через 2 часа после облучения. Результаты представлены на рисунках. На рис. 2 видно, что по сравнению с числом поврежденных клеток, наблюдаемых без допуска кислорода, допуск кислорода на 1 мин. увеличивает число поврежденных анафаз; при допуске на 5 мин. % повреж­ денных анафаз оказывается приблизительно на уровне, наблю­ даемом без допуска кислорода; при 10-минутном контакте с кислородом % поврежденных клеток снижается ниже анаэроб­ ного уровня. Дальнейшее увеличение времени контакта с кис­ лородом вновь приводит к увеличению повреждения. Для наглядности удобнее представить эти данные в другой системе координат. На рис. 3 (верхняя кривая) показана зави­ симость повреждения от продолжительности действия кислорода после облучения. Эти данные мы объясняем следующим об ра ­ зом. Допуск кислорода на 1 мин. вызывает дополнительное по­ вреждение, т. е. кислородное последействие, в то время как для существенного ускорения восстановительных процессов одноми- 491 нутного действия кислорода, видимо, недостаточно. Кислород, допущенный на 5 мин., наряду с повреждающим действием, ока­ зывает и некоторое восстанавливающее действие — и эти два эффекта накладываются друг на друга, в результате чего число % Рис. 2. Зависимость повреждения от сроков фик­ сации при разной продолжительности действия кислорода сразу после облучения. Светлые круж­ ки — без допуска 0 2; черные квадраты — д о­ пуск 0 2 на 1 мин.; черные кружки — на 5 мин.; светлые квадраты — на 10 мин.; светлые тре­ угольники — на 1 час.; черные треугольники — на 2 часа. По вертикали — % поврежденных анафаз, по горизонтали — сроки фиксации после облучения. поврежденных клеток оказывается приблизительно таким же, как и без допуска кислорода. При увеличении продолжитель­ ности действия кислорода до 10 мин. репарирующее действие превалирует над повреждающим. Дальнейшее увеличение про­ должительности действия кислорода (30, 60, 120 мин.) вновь приводит к увеличению % поврежденных клеток. Но этот подъем связан с тем, что, как показали работы Ашооге (1961, 1962), в присутствии кислорода митоз протекает гораздо быстрее,' чем 492 в анаэробных условиях, и клетки, облученные в стадии, чув­ ствительной к развитию клейкости хромосом, быстрее достигают анафазы, в которой проводится наблюдение. Об этом говорит и характер кривых время-эффект при допуске кислорода на продолжительное время (рис. 2). Таким образом, первый подъем кривой на рис. 3 трудно обь- яснить иначе, чем повреждающим действием кислорода после облучения, т. е. кислородным последействием. % Рис. 3. Зависимость повреждения, наблюдае­ мого при фиксации через 2 часа после облу­ чения, от продолжительности действия кисло­ рода. Крестики — допуск 0 2 через 10 сек. после облучения; кружочки — допуск 0 2 че­ рез 3 мин. после облучения. По вертикали — ■% поврежденных анафаз, по горизонтали — продолжительность действия кислорода после облучения. Для того, чтобы выяснить, как долго после облучения обь- ект остается чувствительным к повреждающему действию кис­ лорода, была проведена серия опытов с допуском кислорода на 1 мин. (наиболее выгодная продолжительность для кисло­ родного последействия) через разные сроки после окончания облучения. На рис. 4 показано, что уже через 3 мин. после окончания облучения кислород, допущенный на 1 мин., не увеличивает повреждения. Однако, как видно из рис. 5, кислород, допущенный на 5— 10 мин., ускоряет восстановительные процессы также и в том 493 случае, когда он допускается через 3 мин. после облучения. Допуск кислорода через 3 мин. на более продолжительное вре­ мя ускоряет и митоз. Эти данные, изображенные на рис. 3 (нижняя кривая) , по­ казывают, что при допуске кислорода через 3 мин. не наблю- Рис. 4. Зависимость повреждения от сро­ ков фиксации при разных сроках допуска кислорода после облучения. Светлые круж­ ки — без допуска 0 2; черные треуголь­ ники — допуск 0 2 на 1 мин. через 10 сек. после облучения; светлые треугольники — через 1 мин.; черные кружки — через 2 мин.; крестики — через 3 мин. По вер­ тикали — Ус поврежденных анафаз, по горизонтали — сроки фиксации после об­ лучения. Рис. 5. Зависимость повреждения от сро­ ков фиксации при разной продолжитель­ ности действия кислорода через 3 мин. после облучения. Светлые кружки — без допуска 0 2; черные кружки — допуск 0 2 на 1 мин.; черные квадраты — на 5 мин.; светлые квадраты — на 10 мин.; крести­ ки — на 30 мин.; светлые треугольники — на 1 час.; черные треугольники — на 2 час. По вертикали — % поврежденных анафаз, по горизонтали — сроки фиксации после облучения. дается первого подъема кривой, т. е. кислородное последействие отсутствует. Это доказывает, кроме того, что увеличение по­ вреждения, вызываемое допуском кислорода на 1 мин. сразу после облучения, нельзя объяснить простым ускорением разви­ тия повреждения в присутствии кислорода. 494 Для выяснения того, какая концентрация кислорода необхо­ дима для проявления последействия, были поставлены опыты, в которых после облучения через сосуд с проростками проду­ вали газовые смеси, содержавшие 1%, 2%, 10%, 20% (воздух) и 100% кислорода. Показано, что 1%-ый и 2%-ый кислород не вызывают увеличения повреждения, 10%-ный кислород вызы­ вает очень слабое последействие, тогда как воздух дает такой же эффект, как чистый кислород, т. е. выраженное кислородное последействие. Полученные результаты, показывающие возможность выя­ вить в определенных условиях опытов кислородное последей­ ствие на активно метаболизирующих объектах, хорошо согла­ суются с представлениями о том, что при облучении, наряду с короткоживущими кислородочувствительными состояниями (возможно, свободными радикалами), образуются долгоживу­ щие состояния, часть которых способна реагировать с кислоро­ дом после облучения, вызывая дополнительное повреждение (Эйдус, 1956; 1960, Эйдус, Каюшин, 1960). Выводы 1. Кислород после облучения вызывает три вида действия: а) Увеличивает лучевое повреждение (кислородное после­ действие) . б) Ускоряет процессы пострадиационного восстановления. в) Ускоряет прохождение митоза и тем самым — развитие повреждения. 2. Кислородное последействие (повреждающее) на пророст­ ках бобов можно обнаружить, если допускать кислород после облучения на короткое время (около 1 мин.) и пользоваться ранними критериями повреждения (клейкость хромосом). 3. Объект после облучения остается чувствительным к по­ вреждающему действию кислорода в течение нескольких минут. 4. Для проявления кислородного последействия необходимо и достаточно 20%-ной концентрации кислорода. ЛИТЕРАТУРА Б ы ч к о в с к а я И. Б. К вопросу о консервации лучевого повреждения в эпителиальных клетках роговиц лягушек, облученных в состоянии зим­ ней спячки. Цитология, т. 1, № 4, 1959. Б ы ч к о в с к а я И. Б. Некоторые данные о механизме «консервации» луче­ вого эффекта в эпителии роговицы лягушки в условиях зимней спячки. Мед. радиология, т. 5, № 3, I960. К а р а б а е в Э. М. и К о р о г о д и н В. И. О роли кислорода в пострадиа­ ционном восстановлении клеток. Журн. общей биологии, т. 23, вып. 2, 1962. 495 Л у ч н и к Н. В. и Ц а р а п к и н Л. С. Об обратимости цитогенетических лучевых повреждений. Докл. АН СССР, т. 124, вып. 1, 1959. Ш а п и р о Н. И., Б о ч а р о в а E. М. и Б е л и ц и н а Н . В. О «кислород­ ном эффекте», наблюдаемом при лучевом повреждении растительных и животных клеток. Докл. АН СССР, т. 126, вып. 1, 1959. Э й д у с Л. X. О первичном механизме биологического действия излучений. Биофизика, т. 1, вып. 6, 1956. Э й д у с Л. X. О значении особенностей энергетических состояний макро­ молекул для понимания радиобиологических явлений. В сб. Физико­ химические и структурные основы биологических явлений. Изд. АН СССР, М., 1960. Э й д у с Л. X., Г а н а с с и Е. Э. О существовании нескольких типов скры­ того повреждения в облученных молекулах миозина. Биофизика, т. 5, вып. 3, 1960. Э й д у с Л. X., К а ю ш и н Л. П. Длительная консервация неспаренных электронов в макромолекулах после облучения белковых растворов. Докл. АН СССР, т. 135, вып. 6, 1960. Э й д у с Л. X., К о н д а к о в а Н. В., О т а р о в а Г. К. О механизме «кис­ лородного эффекта» в радиобиологии. Биофизика, т. 3, вып. 2, 1958. A l b e r t i W. , P o l i t z e r G. Uber den Einfluss der Röntgenstrahlen auf die Zellteilung. Archiv für mikroskopische Anatomie und Entwicklungs­ mechanik, B. 100, 1924. A l e x a n d e r P. Effect of oxygen on inactivation of tripsin by the direct action of electrons and alpha-particles. Radiation Research, v. 6, N 1, 1957. A m о о r e J. E. Dependence of mitosis and respiration in roots upon oxygen tension. Proceedings of Royal Society, v. 154, N 954, 1961. A m о о r e J. E. Oxygen tension and the rates of mitosis and interfase ш roots. J. of Cell Biology, v. 13, N 3, 1962. C a l d e c o t t R. S., J o h n s o n E. B., N o r t h D. Т., K o n z a k C. F. Modification of radiation-induced injury by posttreatment with oxygen. Proceedings National Academy Science USA, v. 43, N 11, 1957. G i l e s N. H. Radiation-induced chromosome aberrations in Tradescantia. In "Radiation Biologv”, v. I, part 2, McGraw-Hill Book Companv, N-Y., 1954. G i l e s N. H., R i l e y H. P. The effect of oxygen on the frequency of X-ray induced chromosomal rearrangements in Tradescantia microspores. Proceedings National Academy Science USA, v. 35, N II. 1949. G i l e s N. H., R i l e y H. P. Studies on the mechanism of the oxygen effect on the radiosensitivity of Tradescantia chromosomes. Proceedings National Academy Science USA, v. 36, N 6, 1950. G l e g g R. E. The influence of oxygen and water on the after-effect in cellulose degradation by gamma-rays. Radiation Research, v. 6, N I, 1957. K i h l m a n B. A. Biochemical aspects of chromosome breakage. In “Advances in Genetics”, v. 10, Academic Press, И -Y., 1961. K o l l e r . P. C. The effects of radiation on pollen grain development, dif­ ferentiation and germination. Proceedings of Royal Society of Edin­ burgh, v. 61, N 4, 1943. K o l l e r P C. The cytological effects of irradiation at low intensities. Here­ dity, v. 6, 1953. K u n k e l H. A., S c h u b e r t G. Effects of protective agents applied after irradiation. Proceedings 2-d UN International Conference Peaceful Uses of Atomic Energy, v. 23, Geneva, 1958. N a t a r a j a n A. Т., A h n s t r o e m G., P a l R. A. Studies of oxygen- effect on radiation-response of barley seeds. 2-d International Congress of Radiation Researth. 1962. 496 N i l a n R. A., K o n z a k C. F., . L e g a u 11, H a r l e J. R. The oxygen effect in barley seeds. In “Effects of Ionizing Radiation on Seeds", Vienna, 1961. P e k a r e k J. Influence of X-rays on nuclear and cell division in bean root- tips. Planta, v. 4, N I, 1927. P o w e r s E. L., We b b , R. B., E h r e t , C. F. Storage, transfer and utilisa­ tion of energy from X-rays in dry bacterial spores. Radiation Research, suppl. 2, I960. S a x K-, S w a n s o n C. P. Differential sensitivity of cells to X-rays. American J. of Botany,1 v. 28, N I, 1941. W o l f f S. Delay of chromosome rejoining in Vicia faba induced by irradia­ tion. Nature, v. 173, N 4402, 1954. W o l f f S. Some postirradiation phenomena that affect the induction of chromosome aberrations. J. of Cellular and Comparative Physiology, v. 58, N 3, suppl. I, 1961. W o l f f S. Metabolism and chromosome break rejoining. Science, v. 122, N 3161, 1955. W o l f f S., L u i p p o l d H. E. The production of two chemically different types of chromosomal breaks by ionising radiation. Proceed. Nation. Acad. Sei. USA, v. 42, N 8, 1956. О Н Е К О Т О Р ЫХ Г И С Т О Х И М И Ч Е С К И Х И З М Е Н Е Н И Я Х В П Р О Ц Е С С Е Р Е Г Е Н Е Р А Ц И И Р А С Т Е Н И Й X. Каллак Тартуский госуниверситет Познание сущности регенерационных процессов имеет глу­ бокое теоретическое и практическое значение. Регенерация — это особая форма морфогенеза, восстановление нарушенных структурных и функциональных корреляций. Поэтому все успе­ хи в изучении факторов, регулирующих регенерационные про­ цессы, помогают нам понимать и процессы морфогенеза. С дру­ гой стороны, от успехов в познании и направлении процессов регенерации зависит эффективность нашей практической работы в области вегетативного размножения растений. О регенерации растений написано немало работ. Подробно описана внешняя сторона этого явления. Достаточно солидными являются и наши знания в области микроскопических струк­ турных изменений, происходящих в процессе регенерации. Но мало знаем мы еще о биохимических и физиологических про­ цессах, сопровождающих восстановление утраченных частей. Данная работа является частью более обширного исследова­ ния проблемы возрастной зависимости регенерационных про­ цессов у растений. Цель этой работы — выяснение связи между регенерационной способностью растений разного возраста и не­ которыми гистохимическими показателями соответствующих тканей. Объектами исследования являлись коралловый томат (Sola- 32 Заказ N° 4752 497 пит capsicas trum Link) и одуванчик ( Taraxacum Web.). Изучали динамику изоэлектрической точки (И J и нуклеиновых кислот в процессе регенерации листовых и сте ле­ вых черенков, отрезанных от растений разного в0^Ра^ т а ' определялась методом Пишингера, обработанным А. В. Дудае­ вой (1957). Д л я установления нуклеиновых кислот использовали известную реакцию на пиронин и метиловый зеленый по 1ре- вану и Шарокка (Прозина, 1960). Метиловый зеленый окраши­ вает Д Н К в зеленый цвет, а пиронин — Р Н К в красный цвет. Динамику ИЭТ определяли в листовых черенках одуванчика. Сравнивали изменения ИЭТ в процессе регенерации 20—30- дневных листьев молодых сеянцев и крупных листьев цветущих растений. Из предыдущих исследований известно, что исход­ ными тканями в возникновении адвентивных корней в листьях одуванчика являются флоэма и паренхимные клетки, окружаю­ щие проводящие пучки. ИЭТ определяли в ядрах этих тканей на 3, 8, 15 и 20 день после удаления листьев от растений. Опре­ деления провели при помощи микроскопа сравнения, в 3 повтор­ ностях. Целью определений было выяснение следующих вопро­ сов: 1) изменяется ли ИЭТ изучаемых ядер в процессе регене­ рации; 2) наблюдаются ли различия в динамике ИЭТ в процессе регенерации молодых и старых листьев. Ответ на первый вопрос оказался положительным. Из ри­ сунка 1 видно, что ИЭТ тканей изменяется в ходе регенерации, сдвигаясь в более кислую сторону. Самой низкой величины до­ стигает ИЭТ на 15 день, возвращаясь после этого в исходное положение. Если сравнивать молодые и старые листья, то ока­ зывается, что ИЭТ ядер клеток флоэмы и паренхимных клеток у молодых листьев сдвинута в более кислую сторону. Более от­ четливо это различие проявляется в динамике ИЭТ у ядер па­ ренхимных клеток. Различие ИЭТ ядер флоэмных клеток у мо­ лодых и старых листьев менее заметно. Динамику нуклеиновых кислот изучали в процессе регенера­ ции листовых и стеблевых черенков кораллового томата и ли­ стовых черенков одуванчика. Для установления возрастной за­ висимости изменений в содержании нуклеиновых кислот сравни­ вали листья и стеблевые кусочки кораллового томата от расте­ ний в конце вегетативного периода, перед бутонизацией и от растений в генеративном периоде, в фазе плодоношения. В обоих случаях листовые и стеблевые черенки брались как с нижнего, так и с верхнего яруса растений. У одуванчика сравнивали мо­ лодые и старые листья, как и в случае определения ИЭТ. Основ­ ное внимание уделялось пиронинофилии исходных тканей реге- нерантов, установленных в результате гистологических исследо­ ваний. 498 Из черешка листьев кораллового томата приготовляли по­ стоянные препараты на 1, 6, 11 и 16 день после удаления листьев от материнских растений. Поперечные срезы черешка из мате­ риала, фиксированного в день операции, показывали довольно слабую реакцию на пиронин в районе проводящего пучка, т. е. в исходных тканях адвентивных корней. Черешки листьев верх- 3 в 15 29 i д 15 20 i в 15 20 Ъ в 15 20 д н и определения ю т (после удаления /тксгьее с материнских расгёний) Рис. 1. Динамика ИЭТ в регенерирующих тканях листовых черенков одуванчика. а — ядра флоэмы в молодых листьях; б — ядра паренхимных клеток в молодых листьях; в — ядра клеток флоэмы в старых листьях; г — ядра паранхимных клеток в старых листьях. него и нижнего яруса у растений в вегетативном и репродуктив­ ном состоянии между собой заметно не отличались. Несколько более сильную пиронинофилию показывали лишь черешки верх­ них листьев в генеративном периоде. В флоэме, камбии и па­ ренхимной части проводящего пучка рядом с пиронинофильной цитоплазмой заметны были и сравнительно крупные пиронино- фильные ядра. Слабее всего на окраску реагировали черешки нижних листьев в генеративном периоде. В ходе регенерации, т. е. на 6, 11 и 16 день после операции, заметно увеличивалась пиронинофилия исходных тканей регене- рантов — камбиально-флоэмной части пучка, сердцевинных л у ­ чей и паренхимных клеток, окружающих проводящие пучки. Особенно ярко окрашивалась камбинальная зона проводящего пучка. Верхние и нижние листья у растений, находившихся в 32* 499 вегетативном состоянии, между собой по пиронинофилии почти не отличались, соответствующие листья у растений в репродук­ тивном состоянии имели заметное различие: верхние листья по­ казывали значительно более сильную пиронинофилию. На увеличение содержания Р Н К в исходных тканях регене- рантов указывали и препараты гипокотиля и стеблевых черен­ ков кораллового томата. Клиновидная раневая ткань, возникаю­ щая рядом с ксилемой около поверхности среза гипокотиля, резко отличалась по своей пиронинофилии от остальных тканей. Особенно сильно были окрашены меристематические очаги в верхней части раневой ткани — зачатки адвентивных почек. Р а ­ невая ткань на базальной поверхности стеблевых черенков за­ метной пиронинофилии не обнаруживала. Пиронинофильными оказывались в стеблевых черенках только отдельные зоны в камбиальной части, где возникают адвентивные корни. Возрастных различий в пиронинофилии регенерирующих тканей гипокотиля и стеблевых черенков кораллового томата не было обнаружено. Выявленная при регенерации кораллового томата законо­ мерность — увеличение содержания Р Н К в регенерирующих тканях — проявилась и в процессе регенерации листовых черен­ ков одуванчика. Резко отличались между собой молодые и ста­ рые листья. Большинство препаратов через базальную часть старого листа на 3, 6 и 10 день после операции никакой пиро­ нинофилии в проводящих пучках и в окружающих их паренхим­ ных клетках не показывало. Зато хорошо заметна все возра­ стающая пиронинофилии в регенерирующих тканях молодых листьев. Особенно ярко окрашены паренхимные клетки в боко­ вых частях проводящего пучка, где обычно возникают адвен­ тивные корни. Пиронинофильными оказывались не только яд­ рышки и цитоплазма, но и ядра. Какие выводы можно сделать на основе проведенных иссле­ дований? Как известно, ИЭТ является одним из основных показателей в характеристике коллоидно-химических свойств компонентов клетки. По образному выражению Г. И. Роскина, каждый орга­ низм представляет как бы мозаику ИЭТ, причем разные органы или ткани имеют свои характерные и относительно стабильные ИЭТ. При падении клеточной деятельности ИЭТ сдвигается в щелочную сторону, с наступлением же интенсивной жизнедея­ тельности наблюдается сдвиг ИЭТ в кислую сторону (Прокофье- ва-Бельговская и Капитонова, I960; Роскин, 1946; Сергеев, Мельников, Сахнов и Кандарова, 1962). В ходе онтогенеза от­ мечается сдвиг ИЭТ в щелочную сторону (Макаров, 1953; Рос­ кин, 1946; Рудаева, 1957). Кроме того имеются данные, что в раковых клетках происходит смещение ИЭТ в кислую сторону (Кедровский, 1951; Макаров, 1955), 500 Данные этой работы показывают, что в кислую сторону сме­ щается ИЭТ тканей и в процессе регенерации. Самое низкое значение ИЭТ в молодых листьях одуванчика совпадает с вре­ менем образования корневых зачатков. Старые листья одуван­ чика, как правило, не регенерируют. Жизненные процессы в них идут уже на спад, что отчетливо отражается на ИЭТ соответ­ ствующих тканей. ИЭТ ядер флоэмных и паренхимных клеток у старых листьев значительно сдвинута в более щелочную сто­ рону, по сравнению с молодыми листьями. Но чем объяснить различие в динамике ИЭТ ядер флоэмных и паренхимных клеток у молодых и старых листьев? Это стано­ вится ясным, если поближе рассмотреть роль этих тканей в ре­ генерации листовых черенков одуванчика. Паренхимные клетки, окружающие пучки, являются основной исходной тканью в об­ разовании адвентивных корней у молодых листьев, активизиро­ ванная флоэма включается в основном лишь в образование ра ­ невой древесины. Новые элементы проводящей ткани образу­ ются иногда и в флоэме старых листьев после их удаления от материнских растений, но активизации паренхимных клеток в них никогда не замечали. Отсюда понятно, почему различия в динамике ИЭТ у молодых и старых листьев особенно резкие в ядрах паренхимных клеток и менее заметны в ядрах клеток флоэмы. Нуклеиновые кислоты являются одними из важнейших компо­ нентов живой клетки. Синтез организации живого тела проис­ ходит в тесной связи с нуклеиновыми кислотами. В них содер­ жится генетическая информация для реализации процессов мор­ фогенеза. Роль этих соединений проявляется и в процессе реге­ нерации. Особенно отчетливы изменения в содержании РН К в регенерирующих тканях. На повышение содержания Р Н К при регенерации указывают в своих работах Г. И. Роскин (1946), Б. В. Кедровский (1951) и др., изучавшие в основном животные организмы. Данные этой работы показывают такое же явление на растительных объектах. В ходе регенерации увеличивается содержание РН К как в цитоплазме, так и в ядрах соответствую­ щих тканей. Это говорит об активизации процессов синтеза в исходных тканях регенерантов. Обнаруживается связь между регенерационной способностью и содержанием РН К в соответствующих тканях. Коралловый томат известен как растение с сильной регенерационной способ­ ностью. Хорошо регенерируют как листья, так и стеблевые че­ ренки и гипокотили. Не наблюдается заметного различия в ре­ генерационной способности у разновозрастных частей этого ра ­ стения. Все это находит отражение в динамике содержания Р Н К в соответствующих частях кораллового томата в процессе рсге» нерации. Мы не наблюдаем здесь резких различий. С другой стороны, листья одуванчика показывают сильную 501 возрастную зависимость регенерационных п р о ц е с с о в . Старые, т. е. развитые листья цветущих растений не с п о с о б н ы регенери- ровать. Молодые листья сеянцев могут образовать как »<орни, так и побеги. Это и отражается в динамике Р Н К в регенерирую­ щих тканях. В итоге можно сказать, что возрастная з а в и с и м о с т ь регене­ рационных процессов отражается в динамике ИЭТ и нуклеино­ вых кислот соответствующих тканей. Эти показатели тесно свя­ заны между собой: сдвиг ИЭТ в кислую сторону связан с повы­ шением содержания нуклеиновых кислот в клетках. ЛИТЕРАТУРА К е д р о в с к и й Б. В. Нуклеиновые кислоты в клетках поврежденного и больного организма. Успехи совр. биол., т. 32, вып. 3(6) , 1951. К о н а р е в В. Г. Пиронинофилии ядра как показатель состояния ДНК. Докл. Акад. Наук СССР. т. 120, № 2, 1958. М а к а р о в П. В. Основы цитологии. Изд. «Сов. наука», М., 1953. П р о з и н а М. Н. Ботаническая микротехника. «Высшая школа», М., I960. П р о к о ф ь е в а - Б е л ь г о ф с к а я А. А. и К а п и т о н о в а C. X. ИЭТ цитоплазмы и ядерных элементов Actinomyces streptomycini Kras. Изв. Акад. Наук СССР, сер. биол., № 1, 1960. Р о с к и н Г. И. Изоэлектрические пункты клеток и их изменения в норме, развитии и патологии. Успехи совр. биол., т. 22, вып. 2(5), 1946. Р у д а е в а А..-В. Некоторые теоретические предпосылки методики опреде­ ления изоэлектрической точки и ее место в цитохимии. Труды Н.-и. института биологии и биол. фак-та Харьковского ордена Трудового Красного Знамени гос. ун-та им. А. М. Горького, т. LXXIX, в. 26, 1957. С е р г е е в Л. И. , М е л ь н и к о в В. К-, С а х н о в Н. С., К а н д а р о - в а И. В. Динамика ИЭТ протоплазмы клеток и РНК в тканях одно­ летних побегов древесных растений. II научн. конф. по нукл. кислотам растений. Рефераты докладов, 1962. N a y l o r E. Е. The Hydrogen-ion Concentration and the Staining of Sections of Plant Tissue. Am. Journ. Bot., v. 13, No 5, 1926. Т е p p e r H. B., G i f f o r d E. M. Detection of RNA with Pyronin. Stain Technology, v. 37, No 1, 1962. Р А З Н О К А Ч Е С Т В Е Н Н О С Т Ь Р А С Т И Т Е Л Ь Н Ы Х О Р Г А Н И З М О В И. П. Белоконь Киевский госуниверситет им. Т. Г. Шевченко Своими классическими исследованиями И. В. Мичурин (1948) показал, что растительный организм в начале развития в большей мере подвержен влиянию внешних условий затем становится менее податливым к этому влиянию, еще позже он становится практически константным. Это заключение оказалось исключительно плодотворным в практической деятельности при выведении новых сортов сельскохозяйственных растений и пород домашних животных. н 502 Своими исследованиями И. В. Мичурин отверг статический подход к растительному организму и поставил задачу рассмат­ ривать его в динамике, в процессе его развития. Такой подход к растительному организму уже оказал большую помощь в раз­ витии различных вопросов ботанической науки и в том числе физиологии и генетики растений. Не будем касаться многих из этих вопросов, укажем только на влияние возраста родителей на свойства потомства, широко изучаемое в последнее время в опытах как с растениями, так и с животными, а также на з а ­ мечательные результаты, полученные А. А. Табенцким (1947) при изучении структуры хлорофиллового зерна. Этими исследо­ ваниями показано, что не только целый организм, но и все его части на протяжении развития организма неодинаковы. В связи с этим возникла необходимость исследовать растительный орга­ низм на протяжении всего онтогенеза: в начальный период, в период наиболее интенсивного развития и в конце развития. С другой стороны, оказалось, что многие исследования, прово­ дившиеся только в одно какое-либо время, фактически непол­ ноценны или даже несостоятельны в научном отношении. Остановимся, однако, несколько подробнее на разнокачест- венности различных частей растительного организма, установ­ ленной также И. В. Мичуриным и детально изученной его мно­ гочисленными учениками и последователями, которая была названа генетической разнокачественностью (Лысенко, 1952). Учение о генетической разнокачественности растительных ор­ ганизмов основывается на данных практики сельского хозяйства и широко используется в практической деятельности по выведе­ нию новых сортов сельскохозяйственных культур. Совершенно очевидно, что разные части растительного организма, формирую­ щиеся в разных условиях и по-разному реагирующие на эти ус­ ловия, имеют неодинаковую наследственную природу. Теперь только слепо верующие догматики продолжают считать, что растительный организм в разных частях обладает одинаковой наследственностью. Тот же, кто подходит к изучению раститель­ ного организма без предубеждений и заученных схем, кто рас­ сматривает его в тесной связи с окружающей средой, как этого требует мичуринское учение, и особенно тот, кто практически занимается выращиванием растений, селекцией, на каждом шагу видит подтверждение генетической разнокачественности растительных тканей. Только этим, в частности, можно объ­ яснить широко применяемый отбор вегетативно размножаемых растений. На какой же основе покоится генетическая разнокачествен- ность растительных тканей? По этому вопросу отечественной и зарубежной наукой накоплен огромный фактический материал, в котором мы и попытаемся разобраться, используя, разумеется, в первую очередь собственные исследования, а также исследо- 503 вания, проведенные в Киевском университете. Понимая, что весь фактический материал невозможно изложить в краткой статье, мы попытаемся остановиться на главных и наиболее интересных с нашей точки зрения исследованиях по интересующему нас вопросу. Еще В. Гете (1780) обратил внимание на закономерное раз­ личие последовательно появляющихся вегетативных органов растений. Различие степени рассеченности листовой пластинки, а также характера листовой пластинки и соотношения между длиной ее и длиной черешка у разных листьев на одном расте­ нии неоднократно отмечалось при описании ряда культур, в том числе шелковицы, хлопчатника, канатника, сахарной свеклы и других растений. Но особенно широкую известность получили классические исследования Н. П. Кренке (1940) морфологиче­ ских различий разных листьев на растении, значение которых не может быть поколеблено отдельными недоработками и оши­ бочными положениями, высказанными им при формулировании теории циклического старения и омоложения растений, что объ­ ясняется прежде всего тем, что этот замечательный труд автор писал, как известно, будучи тяжело больным и не успел его закончить. Двуплечая кривая, графически отображающая характер листьев на растении, подтверждается другими авторами на большом количестве растений. Не менее интересны и отличия в анатомическом строении различных частей одного и того же растения, установленные впервые В. Р. Заленским (1904), который обнаружил более высокую ксероморфность строения вышерасположенных листь­ ев по сравнению с анатомическим строением листьев, располо­ женных на том же растении ниже. Не будем касаться здесь весьма оригинальной судьбы этого классического исследования, рассмотренной нами ранее (Белоконь, 1954, 1961). После появления замечательного труда В. Р. Заленского эта закономерность была установлена различными авторами на других растениях, в том числе и на хвойных (Моисеева, 1938а, 19386; Еилокшь, 1950); подтверждена она также на разных ча­ стях стебля (Александров, Александрова, Тимофеев, 1927а, 19276) и корня (Онищенко, 1953). Следует также отметить, что некоторые авторы наблюдали отдельные отклонения от этой закономерности. Изучению их, к сожалению, не уделялось достаточного внимания, хотя они, по-видимому, дадут возможность лучше понять эту закономер­ ность. В. Р. Заленский (1911, 1918) одним из первых установил и различия физиологических процессов в разных частях расте­ ния. Он, в частности, изучал величину осмотического давления разных листьев и различных ^участков листовой пластинки. 504 Различия физиологических процессов в разных частях рас­ тения изучали Н. А. Максимов (1926) и его сотрудники, кото­ рые в общем подтвердили наблюдавшиеся Заленским анатоми­ ческие различия. Очень интересным в этом отношении является изучение в различных частях растения содержания воды, играющей столь важную роль в физиологических процессах. Например, изучая содержание воды в разных листьях на растении, одни авторы наблюдали наибольшее количество ее в нижних листьях, дру­ гие, наоборот, в верхних, третьи — в средних, четвертые наблю­ дали примерно одинаковое количество воды в разных листьях на растении, * пятые отмечали разный характер распределения воды у разных растений; наконец, сравнительно недавно было установлено, что содержание воды в разных листьях растений изменяется по мере их развития: вначале воды больше в верх­ них листьях, затем — в средних и к концу вегетации — в ниж­ них (Белоконь, 1948). При внимательном изучении этой зако­ номерности наблюдается та же двуплечая кривая, установлен­ ная Н. П. Кренке для морфологических показателей. Интересно, что подобные изменения наблюдаются и в интенсивности фото­ синтеза, активности ряда ферментов и других показателей раз­ ных листьев. Известно также, что изучение распределения различных ве­ ществ в разных частях растения показало, что одни из них имеют акропетальный, а другие — базипетальный градиент (Молотковский, 1961). Какие бы причины различий морфолого-анатомических и фи- зиолого-биохимических показателей различных частей растений не выдвигали те или иные авторы, все же роли возраста расте­ ний, в котором образуются органы растений и их части, равно как и роли внешней среды при формировании их, отбрасывать нельзя. Значительный интерес представляет разработанное И. В. Ми­ чуриным и Т. Д. Лысенко положение о стадийной разнокачест­ венности тканей растений. Ниже расположенные ткани растений являются, как известно, стадийно более молодыми, чем выше расположенные. При этом следует, однако, указать, что подоб­ ное положение усматривалось только у надземных стеблевых ча­ стей растений. Относительно корня же полагали, что он весь является стадийно молодым. Некоторые авторы указывали даже на какое-то омоложение клеток при образовании корня. Так по­ лучалось определенное несоответствие: с одной стороны, извест­ но, что стадийное старение наблюдается в клетках растений, продолжается оно во время роста клетки и заканчивается с де­ лением ее, а, с другой стороны, клетки корня растут, но как- будто стадийно не стареют. Совершенно очевидно, что, говоря о клетках корня, можно иметь в виду лишь некоторое замедле­ 505 ние старения, так как они расположены в менее изменчивом среде, но совсем отбрасывать их старение — это значит отбра­ сывать их развитие. В последнее время появляется все больше указаний на то, что и корень в разных частях неоднороден, причем чем дальше от корневой шейки расположен участок корня, тем он будет стадийно более старым (Сидоренко, 1954). Непонятным оставалось также деление камбиальных клеток. Эти клетки делятся, стебель и корень утолщаются, а вместе с тем говорилось, что если срезать стебель взрослого дерева, то поросль, выросшая на пне, будет стадийно молодой, такой же, какими были подобные клетки, расположенные на той же вы­ соте у основного стебля. Это действительно иногда может иметь место, когда поросль вырастает из спящих почек, которые, на­ пример, у дуба, сохраняются в виде своеобразных желваков под корой. Но, как показали исследования ряда авторов, корневая поросль молодых и взрослых, а тем более старых деревьев, не­ одинакова —- она вступает в плодоношение неодновременно, что говорит о разной их стадийности (Казарян, 1959). Об этом же говорит и явление каулифлории. Наконец, до недавнего времени оставался несогласован воп­ рос стадийного старения клеток с существующим представле­ нием о делении клеток. Обычно различали два типа деления клеток: инэквальное, или неравное, и эквальное — равное. Под инэквальным делением подразумевали такое деление, при ко­ тором можно наблюдать неравенство (имеется в виду прежде всего размера клеток) так называемых дочерних клеток: деле­ ние материнской клетки пыльцы, материнской клетки зароды­ шевого мешка, деление клеток при образовании устьиц, желез, волосков, каменистых клеток у плодов ряда растений, деление клеток при образовании члеников решетчатой трубки и клеток- спутников, образование разных типов клеток у сфагновых мхов, хары, пестролистых форм и некоторых других; инэквальное де­ ление имело место при так называемом почковании клеток и допускалось при амитотическом делении клеток вообще. Все же остальные случаи деления, являющиеся результатом митоза, считались эквальными — равными. При этом утверждалось, что при митозе (кариокинезе) две так называемые дочерние клетки одинаковы между собой и с материнской клеткой. Предполага­ лось в связи с этим, что амитоз — весьма редко встречающийся способ деления клеток, или способ, свойственный клеткам отми­ рающим, малоспециализированным и т. д. Теперь, благодаря прежде всего исследованиям ряда советских ученых, прочно вошел в науку взгляд, что амитоз — довольно распространен­ ный способ деления клеток (при этом установлен ряд типов немитотического деления клеток), встречающийся и у нормаль­ ных, в том числе и высокоспециализированных клеток. 506 С другой стороны, в наше время все больше распространя­ ется мнение о том, что при митозе образуются неравные клетки. Наши, еще не опубликованные, исследования также показали, что неравное деление клеток путем митоза — явление весьма распространенное. Эти данные полностью подтверждают высказанное О. Б. Ле- пешинской (1958) мнение, что при делении клеток образуются не две дочерние клетки, но одна материнская, другая — дочер* няя. У некоторых растений (в случае наличия одной верхушеч­ ной инициальной клетки) материнская клетка уже больше во­ обще не делится, в иных же случаях она еще может делиться, но количество делений ее будет меньшим, чем количество де­ лений клетки более молодой — дочерней. Такой взгляд на деле­ ние клеток вполне согласуется с представлением о полярности (Vöchting, 1876) и в частности — полярности клеток. Следовательно, при ближайшем изучении, применяя более тонкую методику, всегда можно обнаружить неравность (если не размера, то физиологических и биохимических свойств) двух рядом расположенных клеток, образовавшихся в результате де­ ления одной клетки. Следовательно, в природе существует только неравное — инэквальное деление клеток и совершенно отсутствует так называемое эквальное деление. Только исходя из этой позиции можно понять развитие организма. Генетическая разнокачественность свойственна не только вегетативным органам растений, но и генеративным. С. Г. На- вашин (1898, 1910), описывая открытое им двойное оплодотво­ рение у цветковых растений, говорил, что генеративные «ядра», как он тогда считал **, неодинаковы, они по-разному окраши­ ваются и одно из них устремляется к яйцеклетке, а второе — ко вторичному ядру зародышевого мешка. В той же лабора­ тории Киевского университета В. В. Финн (1941) установил различие четырех материнских клеток пыльцы в тетраде. Но особенно обстоятельные исследования разнокачественности ге­ неративных клеток провела в Ботаническом саду им. акад. А. В. Фомина Киевского госуниверситета К. Ю. Кострюкова (Белоконь, 1962). Она, в частности, чрезвычайно убедительно показала различие двух спермиев пыльцевой трубки (Кострю­ кова, 1951, 1961). В последнее время установлено много примеров различия мужских и женских половых элементов в разных частях соцве­ тия, из которых образуются разные плоды и семена. Особенно велики различия плодов и семян из разных частей кроны дерева. Важно также то, что растения, выросшие из этих неодинаковых семян, будут различны по скорости роста, времени вступления в ** Первым установил, что генеративная клетка пыльцы делится не на два генеративных ядра, а на две клетки — спермин, В. В. Финн (Бе­ локонь, 1958). 507 пору плодоношения и т. д. Так, в исследованиях, проведенных в Ботаническом саду Киевского госуниверситета М. В. Туркеви- чем (1955), обнаружено, что характер сеянцев зависит как от места образования семян в кроне, так и от возраста растений: у более молодых деревьев лучшие сеянцы получены от семян верхней части кроны, у деревьев среднего возраста — от семян средней части кроны и у деревьев старых — от семян нижней части кроны, т. е. здесь в общем повторяется установленная Н. П. Кренке для морфологических показателей двуплечая кривая. Семена из различных частей кроны дерева и отдельных со­ цветий различаются между собой прежде всего весом и разме­ ром. Применяемая в практике сортировка семян без учета рас­ положения их в соцветии проводит именно такой отбор: отби­ раются самые крупные и наиболее тяжелые семена, которые образовались в лучших условиях на растении и которые, как правило, дают лучшие сеянцы. Правда, как показали исследо­ вания ряда авторов, наибольшие урожаи получены при приме­ нении крупных, но не самых крупных семян. Это объясняется тем, что наиболее крупные семена, образовавшиеся в исключи­ тельно благоприятных условиях, как более изнеженные, попав в посредственные почвенные условия, могут дать меньший уро­ жай, чем семена немного меньшего размера. С другой стороны,, известно, что передовики социалистического сельского хозяйства употребляют для посева наиболее крупные семена и, применяя значительные нормы удобрений, получают рекордно высокие урожаи. Мы поставили перед собой задачу разобраться хотя бы в общих чертах в огромном фактическом материале, в этой, по выражению К- А. Тимирязева (1948), «заболоченной» области нашей науки. Вопрос, затронутый нами, выходит далеко за пре­ делы одной какой-либо науки и непосредственно касается ряда наук. Это действительно общебиологический вопрос. На разра­ ботку такого рода вопросов ориентирует нас Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по дальнейшему развитию биологической науки и укреплению ее связи с прак­ тикой». Подводя итоги, можно прийти к заключению, что морфолого­ анатомические и физиолого-биохимические показатели, изме­ няющиеся в связи с развитием растительного организма под влиянием внешних условий, являются основой генетической раз­ нокачественности растительных тканей, ее материальным бази­ сом. ЛИТЕРАТУРА А л е к с а н д р о в В. Г., А л е к с а н д р о в а О. Г., Т и м о ф е е в А. С. Опыт количественного учета водопроводящей системы стебля и черен­ ков (материалы к выяснению динамики в строении проводящей систе- 508 мы). Труды Ленингр. об-ва естествоисп., отд. бот., т. LVII, в. 3, 3—22, 1927а. А л е к с а н д р о в В. Г., А л е к с а н д р о в а О. Г., Т и м о ф е е в А. С. Versuch einer Grössenberechnung der Wasserleitungssysteme des Sten­ gels und der Blattstiele. Materialen zur Kenntnis der Dynamik in Bau des Leitungssystems. Planta, Bd. 3, H. 1, 60— 75, 19276. Б е л о к о н ь И. П. О содержании воды в различных листьях одного и того же растения. Науков1 записки (КиТв. держ. ун-ту), т. VII, в. VI. Труди бот. саду iM . акад. О. В. Фомжа, № 19, 203—211, 1948. Б 1 л о к 1 н ь I. П. ГПдтвердження законом1рноеп Заленьского у хвойних. H a y K O B i записки [КиТв. держ. ун-ту], т. IX, в . VII, Труди бюлого- грунтозн. фак-ту, № 5, 123— 130, 1950. Б 1 л о к 1 н ь I. П. До 50-р1ччя закону Заленського. Бот. журнал АН УРСР, т. XI, № 4, 85—98, 1954. Б е л о к о н ь И. П. Владимир Вильгельмович Финн (1878— 1957). Бот. жур­ нал, т. XLIII, № 9, 1351— 1353, 1958. Б е л о к о н ь И. П. История открытия закономерности Заленского и новей­ шие исследования по ее изучению. Труды Ин-та истории естествозн. и техники, т. 36. История биол. наук, в. 8, 305—309, 1961. Б е л о к о н ь И. П. Ксения Юльевна Кострюкова (к 70-летию со дня рожде­ ния). Бот. журнал, т. XLVII, № 11, 1701— 1703, 1962. З а л е н с к и й В. Р. Материалы к количественной анатомии различных листь­ ев одних и тех же растений. Известия Киев, политехи, ин-та, кн. IV, в. 1, 212, 1904. З а л е н с к и й В. Р. Осмотическое давление и испарение различных листьев одних и тех же растений. Протоколы заседаний Киев, об-ва естество­ исп. за 1911 год (зас. 5. XI) , 50—51, 1911. З а л е н с к и й В. Р. Осмотическое давление клеточного сока в листьях раз­ личных этажей. Известия Сарат. обл. с. х. оп. ст., т. 1, в. 5—6, 33—43, 1918. К а з а р я н В. О. Физиологические основы органогенеза растений. Ереван, 426, 1959. К о с т р ю к о в а К. Ю. До питания про р1знояк1сшсть спермпв-клпин, що походять з одшеТ пилковоУ трубки. Бот. журнал АН УРСР, т. VIII, № 3, 16—30, 1951. К о с т р ю к о в а К. Ю. Новые данные о движении спермиев покрытосемян­ ных. Сб. Морфогенез растений, II, Изд. МГУ, 437—440, 1961. К р е н к е Н. Г1. Теория циклического старения и омоложения растений. М., Сельхозгиз, 135, 1940. Л е п е ш и н с к а я О. Б. Происхождение клеток из живого вещества и роль живого вещества в организме. М., АМН СССР, 211, 1950. Л ы с е н к о Т. Д. Агробиология. Работы по вопросам генетики, селекции и семеноводству. М., Сельхозгиз, 781, 1952. М а к с и м о в Н. А. Физиологические основы засухоустойчивости растений. 26-е прилож. к Трудам по прикл. бот., ген. и сел., 436, 1926. М и ч у р и н И. В. Сочинения, т. I. Принципы и методы работы. Изд. 2, М., Сельхозгиз, 715, 1948. М ой с е е в а М. Н. Д о анатом1чно! будови хвожки i деревини укражсько! сосни. Зб1рник праць, приев. памят1 акад. О. В. Фомжа. Киев, АН УРСР, 241—301, 1938а. М о и с е е в а М. Н. Relation between structure of pine leaves and their position on the tree. Nature, v. 141, N 3571, p. 649, 19386. М о л OTKO в е к и й Г. X. Полярность развития растений. Львов—Черновицы, 265, 1961. Н а в а ш и н С. Г. Resultate einer Revision der Befruchtungsvorgänge bei Lilium martagon und Fritillaria tenella. Bull, de l’Acad. des Sei. de St. Petersbourg, v. 9, N 4, 377—382, 1898. 1 Н а в а ш и н C. Г. О самостоятельной подвижности мужских половых ядер 509 у некоторых покрытосемянных растений. Записки Киев, об-ва естество- исп., т. 20, в. 4, 321—336, 1910. О н и щ е н к о И. И. Анатомическое строение корней дуба на различной глу­ бине залегания. Агробиология, № 2, 130, 1953. С и д о р е н к о П. Г. Качественные изменения корневой системы в процессе индивидуального развития плодовых растений. Автореферат диссерта­ ции, Киев, 1 — 16, 1954. С т р е ш и н с к и й М. О. Спорообразование и полярность бактериальной клетки. Журнал общ. биол., т. XVI, № 6, 480—485, 1955. Т а б е н ц к и й А. А. Структура хлорофиллового зерна как показатель жиз­ недеятельности листа. Известия АН СССР, сер. биол., 5, 609—632, 1947. Т и м и р я з е в К. А. Мысли Климента Аркадьевича Тимирязева об очеред­ ных задачах науки. Агробиология, 6, 3— 12, 1948. Т у р к е в и ч М. В. Особливоеп насшня з р!зних частин крони дерева. Нау- KOBi записки (Кшв. держ. ун-ту), т. XIII, в. XV, Пращ бот. саду iM. акад. О. В. Фомша, № 24, 109— 117, 1955. Ф и н н В. В. Об оплодотворяющих элементах и половом процессе у покрыто­ семянных растений. Яровизация, 2(35) , 7— 12, 1941. G o e t h e J. W. Versuch die Metamorphose der Pflanzen zu erklären. Gotha. 1780. M ä l e k I. О deleni bakteril. Csl. biologie, r. 2, N 1, 10— 14, 1953. M ä l e k I. О množem a pestoväni mikroorganismil, zvläšte bakteril. Präce Csl. Akad. ved, sekc. biolog., 2, 170, 1955. N e m e c B., P a s t y r i k L. Všeobecnä botanika. II. Fyziologia. Bratislava, SAVU, 637, 1949. V ö c h t i n g H. Über Organbildung im Pflanzenreich. Bonn, 258, 1878. W e i s m a n n A. Uber die Dauer des Lebens. Jena, 1882. О Х Р О М А Т О Г Р А Ф И Ч Е С К О Й Х А Р А К Т Е Р И С Т И К Е Н Е К О Т О Р Ы Х И Н Д У Ц И Р О В А Н Н Ы Х К О Л Х И Ц И Н О М И З М Е Н Е Н И Й В П Р О Р О С Т К А Х Я Ч МЕ Н Я J1. Я. Ярвекюльг, Ю. Г. Павел Тартуский госуниверситет Применение колхицина существенно обогатило арсенал прие­ мов направления наследственности. Несмотря на широкое ис­ пользование явления полиплоидии в сельском хозяйстве (Münt- zing, 1961; Карпеченко, 1940) и обширные исследования, посвя­ щенные физиологическим, а также некоторым биохомическим изменениям, сопровождающим экспериментальную полиплои­ дию, многие вопросы нуждаются еще в уточнении и разрешении (Eigsti, Dustin, 1955; Бреславец, 1963). В генетических исследованиях все более и более важную роль приобретают биохимические методы. Особенно существен­ ны энзимологические исследования и определение первичной структуры белка. Оба метода требуют немалой затраты времени и, кроме того, при энзимологических исследованиях очень важно предварительно знать ферментную систему, в которой встреча­ ются характерные для индуктора изменения. Проведение подоб­ ных исследований является довольно трудоемкой работой, кото­ рая не всегда возможна в генетическом анализе. Ввиду этого для генетических исследований особенно важны те методы, ко­ 510 торые способствуют одновременному изучению многих проб. Од­ ним из таких методов является метод бумажной хроматогра­ фии. Далее, во многих гибридологических анализах, в первую очередь, для генетика представляют интерес качественные ф ак­ торы, обнаружение которых возможно при помощи модифика­ ции бумажной хроматографии, примененной по Буззати-Травер- зо (1953). Этот метод заслуживает внимания в том отношении, что здесь отпадают как предшествующее приготовление, так и обогащение материала. В связи с этим, мы постарались применить данную методику и в настоящей работе, в целях установления того, вызывает ли колхицин относительно большие качественные изменения у про­ ростков ячменя, являющиеся определяемыми с использованием вышеуказанной модификации. Это может способствовать разре­ шению вопроса о том, вызывает ли удвоение хромосомного на­ бора существенное увеличение концентрации только некоторых групп веществ, или же полиплоидия сопровождается пропор­ циональным повышением концентрации всех составных частей. Хотя использованный метод, по сравнению с методами, при которых прибегают к обогащению отдельных групп составных частей, является менее точным и характеризуется меньшей спо­ собностью разделения, он все же имеет и некоторые преимуще­ ства, которые состоят в его простоте, быстроте и возможности проводить анализы на уровне индивидуума. Ниже приводится описание методики, использованной нами при изучении влияния колхицина на содержание некоторых групп веществ при прорастании ячменя. Зерна ячменя сорта ’Юбилейный’ намачивали в водопроводной воде в течение суток. Затем подопытные зерна выдерживались в 0,2% растворе кол­ хицина в течение четырех часов. После этого зерна помещались на фильтровальную бумагу, где они прорастали при комнатной температуре. Как выяснилось, обработка раствором колхицина оказала сильное тормозящее действие на развитие проростков, которое особенно ясно отмечалось в отношении развития листьев. Кол­ хицин вызывал весьма разнообразные изменения в развитии листьев и корней проростков. На рис. 1 показано два проростка (справа) , у которых влия­ ние колхицина по сравнению с контрольными растениями (сле­ ва) очень сильно выражено: видны утолщенные колеоптили. Пробы для хроматографического анализа брались по следую­ щей схеме: корни на второй или третий, а листья на седьмой или девятый день после обработки. Д л я анализа как листьев, так и корней брали 20 мг соответствующей ткани. Навески раз­ давливались на бумаге на соответствующих начальных точках при помощи стеклянной палочки. При восходящей одномерной кроматографии сольвентами служили смеси из н-бутанола, ле- 511 дяной уксусной кислоты, дистиллированной воды ( 5 : 1 - 4 ) и смесь пропанола и 1% раствора аммиака ( 2: 1) . Соответствующие фракции на хроматограмме изучались в ультрафиолетовом свете и опрыскиванием 0,2%-ным раствором нингидрина. Рис. 1. Проростки ячменя: справа — подвергнутые влиянию колхицина з течение 4-х часов; слева — контрольные растения. Сравнение повторений позволяет утверждать, что применен­ ный метод дает возможность получить репродуцируемые резуль­ таты. Выяснилось, что вещества, флуоресцирующие в ультра­ фиолетовом свете, разделялись лучше на бумаге сорта «медлен­ ная» при употреблении бутанолового растворителя. Нингид- рин-положительный материал разделяется лучше в смеси про­ панола, тоже на бумаге «медленная». В общем разделение составных частей при одномерном раз­ делении неподготовленного материала не очень эффективно; так нам удалось обнаружить лишь 8 фракций: 4 нингидрин-поло- жительных и 4 обнаруживаемых в ультрафиолетовом свете. При анализе корней проростков, подвергнутых обработке колхицином, наблюдалось отчетливое удвоение верхней фрак­ ции, чего не наблюдалось у корней контрольных растений Так- 512 же отмечалось у контрольного материала менее резкое разде­ ление между двумя верхними фракциями. Кроме того, у обра­ ботанного материала наблюдалась более быстрая миграция ве­ ществ, по сравнению с соответствующими нингидрин-положи- тельными веществами контроля (рис. 2). а б в г Рис. 2. Фотоснимок хроматограмм нингидрин-положительных веществ из корней. На всех хроматограммах; слева — фракции из корней контрольных растений, а справа — из корней подопытных растений, а — растворитель н-бутанол; бумага «М»; б — растворитель пропиловой спирт; бумага «М»; в — растворитель н-бутиловый спирт; бумага «Б»; г — растворитель про- пиловый спирт; бумага «Б». Различий в флуоресцирующих веществах при ультрафиоле­ товом анализе нам не удалось зафиксировать. Хроматографическое разделение раздавленной массы листьев показало, что обработанные колхицином растения содержали меньше вещества, флуоресцирующего в ультрафиолетовом свете и приобретающего желтую окраску под влиянием паров аммиа­ ка (по-видимому, вещества типа флавоноид-гликозидов) . Этим в какой-то мере подтверждаются и данные Левана (Levan, 1953), по которым колхицин вызывает у ячменя уменьшение зеленых и желтых пигментов на единицу веса навески. Что касается нингидрин-положительных соединений, то и здесь миг­ рация была более быстрая у обработанных растений, особенно у верхних фракций. У листьев контрольных растений нингидрин- положительных веществ больше, чем у подопытных растений. Одно из возможных объяснений вышеприведённого факта со­ стоит в том, что в обработанных колхицином растениях соотно­ шение цитоплазмы и ядерного вещества меньше, чем в необра­ ботанных растениях. Другое объяснение, возможно, заключается в том, что тормозящее действие колхицина сопровождается и более медленным синтезом исследуемых веществ. Характерным как для корней, так и для листьев, является то, что обработка колхицином вызывает более быструю мигра­ цию нингидрин-положительных веществ, по сравнению с конт­ рольными растениями. Обнаруженное между опытными и конт­ рольными растениями различие, выраженное в неодинаковой окраске самой низкой фракции и в удвоении верхней фракции у обработанных растений (особенно у корней), требует даль­ нейшего изучения данного вопроса. ЛИТЕРАТУРА Б р е с л а в е ц Л. П. Полиплоидия в природе и опыте. Изд. АН СССР, М., 1963. ■ К а р п е ч е н к о Т. Д. Тетраплоидные шестиядерные ячмени, полученные обработкой колхицином. Докл. АН СССР, нов. сер., т. 37, вып. 1, 1940. B u z z a t i - T r a v e r s o , A. A. Paper chromatographic patterns of genetically different tissues: a contribution to the biochemical study of individuality. Proc. Nat. Acad. Sei. USA, vol. 33, 1953. E i g s t i, O. J. a. D u s t i n P. J. Colchicine — in Agriculture, Medicine, Biology, and Chemistry. The Iowa State College Press, Ames, Iowa, USA, 1955." L e v a n A. The pigment content of polyploid plants. Hereditas, 29, 1943. M ü n t z i n g A Genetic Research. A Survey of Methods and Main Results. Ts. Förlag, Stockholm, Sweden, 1961. Н А П Р А В Л Е Н Н О Е И З М Е Н Е Н И Е Э К О Л О Г О ­ Ф И З И О Л О Г И Ч Е С К И Х С В О Й С Т В И Н Т Р О Д У Ц И Р О В А Н Н Ы Х В С О В Е Т С К О Й Л А Т В И И Д Р Е В Е С Н Ы Х Р А С Т Е НИЙ А. М. Озол, Э. К. Петерсон Институт биологии АН Латвийской ССР Изучение приспособительных особенностей отдельных видов иноземных растений в новых условиях культуры представляет большой научный интерес для интродукционной работы с целью обогащения местной культурной флоры. У растений в процессе роста и развития под воздействием изменившихся условий 514 среды возникают изменения в направлении использования этих условий. На этой основе происходит их приспосабливание к местным условиям. У растений, культивируемых в новых усло­ виях, изменяются приспособительные структуры и функции, а на этой основе изменяются и эколого-физиологические свойства, которые из поколения в поколение под воздействием местных условий получают дальнейшее развитие и закрепление в потом­ стве. Известно, что у древесных растений южного происхождения при их осеверении путем выращивания семенами происходит повышение зимостойкости из поколения в поколение (Вехов, 1937, 1952). Растения, отличающиеся интенсивным ростом и ин­ тенсивной облиственностью годичных побегов в первой половине лета, своевременной и полной подготовкой к зиме, а также более глубоким зимним покоем, имеют более высокую зимостойкость (Лебедев, 1953; Коновалов и др., 1955, 1.956, 1962; Озол, 1950; Озол и Хорьков, 1958). М. В. Культпасов (1962), вскрывая закономерности возник­ новения и изменения приспособительных структур и функций интродуцированных растений, показывает, как и почему расти­ тельные организмы, приспосабливаясь к новым условиям в про­ цессе усвоения энергии и питания, используют благоприятные условия, активно защищаясь от неблагоприятных, и повышают продуктивность и качество органической массы. В Институте биологии АН Латвийской ССР, начиная с 1958 года, проводятся исследования по акклиматизации более чем 20 видов древесных и кустарниковых растений различного гео­ графического происхождения (Сибирь, Северная Америка, Дальний Восток, Средняя Азия, Кавказ и Крым, Западная Ев­ ропа, Китай и Япония). Поставлена задача изучить изменения ритма роста и развития, зимостойкость и другие важные эколо­ го-физиологические показатели акклиматизируемых ценных дре­ весных и кустарниковых растений различного географического происхождения в направлении приспособления их к новым условиям возделывания в Латвийской ССР. Изучаются: 1) осо­ бенности роста и развития растений (интенсивность и ритмика роста, ритмика развития), 2) зимостойкость, 3) интенсивность фотосинтеза и дыхания растений, 4) особенности водного режи­ ма растений, 5) углеводно-белковый обмен. В качестве объектов для исследования послужил ряд пород древесных и кустарниковых экзотов, акклиматизировавшихся в нескольких поколениях в Латвийской ССР (алыча, акация бе­ лая и желтая, каштан конский, орех Зибольда, антипка, жар- новец метельчатый, кизил и др.). Наряду с этим поставлена з а ­ дача изучения по указанным выше показателям изменения при­ способления у растений смородины черной сорта ’Лия плодород­ ная’ двух вегетативных репродукций (местная и молдавская) . 33* 515 Исследования по черной смородине проводились по программе и методике лаб орато ри и роста и развития Ботанического ин­ ститута АН С С С Р (руководитель лаб орато ри и проф. И. Н. Ко­ новалов) . Исследования осуществлялись в Ботаническом саду АН Латвийской ССР в Рижском р-не. Для фенологических и биометрических наблюдении было взято по 20 растений каждого вида (формы). Физиологические пока­ затели определялись и пробы для биохимических анализов брались через каждые 14 дней, в течение всего вегетационного периода, повторность анали­ зов 4-кратная. Интенсивность фотосинтеза в 1961 г. определяли методом Иванова-Коссович на отрезанных листьях, а в 1962 г. — методом И. Чат- ского и Б. Славик, прибором лаборатории фотосинтеза Института физио­ логии растений АН СССР. Изучение интенсивности дыхания проводилось баритным методом. Для изучения особенностей водного режима определя­ лось: общее содержание воды, количество свободной и связанной воды, водоудерживающая способность, интенсивность транспирации. Содержание свободной и связанной воды определяли по методу Маринчик, водоудержн- вающую способность — методом Ничипоровича, определение интенсивности транспирации производилась в полевых условиях по методу Иванова. Угле­ водный обмен (фракции — монозы, сахароза, мальтоза и декстрины, крах­ мал и гемицеллюлоза) изучался при помощи метода Ильина, общий и бел­ ковый азот —- полумикрометодом Кьельдаля. Степень одревеснения побегов устанавливали микрохимическим методом путем окрашивания свежих срезов побегов флороглюцином в соляной кислоте (Ряднова, 195У). На основании наблюдений за подопытными растениями в течение первых 4 лет из развития можно сделать следующие выводы. Растения, выращенные из семян акклиматизировавшихся б республике видов (алыча, антипка, акация белая и желтая, каштан конский, орех Зибольда, жарновец метельчатый и др.), У'о Рис. 1. Динамика роста однолетних побегов се­ янцев ореха Зибольда первого года жизни (в %). 1 — местные семена (Рига); 2 — семена из Токио (№ 1); 3 — семена из Токио (№ 2). 516 по сравнению с сеянцами растений тех же видов, но выращен­ ных из семян естественного ареала данного вида, в первые 4 года своей жизни являются более приспособленными к мест- % Рис. 2. Динамика роста однолетних побегов се­ янцев антипки второго года жизни (в % ). 1 — местные семена (Казданга); 2 — семена из Ташкента. Рис. 3. Динамика роста однолетних побегов се­ янцев алычи четвертого года жизни (в % ). 1 — местные семена (Элея); 2 — семена из Батуми. ным условиям. Об этом свидетельствуют такие показатели, как интенсивность роста и своевременное прекращение роста побе­ гов в длину (табл. 1, рис. 1, 2, 3), подготовка к зиме, более ран- 517 Т а б л и ц а 1 Рост однолетних побегов сеянцев интродуцированных древесных и кустарниковых пород Прирост побегов в длину (в от средней длины) Наимено­ Происхож­ вание дение 4 S Май Июнь Июль Август Сентябрь видов семян j* 1 * ■=t о Яо- U Ч = о о И I 11 III I II III I IIи III I II III I II III 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 18 Антипка* Местные 90,9 0,4 0,4 1,4 3,4 9,3 9,5 9,7 15,4 11,0 13,5 8,0 5,2 3,0 0,7 (Казданга) 100 0,4 0,4 1,5 .3,8 10,2 10,5 10,7 16,9 12,2 14,9 8,8 5,7 3,3 0,7 108,6 0,5 0,7 1,9 5,0 9,8 9,7 1 U4 18,1 15,9 Ташкент 10,8 13,0 6,1 4,3 0,7 0,7” 100 0,4 0,6 1,7 4,8 9,0 8,9 10,6 16,6 14,7 9,0 11,9 5,7 4,9 0,6 0,6 Алыча * Местные 85,7 0,3 0,5 2,2 6,0 8,6 8,4 14,9 9,7 9,2 9,4 8,0 5,3 2,2 1,0 (Элея) 100 0,4 0,6 2,6 7,0 10,0 9,8 17,3 11,3 10,7 11,0 9,3 6,2 2,6 1.2 91,6 0,7 0,7 4,3 Батуми 6,1 10,2 9,2 15,5 7,7 11,0 10,6 4,5 7,2 1,8 1,3 0.8 » 100 0,8 0,8 4,7 6,6 11,1 10,0 17,0 8,5 12,0 11,5 4,9 7,8 2,0 U 0,9 Каштан * Местные 12,1 0,7 2,3 1,9 1,6 3,6 2,0 конский (Пуре) 100 5,8 18,9 15,7 13,2 29,7 16,5 16,8 2,1 2,0 2,1 3,5 2,0 1,6 2,6 Польша 0,9100 12,4 11,8 12,5 20,8 11,9 9,5 15,5 5,3 28,9 0,9 2,6 5,9 1,9 2,7 1,2 2,9 5,4 »> Чехословакия 4,5 100 3.1 8,9 20,3 6,5 9,3 4,1 10,2 18,7 15,7 шна побе- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Орех * Местные 25,5 2,0 1,5 2,2 2,1 10,2 2,1 2,3 2,3 1,0 Зибольда (Рига) 100 7,8 5,0 8,6 8,2 40,0 8,2 9,0 9,0 3,9 28,3 3,1 1,7 6,8 1,0 1,1 3,1 4,5 4,9 1,0 1,1 Токио № 1 100 10,8 5,9 23,9 3,5 3,8 11,0 15,8 17,2 3,7 3,8 30,4 3,2 1.7 2,0 1,7 4,4 2,0 2,5 5,2 3,7 3,0 Э» Токио № 2 100 10,4 5,5 6,5 5,6 14,5 6,5 8,2 17,0 12,2 9,8 Акация ** Местные 78,3 0,6 0,9 0,5 0,9 3,6 1,9 3,6 3,7 11,2 20,5 9,4 9,8 1 1,6 белая (Рига) 100 0,8 1,1 0,6 1,1 4,6 2,4 4,6 4,7 14,3 26,2 12,0 ! 2,5 14,8 113,5 0,9 1,3 0,6 0,7 5,7 1,5 5,9 8,1 18,2 31,5 12,9 19,3 6,4 ” УССР № 1 100 0,7 1,1 0,7 0,8 5,0 1,3 5,2 8,9 16,0 27,7 11,3 17,0 6,5 Примечание: * Средние данные 3-х лет. ** Данные 1 года. 519 Скорость окрашивания срезов из однолетних побегов сеянцев древесных и Т а б л и ц а 2 кустарниковых экзотов флороглюцином с соляной кислотой (в сек.) Основание Середина Верхушка Начало * Конец Начало * Конец ** Начало * Конец ** Наименование Происхожде­ вида ние семян х X õo ОО оо Антинка Местные 20 100 75 46 14! ПО 35 127 100 68 169 129 — — _ — — — (Казданга) - Ташкент 30 110 80 60 162 140 50 139 117 89 1841 153 Алыча ААестныс 25 31 15 40 35 20 35 78 60 55 89 71 (Элея) „ Батуми 30 35 20 50 ;19 35 39 83 68 60 94 89 — Орех Зибольда Местные — 84 62 — 144 102 — 93 72 — 169 140 — — — — — — (Рига) „ Токио — 93 75 167 135 — 101 76 — 172 147 — — — — — — Каштан конский Местные — 81 60 — 155 105 — 89 69 — 166 149 — 106 80 — 171 155 (Пуре) ») Чехословакия — 84 62 — 160 108 — 93 71 — 171 153 — 110 83 — 179 160 Акация белая Местные — 67 45 — ЮЗ 80 — 101 80 — 140 123 (Рига) „ УССР — 70 59 — 140 110 — 111 87 — 160 149 — — — — — — Кизил Местные 94 60 138 100 — 99 62 142 106 — — — — — (Вецауце) TJ Батуми — 102 76 — 169 135 — 111 78 — 179 151 — — — — — П р и м е ч а н и е : * Начало порозовения ** Появление интенсивно малиновой окраски 8/Х II 30/IX 1 10/XI 8/Х II 11 30/IX 30/IX 10/XI 8/Х II 30/IX 10/XI 30/IX 1X/0I IX/0I IX/0I 1 XI /0£ 520 AU Г >1Я ХА гашк€нг t n Ы У А бл TV п и К А Ш Г А И '! КОНСКИ* ■tCP Т*л,й OPt X (РИГА) ) и60/>ьДа Г0К.И0 ш е ц и я tРИГА1 6 ( JiAS УССР HtQSb Лйг*СТ CiMrgfßb 0xrJ5*t 1 = )ИП" " " п о к о * Ш Ш п о д го то в к а К )ИМС Ш И 2 РОСТ n o s t r o * Ä М И Н У Щ Н „ М Л Л М " „ и с Ш А Рис. 4. Сроки наступления фенофаз у сеянцев интродуцированных древес­ ных и кустарниковых пород, выращенных из местных и завозных южных семян. . i l l ■ I ■ ! * КАШ ТАН АКАЦИЯ О РеЯ АИ ТИ ПКА АЛЫЧА КОНСКИЙ БСЛАЯ >И50Л6Л* Of? 1960 1961 1KZ m9 ям m i »ts I960 1961 1960 t?« fH O 19*1 ■ H i пестиые l ] южные P* - t Длина Растении и диаметр стволика (у корневой шейки) сеянцев Р . цированных древесных и кустарниковых пород, выращенных из местных и завозных южных семян 521 нее появление осенной окраски и опадение листьев (р”*-- )» ЛУ4' шее.одревеснение однолетних побегов (табл. 2). Растения из семян с мест их родины по сравнению с растениями из семян местного происхождения характеризуются более мошным ростом в длину и толщину (рис. 5). Но эти растения, как правило, осенью затягивают свой рост, древесина нх вызревает плохо, они являются менее зимостойкими по сравнению с растениями, вы­ ращенными из местного семенного материала (табл. о). , / О лучшей приспособленности растений, выращенных из се­ мян акклиматизировавшихся в республике видов, свидетель­ ствуют также существенные изменения ряда физиологических Т а б л и ц а 3 Зимостойкость однолетних побегов сеянцев интродуцированных древесных и кустарниковых пород в Ботаническом саду АН Латв. ССР в Саласпилсе Обмерзание приростов однолетних Наименование Происхождение побегов (в %) видов семян 1 959/60 1960/61 1961/62 1962/63 Антипка Местные 20,0 0 2,0 90,0 (Казданга) ” Ташкент 26,0 0 3.0 30,0 Алыча Местные (Элея) 10,0 о 4,0 25,0 ” Батуми 14,0 0 6,0 100,0 Каштан конский Местные (Пуре) — 0,5* 0 2,0* ” Чехословакия — 1,0* 0 100,0 Орех Зибольда Местные (Рига) _ 1,0* 0 25,0 „ Токио — 2,0* 0 30,0 Акация белая Местные (Рига) _ 60,0 40,0 20,0 Акация белая Ялта — 80,0 70,0 100,0 П р и м е ч а н и е : * Обмерзли только верхушечные почки. показателей у подопытных растений (интенсивность фотосинте­ за, содержание общей, свободной и связанной воды). Интенсивность фотосинтеза (табл. 4) в позднеосенний пе­ риод (21 /IX) у растений алычи и антипки местного происхож­ дения была в среднем в 2 раза ниже, чем у растений, зыращен- 522 ных из батумских и ташкентских семян, что указывает на з а т я ­ гивание ростовых процессов у растений из семян с мест их ро­ дины. О лучшей степени приспособленности (следовательно, и Т а б л и ц а 4 Интенсивность фотосинтеза у растений антипки и алычи 21/IX 1962 года (мг COv/дм2 в час) Наимено­ Происхож­ вание дение Время проведения опыта (часы) Средние вида семян данные 11.40 12.07 12.35 13.05 Антиика Местные 17,46 46,22 13,98 8,11 13,94 (Казданга) ” Ташкент 24,83 28,63 26,62 7,38 21,86 13.25 13.55 14.30 15.01 Алыча Местные 13,66 7,25 7,94 18,03 11,72 (Элея) " Батуми 11,27 27,93 14,07 29,42 20,67 большей зимостойкости) растений, выращенных из местного се­ менного материала, говорит также высокое содержание связан­ ной воды и меньшее содержание свободной воды у растений из семян местного происхождения (табл. 5). Т а б л и ц а 5 Содержание общей, связанной и свободной воды в листьях 4-летних сеянцев древесных и кустарниковых экзотов в 1962 г. Содержание воды (в Ус) 5 /IX 7/Х Наименова­ Происхождение ние вида семян Общая Свя­ Сво­ Свя­ Сво­ вода занная бодная Общая вода занная боднаявода вода вода вода Антипка Местные 66,53 12,22 54,31 71,13 14,71 56,42 (Казданга) » Ташкент 64,73 8,87 55,86 69,94 12,57 57,37 Алыча Местные (Элея) 66,16 13,30 52,86 69,16 22,56 46,60 Батуми 61,96 6,73 55,23 68,75 16,52 52,23 523 В известной степени эти закономерности можно отнести так­ же к сортам и формам растений, которые в местных условиях выращивались путем вегетативных репродукций в течение не­ скольких десятков лет (например, старый сорт смородины чер­ ной ’Лия плодородная') . Исследование физиологических особен­ ностей растений черной смородины ’Лия плодородная' различ­ ного происхождения черенкового материала (местная — пур- ская, молдавская) показало, что растения из черенков южной (молдавской) ’Лии плодородной’, по сравнению с растениями этого же сорта, но выращенными из черенков местного проис­ хождения, являются менее приспособленными к природным усло­ виям республики. Эти растения весной раньше начинают свой рост, а осенью наблюдается задержка в вызревании и одревес­ нении однолетних побегов. Кроме того, у растений молдавской репродукции в сентябре наблюдается еще вторичный рост побе­ гов в длину, что весьма характерно для растений южного про­ исхождения при их осеверении. О большей степени приспособ­ ленности растений черной смородины, выращенных из местного черенкового материала, свидетельствуют также и физиолого­ биохимические показатели (Петерсон, 1963). Исследования показали, что под действием условий внешней среды происходит изменение ритма роста, развития и зимостой­ кости интродуцированных древесных и кустарниковых растений в направлении приспособления их к данным климатическим и почвенным условиям. У древесных и кустарниковых экзотоз, акклиматизировавшихся в Латвии в течение ряда поколений и размножаемых семенным путем, приспособительные изменения имеют весьма глубокий, устойчивый характер, в то время как у иноземных растений, возделываемых в местных условиях в те­ чение многих лет путем вегетативных репродукций, эти измене­ ния хотя и имеют место, но наблюдаются в значительно меньшей степени. Для успешного и широкого внедрения в производство цен­ ных интродуцированных пород необходимо, в первую очередь, использовать уже имеющийся на месте исходный материал ак­ климатизированных видов и форм древесных и кустарниковых растений, которые отличаются более высокой приспособленно­ стью к местным почвенно-климатическим условиям в отношении ритма роста и развития, подготовки к зиме и перезимовки, а также физиолого-биохимических процессов, что обусловливает их более высокую зимостойкость, продуктивность и ценные де­ коративные качества. 524 ЛИТЕРАТУРА В е х о в Н. К. Быстрота роста экзотов в условиях лесостепи. М., 1937. В е х о в Н. К. Методика закладки маточно-семенных насаждений. Лес и степь, Л° 1, 1952. Л е б е д е в Г. И. Акклиматизация древесных и кустарниковых пород. М., 1953. К о н о в а л о в И. Н. и К о н д р у ц к а я IT. В. Изменение физиологических процессов растений в связи с акклиматизацией. Экспериментальная ботаника, вып. 10, 1955. К о н о в а л о в И. H., JI е р м а н Р. И., М и х а л е в а E. Н. и С м е т а н ­ и и к о в а А. И. Об изменениях физиологических процессов у интро- дуцируемых растений в связи с их морозостойкостью. Эксперименталь­ ная ботаника, вып. 15, 1962. К у л ь т п а с о в М. В. Экологические основы интродукции растений при­ родной флоры. Сб. трудов Главного ботан. сада АН СССР «Экология и интродукция растений», т. IX, М., 1963. М и х а л е в а E. Н. и К о н о в а л о в И. Н. К вопросу о приспособитель­ ном изменении газообмена у растений грецкого ореха при акклимати­ зации. Экспериментальная ботаника, вып. 11, 1956. О з о л А. М. Зимостойкость и некоторые другие эколого-физиологические свойства видов p. Juglans. Сб. «Растение и среда», т. II, М., 1950. О з о л А. М. и X о р ь к о в Е. И. Грецкий орех, его интродукция и аккли­ матизация. Рига, 1958. П е т е р с о н Э. К. Физиологические особенности растений черной сморо­ дины сорта Лия плодородная различного географического происхож­ дения, размножаемых вегетативным путем. Сб. трудов Бот. сада АН ЛССР «Растения, используемые в народном хозяйстве». Рига, 1963. Р я д н о б а И. М. Одревеснение побегов плодовых деревьев и их морозо­ стойкость. Физиология растений, т. 4, вып. 2, 1957. И З МЕ Н Е Н И Е Н А С Л Е Д С Т В Е Н Н Ы Х С В О Й С Т В К У КУ Р У З Ы В НОВЫХ У С Л О В И Я Х В Ы Р А Щ И В А Н И Я ПРИ С В О Б О Д Н О М М Е Ж С О Р Т О В О М П Е Р Е О П Ы Л Е Н И И О. Я. Прийлинн Институт экспериментальной биологии АН ЭССР В условиях республики, как известно, самыми ценными счи­ таются такие сорта и гибриды кукурузы, которые обеспечивают высокие урожаи зеленой массы вместе с початками в молочно­ восковой спелости. Позднеспелые, высокорослые сорта, выве­ денные в южных районах, не дают початков в местных усло­ виях. Существующие раннеспелые низкорослые сорта могут дать початки, но не удовлетворяют производство как по урожаю зеленой массы, так и по урожаю початков. Поэтому перед наукой была поставлена задача получить путем селекции раннеспелые и высокопродуктивные формы ку­ курузы для северных районов. Важная задача заключается одновременно в том, чтобы из­ менить природу кукурузного растения в сторону снижения его требовательности к теплу и повышения холодостойкости. Р аз р е ­ шение поставленной задачи требует глубокого изучения оиоло- гии развития кукурузы в местных условиях и разр аботки ряда вопросов относительно путей приспособления этой культуры к новым условиям возделывания. П роблем а управления наследственностью организмов в сов­ ременной биологии является одной из центральных проблем. П р о гр ам м а партии выдвигает в качестве одной из главных з а ­ дач разра ботк у различных способов управления жизненными процессами, в частности, обменом веществ, наследственностью и направленными изменениями организмов. В свете указанны х заданий д о л ж н а решаться и проблема осеверения кукурузы. З а д а ч а приспособления кукурузы к новым условиям среды состоит в основном в том, чтобы повысить способность этой культуры лучше использовать новые условия жизни. Кукуруза как растение южного происхождения в течение длительного периода эволюции фор мировалась в условиях длин­ ного вегетационного периода, высокой температуры, короткого дня, интенсивного освещения и часто неустойчивого увлажнения почвы. Поэтому естественно, что полученные в более южных районах сорта по своим биологическим особенностям не пол­ ностью соответствуют нашим суровым климатическим условиям Характерно, что урожай южных позднеспелых сортов форми­ руется в условиях нашей республики в основном только во вто­ рой половине июля и в августе. У этих сортов в первой поло­ вине вегетационного периода развивается в первую очередь корневая система и медленно увеличивается листовая поверх­ ность, тем самым плохо используются условия среды для фор^ мирования у р о ж а я в июне и в начале июля. Отсюда вытекает необходимость создания таких сортов и гибридов, у которых в местных условиях в весенний период возможно быстрее разви­ вались бы надземные органы и таким образом увеличивалась бы площ адь листьев. Д л я преодоления консерватизма наследственности и полу­ чения более пластичных форм растений широко используется метод скрещивания, который часто коренным образом изменяет обмен веществ, присущий родительским формам. Методом скре­ щивания получен ряд сортов и гибридов кукурузы для новых районов возделывания. В последнее время все больше внимания уделяется использованию гетерозиса первого поколения гибрид­ ных растений. Результаты исследований по формированию признаков скороспелости и продуктивности первого поколения межсортовых и межлинейных гибридов, проведенных в Инсти­ туте экспериментальной биологии АН ЭССР, т а к ж е показывают, что при подборе соответствующих компонентов скрещивания возможно получить довольно скороспелые и более урожайны е 526 гибриды по сравнению с родительскими формами (Куйлль, 1962; Прийлинн, 1963). В настоящее время в Институте экспериментальной биологии продолжаются исследования по получению ценных межсортовых и межлинейных гибридов кукурузы и выяснению их физиолого­ генетических особенностей. В связи с этим намечено развитие исследований по гетерозису. С точки зрения осеверения кукурузы наряду с другими ме­ тодами большой интерес представляет направленное воспитание при ранних сроках посева в условиях свободного межсортового переопыления. Современные знания о избирательности оплодотворения поз­ воляют успешно решать ряд вопросов селекции, в том числе по направленному повышению жизнеспособности и продуктивности перекрестноопыляющихся растений и использованию приемов внутри- и межсортового переопыления. .(Многими исследовате­ лями (Поляков, 1959) установлено, что если не во всех, то в большинстве случаев имеется тенденция избирать из смеси пыльцы пыльцу своего сорта, экологического типа или разн о­ видности. Этим и объясняется сохранение материнского типа наследственности тех или других сортов, находящихся в усло­ виях возможной гибридизации. Высокожизненное потомство нередко получается и без гиб­ ридизации на основе воздействия при оплодотворении пыльцой других сортов. Руководствуясь теоретическими положениями мичуринской биологии о высокой жизнеспособности гибридных растений, по­ лученных в результате избирательного оплодотворения в усло­ виях свободного межсортового опыления, в селекционной п р ак ­ тике создан ряд ценных сортов, полученных при свободном м е ж ­ сортовом переопылении, как ’Одесская 10’, Т о р к и Ленинские Г, Московская 3 ’ и др. (Авакян, 1956; Белаш, 1959; Мусийко, 1959). Первая из них входит в число самых ур ожайных сортов кукурузы во всем мире. Начиная с 1955 года нами проводятся работы по изучению изменчивости кукурузы в условиях раннего посева, свободного межсортового переопыления и отбора. Исходными сортами были взяты среднеранние в условиях республики сорта 'Воро­ нежская 76’, Т о р к и Ленинские Г, ’Б-1-б’, ’Московская 3’ и не­ которые др., которые по сравнению с южными позднеспелыми сортами лучше прорастают и быстрее способны развиваться в условиях пониженных температур. По некоторым наблюдениям они оказались в условиях Эстонии д а ж е более устойчивыми к весенним замор озкам , чем раннеспелые сорта, например, ’Слав- городская' и ’П ерве не ц’. К сожалению, эти сорта в производ­ ственных условиях только в отдельные особенно благоприятные годы дают початки в молочно-восковой спелости. В наших опытах кукуруза высевалась при п е р в о й возмож­ ности обработки почвы в конце апреля или в н а ч а л е мая с целью направленного воспитания в сторону п о в ы ш е н и я ее холо­ достойкости. Посев часто проводился эмбрион ал ьно молодыми семенами, что, как показы ваю т исследования ряда авторов, по­ выш ает изменчивость. П р именялась агротехника, предусмотрен­ ная при выращива нии кукурузы на початки, в том числе квад­ ратно-гнездовой посев по 2 растения в гнезде. Растения сво­ бодно переопылялись. Д л я продолжения опытов к а ж д ы й год выделялись наиболее продуктивные и скороспелые растения, от которых собирали початки. В следующие годы семена снова высевались в анало­ гичных условиях. Таким образом, при выра щива нии кукурузы в течение ряда лет в новых условиях при свободном межсортовом переопыле­ нии были получены формы, значительно отличающиеся по ско­ роспелости от исходных сортов. Они стали более интенсивно расти в ранневесенний период в условиях пониженной темпе­ ратуры и дав ал и каж д ы й год, кроме исключительно неблаго­ приятного для кукурузы 1962 года, початки в молочно-восковой и восковой спелости. В 1963 году нами получены семена мест­ ной репродукции девятого поколения. Работы проводились в основном с тремя гибридными популяциями: Харку № 2 (ис­ ходный материнский сорт ’Воро не жская 76’), Харку № 4 (ис­ ходный материнский сорт Т о р к и Ленинские № Г) и Х а р к у №5 (исходный материнский сорт ’Б - 1-6’). Сравнительное изучение полученных гибридных популяций и исходных сортов показало, что у первых раньше появляются всходы и они быстрее р азвива ю т листья при пониженных ранне­ весенних температу рах и тем самым раньше становятся спо­ собными к более активному фотосинтезу. В крайне неблагоприятных погодных условиях 1962 года (сумма активных температур 1361°) при посеве 27 апреля всхо­ ды гибридных популяций появились на 3— 4 дня раньше и росли интенсивнее по сравнению с исходными сортами. Значительные различия выявились в прохождении последующих фаз разви­ тия. Появление метелки у исходных сортов было отмечено только у единичных растений, а у гибридных популяций боль­ шинство растений перешли в фазу появления метёлки и после перенесения в теплицу дал и спелые зерна. В 1963 году гибридные популяции при сроке посева 11 мая взошли в благоприятных условиях на 13— 14 день, считая от дня посева, а исходные сорта на 1— 3 дня позже. П ервы е зна­ чительно быстрее прошли следующие фазы развития. Например, появление метелок у гибридной популяции № 2 было отмечено 10 июля, а у ’Воронежской 76’ — 18 июля, т. е. на 8 дней рань­ ше; у гибрида № 4 — 1 0 июля, а у Т о р к и Ленинские Г — 528 19 июля, т. е. на 9 дней раньше; у гибрида № 5 — 11 июля, а у Ъ - 1 - б ’ 31 июля, т. е. на 20 дней раньше, чем у исходного сор­ та (табл. 1 ). Появление нитей початков отмечалось с з а п о з д а ­ нием ввиду засухи; у гибридных популяций они появились на 2 — 1 2 дней раньше, чем у исходных сортов. Т а б л и ц а 1 Рост и развитие сортов и гибридных популяций кукурузы (посев II мая 1963 г.) Средняя высота Название Полное сорта и Полные растений (см) появле­ Фаза развития популяций всходы 1 ние ме­ початков 6 . IX19/VI 17/VH13/VIII телок 1 Воронежская 76 25.05 25,0 99,0 157,0 18.VII молочная и молоч- по-восковая Харку 2 24.25.05 27,5 104,0 157,5 10. VII молочно-восковая и восковая Горки Ленинские 1 25.05 24,5 102,0 155,5 10.VII молочная Харку 4 25.05 24,9 101,1 133,2 19.VII молочно-восковая и восковая Б-1-6 28.05 21,5 Ю4,5 169,5 31.VII не имеется почат­ ков Харку 5 25.05 29,0 108,0 144,0 11.VII молочно-восковая и восковая Уборка и учет у р о ж а я произведены 6 сентября. К этому сроку початки всех гибридных популяций развивались до вос­ ковой и полной спелости. Исходные сорта ’Воро нежская 76’ и Торки Ленинские Г достигли молочно-восковой спелости, а Б - l -б’ не дал початков д а ж е молочной спелости. Как известно, существует общ ая тенденция, что при со кра­ щении вегетационного периода уменьшается число листьев и общий урожай растений. Но при строгом индивидуальном от­ боре, выделяя не только по признакам скороспелости, а такж е по общему урожаю, можно получить скороспелые и довольно урожайные формы растений. Лучшие результаты в 1963 году показал гибрид № 4. При среднем урож ае зеленой массы с початками на 1 растение 1,26 кг, вес початков составлял 360 г, из них в восковой и пол­ ной спелости 150 г, в молочно-восковой 140 г, а в молочной спе­ лости только 70 г. Особенностью растений гибридной популяций № 4 является многопочатковость, сравнительно невысокий рост, но обильное кущение, что обеспечивало наряду с высоким урожаем почат­ ков и неплохой урож ай зеленой массы. В среднем на 1 растение получено 1,7 початка. 34 Заказ № 4752 529 Исходный сорт Т о р к и Ленинские Г дал общий у рож ай 1,5 кг на 1 растение, в том числе 2 1 0 г початков, из них 1 2 0 г в молоч­ но-восковой и 90 г в молочной спелости. Число початков на 1 растение в среднем составляло 0 ,8 . Близкие показатели продуктивности оказал ись т ак ж е у гиб­ ридных популяций № 2 и N ° 5 (табл. 2). Т а б л и ц а 2 Продуктивность сортов и гибридных популяций кукурузы (посев 11 мая, уборка 6 сентября 1963 г.) Средний урож ай на 1 растение (в г) Поч атки Название сорта зеленой и популяций в полной в молоч- массы с и воско­ но-воско- з молоч­ початками всего вой спе­ вой ной лости спелости спелости Воронежская 76 1170 240 0 100 140 Харку 2 1100 290 60 130 100 Горки Ленинские 1 1500 210 0 120 90 Харку 4 1260 360 150 140 70 Б - 1-6 1700 0 0 0 0 Харку 5 1110 240 70 80 90 В 1961 году гибридная популяция № 2 была высеяна в кол­ хозах Кярстна и Лембиту Вильяндиского района, где она пре­ выш ал а по скороспелости и урожайности исходный сорт 'Воро­ нежскую 76’. Н а малых дел ян ка х обоих хозяйств она дала по­ чатки в молочно-восковой и восковой спелости, а у ‘Воронеж­ ской 76’ только отдельные початки едва достигли молочной спе­ лости. В 1962 году эта популяция была т а к ж е высеяна в ряде хо­ зяйств, но ввиду крайне неблагоприятных условий початков не было получено. В заключение следует сказать , что работа по получению гибридных популяций кукурузы в местных условиях засл у ж и ­ вает определенного внимания. В условиях раннего посева, сво­ бодного межсортового переопыления и индивидуального отбора из среднеранних сортов удалось получить формы, отличающиеся раннеспелостью и довольно высокой продуктивностью, дающие в условиях республики початки молочно-восковой и восковой спелости. Кроме возможного непосредственного использования в про­ изводстве, гибридные популяции могут быть успешно использо­ ваны в качестве материнских сортов для получения межсорто­ вых гибридов первого поколения. Они являются и ценным ис- 530 ходным материал ом для селекции самоопыленных линий в це­ лях получения сортолинейных и межлинейных гибридов, более приспособленных к новым условиям. Наш опыт потверждает то, что зад ач а создания более холо- достойных и менее требовательных к теплу форм кукурузы мо­ жет быть решена. Используя ценное свойство кукурузы — высокую пластич­ ность и способность приспосабливаться к новым условиям сре­ ды — можно путем применения методов активного воздействия на растения получить формы с новыми биологическими и хо­ зяйственно-ценными признаками. Одним из таких методов является направленное воспитание в условиях свободного пере­ опыления. Л И Т Е РА Т У РА А в а к я н А. А. Выведение сортов кукурузы для новых районов ее возде­ лывания. Аг-робиология, 1956, № 1. Б е л а ш Т. И. К проблеме переделки наследственности кукурузы в усло­ виях зоны серых лесных почв. Наследственность и изменчивость ра­ стении, животных и микроорганизмов. II. Изд. АН СССР, Москва, 1959. К у й л л ь А. А. Формирование признаков скороспелости и продуктивности у первого поколения межсортовых гибридов в условиях Эстонской ССР. Автореферат канд. диссертации, Таллин, 1962. М у с ий к о А. С. О некоторых вопросах селекции и семеноводства куку­ рузы. Наследственность и изменчивость растений, животных и микро­ организмов. II. Изд. АН СССР, Москва, 1959. П о л я к о в И. М. Современное состояние проблемы избирательности опло­ дотворения у растений. Наследственность и изменчивость растений,' животных и микроорганизмов. I. Изд. АН СССР, Москва, 1959. П р и й л и н н О. Я. О формировании признаков самоопыленных линий и межлинейных гибридов кукурузы в условиях Эстонской ССР. Известия Академии Наук. Эстонской ССР, № 1, серия биол., 1963. В Л И Я Н И Е О К И С Л И Т Е Л Е Й И В О С С Т А Н О В И Т Е Л Е Й НА Н Е К О Т О Р Ы Е Ф И З И О Л О Г И Ч Е С К И Е П Р О Ц Е С С Ы У К У К У Р У З Ы X. А. Мауриня Латвийский госуниверситет им. П. Стучки Решения XXII съезда К П С С и последующих пленумов с т а ­ вят перед физиологами растений большие задачи. Физиология растений долж на стать теорией высоких ур ожаев всех сельско­ хозяйственных культур. Пр ишло время путем сознательного воздействия на растение направ лять его развитие в желаемом направлении. Перед биологами и агрономами стоит важная задача по продвижению культуры кукурузы в новые районы ее возделывания. Специалисты сельского хозяйства в Латвийской 34» 531 ССР уже научились получать высокие урож аи зеленой массы. Однако дал еко не во всех хозяйствах получают по 500 ц/га или больше зеленой массы кукурузы, не говоря у ж е о початках в восковой спелости. Выращиваем ы е в Латвийской С С Р средне­ спелые сорта кукурузы ( 'Стерлинг’, 'Минезота 13’, ’В И Р -2 5 ’ и другие) дают удовлетворительные урож аи зеленой массы, но початки у них обычно не созревают. У скороспелых же сортоз ( ’Минус инка ’, ’Пу ндурис’, ’Л е н и н г р а д к а ’ и другие) початки со­ зревают, но урож ай зеленой массы низкий. Поэтому проблема одновременного получения высокого у р о ж а я зеленой массы и зерна кукурузы в нашей республике еще не решена. Одно из направлений для решения этой проблемы — это стимулирова­ ние роста скороспелых сортов кукурузы. З а д а ч а состоит в том, чтобы найти пути, как заставить растения с удовлетворитель­ ным темпом развития расти мощнее, работать продуктивнее. Наилуч шие результаты в повышении производительности куку­ рузы дает использование явления гетерозиса. Однако только лишь в последнее время стали появляться отдельные работы, освещающие физиологические и биохимические особенности ро­ дительских растений, дающих гетерозисное потомство. Некоторые авторы (Львова, 1950, 1962; Бритиков, 1954) ука ­ зывают, что оплодотворение у цветочных растений протекает успешно только при наличии определенного градиента биохи­ мических и биофизических свойств между тканями пестика и пыльцевыми клетками. Эти различия ярче всего проявляются в окислительно-восстановительных свойствах клеток мужского и женского гаметофита. Яркое доказател ьство этому мы находим в работах В. И. Остапенко (1955, 1957, 1959). Раб о т ая с косточ­ ковыми плодовыми породами, он доказа л , что пыльцевые клетки характеризуются более интенсивными окислительными свойст­ вами по сравнению с клетками женского гаметофита, т. е. у пыльцевых клеток по сравнению с зарод ышевым мешком выше окислительно-восстановительный потенциал (Eh) и активность окислительно-восстановительных ферментов. Оказалось , что луч­ шими опылителями являются те сорта косточковых, у пыльцы которых выше Eh, а в качестве материнских растений лучше использовать сорта с низким Eh как женского, так и мужского гаметофита. Работы В. И. Остапенко расширили представление о жизнеспособности и оплодотворяющей способности пыльцы. М ожно ожидать, что, учитывая биохимические и биофизические свойства половых клеток при оплодотворении других культур, особенно кукурузы, можно подбирать пары для скрещивания так, что полученное потомство будет характери зоваться повы­ шенной жизнеспособностью. В литературе имеются работы, в которых показана воз мо ж­ ность экспериментального воздействия на окислительно-восста­ новительные процессы в растениях. Е. Г. Минина (1952) для 532 этого использовала компоненты минерального питания, в л а ж ­ ность почвы, интенсивность освещения и другие факторы внеш­ ней среды. В своих экспериментах ей удалось сдвинуть сексуа- лизацию растений в желаемую сторону. Интересной в этом от­ ношении яв ляется т ак ж е работа Н. С. Турковой ( 1 9 5 5 ) . Воз­ действуя на растения различными химическими агентами, она наблюдала характерную ответную реакцию. Восстановители — этилен, окись углерода, аскорбиновая кислота, гидрохинон — вызывали усиление окислительных процессов: увеличилась ин­ тенсивность дыхания, активность пероксидазы. Окислители — перекись водорода, перманганат калия — вызывали обратную реакцию: в растениях усиливались восстановительные процессы. Н. С. Туркова указывает , что высокая окислительная способ­ ность тканей не способствует росту растений. Д л я этого нужны более высокие редуцирующие свойства. По Д. А. Сабинину (194Q), редуцирующие свойства растений характеризует ’увели­ ченное содержание сахаров. Это является одним из х а р а к т е р ­ ных признаков женской сексуализации. Такие же указания, вы­ текающие из экспериментальных данных, мы находим и в р а ­ боте Е. Г. Мининой (1952). В наших опытах т ак ж е оказалось, что имеется реальная возможность направленного воздействия как на развитие мужских или женских соцветий, так и на уси­ ление сексуализации растений в одном или в другом н ап р ав л е­ нии. Это облегчается тем, что у кукурузы мужские и женские соцветия развиваются отдельно как по месту нахождения на растении, так и по времени развития (Мауриня, 1957, 1963). Чтобы выяснить влияние окислителей и восстановителей на кукурузу, в Ботаническом саду Латвийского государственного университета им. П. Стучки в 1961 и 1962 гг. мы проводили соответствующие опыты. В этих опытах были использованы следующие сорта кукурузы: ’Минусинка’, ’Воронежская 76’, Воронежская 80’, Ъ у ко в и н ска я 3' и ’Мелексбергер 28’. ’Мину­ синка’ выращивалась в почвенной культуре в вегетационных сосудах типа Митчерлиха, остальные более высокорослые сор­ та — на делянках. Почва — легкий суглинок. Предшествен­ ник — гладиолусы. Перед посевом в почву вносились ор гани­ ческие и минеральные удобрения. Во время посева состав и свойства почвы характеризов ал ись следующими показателями: pH — 7,2, КгО — 13,3, Р 2О 5 — 10, общий азот — 21,75 мг/100 г почвы; гумус — 4,35%, сумма обменных оснований 29,4 мг-экв./ЮО г почвы. Посев производился квадратно-гнездо­ вым способом 6 0 X 6 0 см, и выращива лис ь по два растения в гнезде. Повторность на дел ян ка х 3-кратная, в сосудах — 10- кратная. До появления зачатков цветков (конец II стадии развития) все растения росли в нормальных, одинаковых условиях. После 533 появления указанных признаков растения были распределены по вариантам: 1. Контроль, 2. Обработка 0,1% раствором гидрохинона, 3 . ,, 0 ,0 1 % ,, перманганата калия (KMnOj), 4 . ,, 0,02% ,, борной кислоты ( Н 3 В О 3 ). О б р аб о тка указанны ми растворами проводилась путем опры­ скивания растений. Контрольные растения одновременно опры­ скивались водой. Растения соответствующих вариантов обра­ ботку получали повторно 4 раза , через ка ж д ы е 3 дня. Как уже было отмечено, об раб отка растений проводилась, начиная с конца II стадии, п р о до л ж а л ась в течение III стадии и заканчи­ валась в начале IV стадии развития. Последние две стадии определялись по В. А. Новикову (1956). Этот период индиви­ дуального развития кукурузы для обработки растений был из­ бран в связи с тем, что повлиять на развитие какого-либо ор­ гана можно лишь в тот период, пока он развивается. Лучше всего это удается в начале развития соответствующего органа (Лысенко, 1952; Куперман и др., 1955, 1962). Во время цветения кукурузы в листьях верхних ярусов опре­ д ел ял ась активность окислительно-восстановительных фермен­ тов (аскорбиноксидазы, полифенолоксидазы и пероксидазы) методом К. Л. Поволоцкой и Д. М. Седенко (1955), а также жизнеспособность пыльцы по методу В. С. Ш ар д ако ва (1940) и окислительно-восстановительный потенциал пыльцы колори­ метрическим методом, используя соответствующие красители- индикаторы шкал ы В. М. К л ар ка (Вюрмзер, 1935). В это же время брались пробы и фиксировались для определения содер­ ж а н и я сахаров и азот содержащ их веществ. Полученные результаты показали, что окислительно-восста­ новительный потенциал (Eh) пыльцы и активность окислитель­ но-восстановительных ферментов в листьях кукурузы изменя­ лись в зависимости от примененного для обработки растений вещества. Несколько сдвинулась и жизнеспособность пыльцы. О пределяя активность ферментов в верхних листьях кукурузы, мы т а к ж е наблю дал и характерные сдвиги по вари антам опыта (табл. 1 ). Так как действие борной кислоты на окислительные свой­ ства пыльцы проявляется недостаточно определенно, то в по­ следующих опытах (1962 и 1963 гг.) мы ее не применяли. Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) пыльцы всех сортов кукурузы под влиянием гидрохинона значительно повысился; это свидетельствует о том, что сексуализа ци я расте­ ний сдвинулась в мужскую сторону. О повышенных окисли­ тельный свойствах этих растений свидетельствует т а к ж е повы­ шенная активность полифенолоксидазы и пероксидазы. Под 534 Т а б л и ц а 1 Жизнеспособность и Eh пыльцы и активность оксидаз в верхних листьях кукурузы в зависимости от обработки растений Активность оксидаз Ж и зн е ­ Eh в мв (окисленная аскорбиновая к-та в мг/г сыр. веса способ­ в 30 мин.) Сорт и вариант ность пыльцы аскорбин- полифе-в '% средн. макс. нол- перок-оксидаза оксидаза сидаза Минусинка контроль 92 82 110 — — — обраб. гидрохиноном 99 113 192 — — — К М п 0 4 95 93 122 — — — Н3ВО3 88 107 122 — — — Воронежская 76 контроль 92 104 113 0,0 24,3 обраб. гидрохиноном 99 145 203 4,8 76,6 304 К М п 0 4 88 29 58 19,4 9,5 205 НзВОз 95 84 128 14,6 24,3 243 Воронежская 80 контроль 100 58 87 4,1 20,4 242 обраб. гидрохиноном 100 116 145 10,0 68,4 344 К М п 0 4 95 50 70 25,0 9,0 237 НэВОз 100 73 116 25,0 30,2 206 Буковинская 3 контроль 100 70 116 1,9 37,3 243 обраб. гидрохиноном 100 122 157 4,8 65,3 287 К М п 0 4 95 45 87 12,9 25,7 199 „ НзВОз 100 73 116 14,6 27,4 176 Мелексбергер 28 контроль 94 70 100 7,7 43,7 233 обраб. гидрохиноном 98 100 160 7,6 56,8 294 К М п 0 4 94 58 87 17,8 30,2 171 Н 3ВО3 96 82 116 19,9 10,1 192 влиянием К М п 0 4 снизился Eh пыльцы у всех подопытных сор­ тов кукурузы, а активность полифенолксидазы и пероксидазы была меньше, чем у контроля; однако у этих растений немного повысилась активность аскорбиноксидазы, что может свидетель­ ствовать о некоторой смене терминальных окислительных си­ стем. Некоторое повышение активности аскорбиноксидазы при одновременном снижении активности полифенолоксидазы и пе­ роксидазы н аб лю д ала т ак ж е М. С. Рубцова (1963). По ее дан- 535 сСлоО Т а б л и ц а 2 Содержание сахаров в разных органах кукупузы в зависимости от обработки ее окислителем или восстановителем (сорт ’Минусинка’, данные 1961 г.) * Метелки Листья верхних 3 ярусов Влагалища верхних листьев Все сахара Все сахара Все сахара Вариант Редуц. Саха­ Редуц. С а х а ­ Редуц. С аха­ сахара роза абс в % к сахара роза в % к абс. в % к сахара роза абс. контр. контр. контр. Контроль 5,28 3,11 8,39 100 4,07 3,05 7,12 100 12,83 4,07 16,90 100 Г идрохицон 4,67 3,03 7,70 91,77 3,65 3,41 7,06 99,15 10,76 3,01 13,77 81,47 К М п 0 4 5,37 4,00 9,34 111,32 4,30 4,07 8,37 117,55 13,84 3,99 17,83 105,50 Н3ВО3 5,79 4,60 10,39 123,80 4,33 4,08 8,41 117,95 12,04 2,80 14,84 87,81 Рыльца Листья средних 3 ярусов Влага пища сп ОДНИХ J истьев Контроль 19,91 4,21 24,12 100 4,82 4,26 9,08 100 12,84 4,06 16,90 100 Гидрохинон 18,75 5,27 24,02 99,62 4,80 3,43 8,23 90,63 9,67 3,27 12,94 76,56 К М п 0 4 20,ПО 6,74 26,74 110,86 5,36 5,11 10,47 115,30 13,97 5,12 19,09 112,95 Н 3ВО3 19,92 5,08 25,00 103,64 4,82 2,36 7,18 79,07 11,77 3,05 14,82 87,69 * Сахара определяла студентка-дипломантка И. Пуките по методу Бертрана. ным такие сорта являются хорошими материнскими компонен­ тами, дающими гетерозисное потомство. О сдвигах окислительно-восстановительных свойств кукурузы под влиянием примененных окислителей и восстановителей сви­ детельствуют также данные анализов содержания сахаров и азотсодержащих веществ в разных органах кукурузы. Содер­ жание сахаров в разных органах контрольных растений куку­ рузы во время цветения неодинаково. Больше всего сахара со­ держит стебель (25,65%), на втором месте женские соцветия, особенно рыльца (24,12%), потом влагалища (16,90%) и на по­ следнем месте верхние листья (7,12%) и метелки (8,39%). Под влиянием обработки окислителем или восстановителем содер­ жание сахаров в кукурузе изменялось. Во всех органах ее под влиянием гидрохинона содержание сахаров снизилось, а под влиянием К М п 0 4 — повысилось. Под влиянием Н 3ВО3 содер­ жание сахаров во всех органах повысилось, кроме влагалищ верхних листьев, а также листьев и влагалищ средних ярусов, в пазухах которых развиваются женские соцветия. Здесь под влиянием Н3ВО3 снизилось содержание сахаров. В таблице 2 приводятся данные содержания сахаров в соцветиях мужских и женских цветков, а также в листьях и влагалищах, непосред­ ственно связанных с соответствующими соцветиями. Из данных таблицы 2 видим, что К М п 0 4 способствовал созданию более редуцирующей среды в организме кукурузы, по­ вышая содержание сахаров. Восстановитель гидрохинон дей­ ствовал в обратную сторону: под влиянием этого вещества со­ держание сахаров снизилось. В разных органах контрольных растений кукурузы во время цветения содержание азотсодержащих веществ было неодина­ ково (табл. 3). Больше всего общего азота содержали рыльца (2,23%), метелки (2,20%) и листья средних ярусов (2,0%). В листьях верхних и нижних ярусов общего азота меньше (1,46%), еще меньше — в стеблях (0,58%). Во всех органах кукурузы (кроме рылец) под влиянием гидрохинона содержание общего азота и особенно белков по­ высилось, а отношение небелкового азота к белковому понизи­ лось. Это свидетельствует о том, что условия для синтеза бел­ ков в этом варианте были лучше. По-видимому, для образова­ ния белковых веществ использовались сахара, и в результате, как мы уже отмечали выше, содержание сахаров в органах растений этого варианта снизилось. В результате повысилась окислительная способность тканей. Как указывает Е. Г. Минина (1952), характерным показателем сдвига сексуализации явля­ ется отношение сахаров к азотсодержащим веществам. Полу­ ченные в наших исследованиях результаты также показывают сдвиги этого показателя по вариантам (см. таблицу 4). Количество азотсодерж ащ их веществ в разных органах кукурузы во время цветения в зависимости от обработки (сорт 'Минусинка , 1961 г.) £ Общий азот Белковый азот Небелк. азот 2 >, 03 О Вариант абс. в % к контр. абс. в % к в % к контр. абс. контр. Листья верхних трех ярусов Контроль 1,46 100 1,19 100 0,27 100 0,23 82 Г идрохинон 1,79 122 1,64 138 0,15 56 0,09 92 КМпО* 1,61 110 1,14 97 0,47 174 0,41 71 Н3ВО3 1,64 112 1,29 108 0,35 129 0,28 79 Метелки Контроль 2 ,2 0 ' 100 1,71 100 0,49 100 0,28 78 Гидрохинон 2,53 115 2,09 122 0,44 89 0,21 83 К М п 0 4 2,35 106 1,83 107 0,52 106 0,28 78 Н 3ВО3 2,28 103 1,78 103 0,55 112 0,31 76 Листья средних ярусов Контроль 2,00 100 1.58 100 I 0,42 100 I 0,26 79 Гидрохинон 2,05 102 1,74 110 0,31 73 0,12 85 К М п 0 4 1,97 98 1,54 97 0,43 102 0,27 79 НзВОз 1,99 99 1,66 105 0,33 78 0,19 83 Рыльца Контроль 2,23 100 0,89 100 1,32 100 1,48 41 Г идрохинон 2,13 I 94 0,82 92 1,31 99 1,59 38 КМпО* 2,13 I 95 1,30 146 0,83 63 0,64 61 НзВОз 2,09 ; 94 1,34 150 0,75 ' 57 0,56 66 * Азотсодерж ащ ие вещества определяла студентка-дипломантка В. Кам­ пе; общий азот — по Кьельдалю, белковый — осаждением с помощью реак­ тива Бернштейна-Штутцера. С одерж ание азота в таблице дается в процентах к абсолютно сухому веществу анализируемого образца. Т а б л и ц а 4 .. общие сахара Изменения отношения -— ------ ------------в листьях и соцветиях кукурузы оощии азот Вариант Листья верхи. Метелки Листья верхн. 3-х ярусов 3-х ярусов Рыльца Контроль 4,87 3,81 4,54 10,81 Г идрохинон 3,94 3,04 4,01 11,43 К М п 0 4 5,20 3,97 5,31 12,55 НзВОз 9,12 4,55 3,60 11,46 Небелк. белково\ Белк. N от обще Из данных табл. 4 видим, что гидрохинон и К М п 0 4 на от­ ношение общих сахаров к общему азоту влияли противопо­ ложно. Если в варианте с гидрохиноном меньше было сахаров и больше азотсодержащих веществ, то в варианте с К М п 0 4 — наоборот. Это еще раз свидетельствует о том, что при помощи окислителей и восстановителей, применяя их в соответствую­ щие периоды развития, можно изменить уровень окислитель­ ных процессов и тем самым усилить женскую или мужскую сек- еуализацию кукурузы. Используя растения, обработанные К М п 0 4, в качестве ма­ теринских и опыляя их изолированные женские соцветия пыль­ цой растений, обработанных гидрохиноном (сорт ’Воронежская 80'), экспериментально получили гетерозисное потомстзо {табл. 5). Т а б л и ц а 5 Некоторые показатели структуры урожая контрольных и экспериментально полученных гетерозисных растений кукурузы (данные 1962 г.) Высота растении Вес зеленой массы Средний вес по­ Вариант (средняя) одного растения чатков на одно растение * см % г % г % Контроль 1 6 6 , 9 + 10,7 100 601,4 + 46,4 100 113,6 100 9 К М п 04 Х & гидрохинон 209,4 + 16,2 122,5 1 1 5 1 ,7 + 119,1 193 165,2 145 Данные таблицы 5 позволяют нам сделать вывод о том, что, используя для скрещивания родительские растения с экспери­ ментально усиленной женской и мужской сексуализацией, мож­ но получить более жизнеспособное, гетерозисное потомство в пределах одного сорта. Выводы 1. Химические вещества — окислители и восстановители оказывают противоположное влияние на окислительно-восстано- вительные процессы в растениях кукурузы. 2. Восстановитель (гидрохинон) в концентрации 0,1%, при­ мененный для опрыскивания растений в период микроспороге- неза, усиливает окислительные процессы. В листьях кукурузы возрастает активность окислительно-восстановительных фермен- * Определялся сырой вес початков без обверток. Полученные данные статистически не обработаны, так как у всех растений данного варианта была неодинаковая степень созревания початков. 539 тов (полифенолоксидазы и пероксидазы); в пыльце увеличива­ ется окислительно-восстановительный потенциал (Eh). Снижа­ ется отношение сахаров к азотсодержащим веществам. Все это создает условия, способствующие усилению мужской сексуали- зации. 3. Окислитель ( К М п 0 4) в концентрации 0,01%, применен­ ный в вышеуказанный период развития, ослабляет окислитель­ ные процессы. В листьях кукурузы снижается активность поли­ фенолоксидазы и пероксидазы; в пыльце снижается Eh, увели­ чивается содержание сахаров и отношение сахаров к азотсо­ держащим веществам. Все это способствует усилению женской сексуализации. - 4. Используя для скрещивания родительские растения, у ко­ торых соответственно усилена женская и мужская сексуализа- ция, можно получить гетерозисное потомство. Л И Т Е РА Т У РА Б р и т и к о в Е. А. К физиолого-биохимическому анализу прорастания пыльцы и роста пыльцевых трубок в тканях пестика. Тр. Ин-та физиол. раст. им. К. А. Тимирязева, т. 8, вып. 2, 1954. В ю р м з е р Р. Биологическое окисление и восстановление. М., 1935. К у п е р м а н Ф. М. (ред.) . Биологический контроль в сельском хозяйстве. Изд. МГУ, 1962. К у п е р м а н Ф. М. , Д в о р я н к и н Ф. А. , Р о с т о в ц е в 3. П., Р ж а - н о в а Е. И. и К а п и т а н о в а Т. А. Этапы формирования органов плодоношения злаков. Т. I. изд. МГУ, 1955. Л ы с е н к о Т. Д . Агробиология. М.. 1962. Л ь в о в а И. Н. Цитофизиология оплодотворения у злаков. Сел. и семеноз, № 9, 1950. Л ь в о в а И. Н. Пол у растений, Изд. МГУ, 1962. М а у р и н я X. А. Х од развития некоторых сортов и гибридов кукурузы в Латвийской ССР. Агробиология, № 5, 1956. М а у р и н я X. А. Развитие генеративных органов кукурузы. Тр. Латв. с.-х. академии, т. 7, 1957. М а у р и н я X. А. Некоторые приемы получения гетерозисного потомства кукурузы. Изв. АН Латв. ССР, № 7, 1963. М и н и н а Е. Г. Смещение пола у растений воздействием факторов внеш­ ней среды. М., 1952. Н о в и к о в В. А. Третья и четвертая стадии развития растений. Зап. Ленингр. с.-х. ин-та, вып. 11, 1956. О с т а п е н к о В. И. Цитофизиологические особенности и оплодотворяющая способность пыльцы некоторых сортов вишни. Изв. АН СССР, сер. био­ лог., № 4, 1955. О с т а п е н к о В. И. Окислительные свойства пыльцы и тканей пестика неко­ торых поликарпических растений. Бюлл. Ц ГЛ им И В Мичурина вып. 4, 1957. ' п О с т а п е н к о В. И. Роль окислительных процессов в сексуализации и опло­ дотворении у косточковых растений. Бюлл. Ц ГЛ им И В Мичурина вып. 7—8, 1959. • • . _ р П о в о л о ц к а я К. Л. и С е д е н к о Д . М. М етод совместного определения активности аскорбиноксидазы, полифенолоксидазы и пероксидазы ’ Био­ химия, т. 20, вып. I, 1955. " ' Р у б ц о в а М. С. Взаимосвязь м еж ду мощностью ростовых процессов при гетерозисе у гибридов кукурузы и физиолого-биохимические особенно­ сти исходных самоопыленных линий. Тр. научной конф. по росту и развитию высших растений. Вильнюс, 1963. С а б и н и н Д . А. Минеральное питание растений. Изд. АН СССР, 1940. Т у р к о в а Н. С. Обмен веществ и рост растений. Вестник МГУ, № 9, 1955 Ш а р д а к о в В. С. Реакция на пероксидазу как показатель жизнеспособно сти пыльцы растений. Докл. АН СССР, т. 26, № 3, 1940. В Л И Я Н И Е Б И О С Т И М У Л Я Т О Р О В НА П Р О Р А С Т А Н И Е П Ы Л Ь Ц Е В Ы Х З Е Р Е Н К Р А С Н О Г О К Л Е В Е Р А П. Аллее Тартуский госуниверситет В практике сельского хозяйства при решении ряда задач селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур не­ обходимо учитывать условия прорастания их пыльцы. Большой интерес для селекционеров представляют вопросы биологии и физиологии оплодотворения растений (Поляков, 1957). В на­ стоящее время селекционно-генетическая наука накопила до­ вольно обширный экспериментальный материал, позволяющий хотя бы частично приблизиться к пониманию закономерности связей, которые существуют между способами опыления сель­ скохозяйственных растений и некоторыми свойствами потом­ ства. При искусственном скрещивании и дополнительном опыле­ нии в селекционно-семеноводческой работе возникает необхо­ димость всестороннего изучения жизнеспособности генератив­ ных органов растений в различных условиях существования. Изучая вопросы опыления сельскохозяйственных растений, а также различные методы опыления, мы оказались перед не­ обходимостью исследовать влияние различных стимулирующих веществ на прорастание пыльцы. Согласно имеющимся литера­ турным данным, добавление к питательной среде различных стимуляторов оказывало различное влияние на прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок различных видов растений. Так, по данным И. А. Каурова и В. С. Вакула (1961), С. И. Машкина (1959), Т. А. Червоненко (1959) и др., гибберел- лин в концентрации от 0,001 до 0,01% стимулирует прорастание пыльцы древесных растений. Изучалось также стимулирующее действие гиббереллина на пыльцу гороха, подсолнечника и дру­ гих культур (Босе, 1959 и др.). В то же время имеются данные и об отрицательном влиянии гибберелловой кислоты, в особен­ ности на прорастание пыльцевых трубок. Так, К- Чендлер (1957), изучая влияние гибберелловой кислоты на 27 видов растений из 17 семейств, нашел, что у таких растений, как Delphinum и Sainte Paulia она сильно угнетает рост пыльцевых 541 трубок и слабо стимулирует прорастание пыльцевых зерен. П. Лаборер (1960) указывает, что повышение концентрации гиб­ береллина в растворе выше 300 у /мл сильно подавляет прора­ стание пыльцевых зерен и рост пыльцевых трубок. У многих видов растений установлено стимулирующее дей­ ствие борной кислоты как на прорастание пыльцы, так и на рост пыльцевых трубок (Васильев, 1941; Голубинский, 1945 и др.). Р. Мюнжер (1960) установил такое положительное действие борной кислоты для 60 представителей покрытосеменных и це­ лого ряда голосеменных. О стимулирующем действии различных ауксинов, витаминов и гормонов сообщали М. В. Резник (1956), М. Н. Слудская (1940), В. Рахаван и Н. Варнох (1959) и др. Они считают, что эффект действия указанных веществ зависит от их способности накапливаться в пыльцевых зернах. О характере действия на прорастание пыльцевых зерен и рост пыльцевых трубок пчелиного маточного молочка мы не нашли сообщений в доступной нам литературе. Учитывая имеющиеся литературные данные, изучение влия­ ния на прорастание пыльцевых зерен и рост пыльцевых тру­ бок красного клевера стимуляторов гиббереллина, гетероаук­ сина, витамина В], борной кислоты и пчелиного маточного мо­ лочка представляет как практический, так и теоретический ин­ терес. Опыты проводились на биологической станции Тартуского госуниверситета в Квиссентале. В данной статье излагаются материалы о влиянии биостимуляторов на прорастание пыль­ цевых зерен и рост пыльцевых трубок красного клевера сорт ’Йыгева Г. М е т о д и к а р а б о т ы . Проращивание пыльцы осуществлялось в вися­ чих каплях в чашках Петри. На внутренней стороне верхней крышки были нанесены капли питательной среды, на которой делали посев пыльцы. Для установления нормальной влажности воздуха, необходимой для прораста­ ния пыльцы, на дно наливался тонкий слой воды. Проращивание проводи­ лось при температуре воздуха 19— 21° С, при относительной влажности воз­ духа в помещении 70— 75%. Д л я подбора оптимальной среды опыты закла­ дывались в 8 вариантах (в 4-кратной повторности), а именно: дистиллиро­ ванная вода, растворы сахарозы 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35% с добавлением 0,15%' агар-агара. Исследование препаратов проводилось под обычным и в •отдельных случаях фазо-контрастным микроскопом. Результаты исследования Прежде чем приступить к изучению влияния различных стимуляторов на прорастание пыльцевых зерен, необходимо было установить наиболее благоприятную концентрацию саха­ розы в среде. Проращивание пыльцы на агаровой среде с раз­ личными концентрациями сахарозы служило в дальнейшем контролем при изучении влияния вышеуказанных веществ. 542 Как видно из данных табл. I, от концентрации сахарозы зависит как процент прорастания пыльцевых зерен, так и ин­ тенсивность роста пыльцевых трубок, При 5% концентрации сахарозы проросло только 8% пыльцевых зерен, длина пыль­ цевых трубочек (в среднем по 25 трубкам) составляет только 21 у. 75% пыльцевых зерен лопнуло. При 10% концентрации раствора сахарозы проросло 56% зерен, около 30% лопнуло в начальной стадии прорастания. Длина пыльцевых трубок так­ же небольшая, в среднем составляла 43//. При увеличении концентрации сахарозы в питательной среде до 15% создаются наиболее благоприятные условия для прорастания пыльцевых зерен красного клевера." В данном случае процент прорастания достигает 62%, уменьшается количество лопнувших зерен и пыльцевых трубок. Длина пыльцевых трубок больше и дости­ гает в среднем 180,м. Т а б л и ц а 1 Влияние различных концентраций сахарозы на прорастание пыльцевых зерен Содержание сахарозы Проросло Лопнуло Средний размер пыльце­ вых трубок в питатель­ пыльцевых ной среде зерен (%) зерен трубок длина толщина (%) (%) (%) 0 0 Ы 5 8 75 90 21 10 10 56 40 30 43 9 15 62 18 22 180 9 20 50 34 82 210 10 25 29 10 75 110 10 30 21 14 76 110 10 35 18 10 80 115 10' При повышении концентрации сахарозы до 20% условия прорастания сохраняются хорошими, прорастает в среднем 50% пыльцевых зерен. Однако увеличивается процент лопнувших зе­ рен и пыльцевых трубок. Примерно 80% пыльцевых трубок, до­ стигая длины 120 ц, начинают расширяться и вскоре лопаются на конце. Дальнейшее повышение концентрации сахарозы до 25, 30 и 35% неблагоприятно влияет на прорастание пыльцы на искусственной среде и на рост пыльцевых трубочек. Коли­ чество проросших зерен уменьшается до 18—29%. Пыльцевые трубочки оказываются деформированными, изогнутыми и утол­ щенными. Длина их достигает 110 /л, и трубочки прекращают рост и лопаются. Таким образом наиболее благоприятной концентрацией са ­ харозы для проращивания пыльцы красного клевера на искус­ ственной среде является 15%, менее благоприятно наличие 10% и 20% сахарозы, и неблагоприятно более низкое или очень вы­ сокое содержание сахарозы. Полученные данные согласуются с результатами, получен­ ными в естественных условиях проращивания пыльцы. Так, в дни опыта количество сахара в нектаре цветков красного кле­ вера составляло в среднем 15,2%, с минимумом 11,6% и мак­ симумом 27,8%. Для определения влияния на прорастание пыльцы к пита­ тельной среде добавлялись некоторые стимуляторы роста, а именно: борная кислота в концентрации 5, 10, 15, 20, 25 мг/л; гиббереллиновая кислота — 1, 3, 5 и 7 мг/л; гетероауксин — 5, 10, 15, 20, 25 мг/л; витамин Bj — 0,05, 0,1, 0,15 и 0,2 мг/л и маточное молочко — 50, 100, 200 мг/л. Учитывая полученные нами и имеющиеся в литературе дан­ ные, в дальнейших опытах использовались указанные стимуля­ торы в следующих концентрациях: борная кислота 15 мг/л, гиббереллиновая кислота 5 мг/л, гетероауксин 10 мг/л, вита­ мин Bi 0,1 мг/л и пчелиное маточное молочко 100 мг/л. В табл. 2 представлены данные по влиянию на прорастание пыльцы красного клевера борной кислоты. Прибавление к пи­ тательной среде борной кислоты незначительно ускоряло начало прорастания пыльцевых зерен. Начало прорастания отмечалось через 15 мин. после посева. Однако бор оказал более сильное влияние на характер прорастания пыльцевых трубок. Если в контрольных посевах на среде с 5% сахарозы лопнуло 90% проросших трубок и 75% зерен в начальной стадии прораста­ ния, то при добавлении бора в тех же условиях лопнуло только 20% трубок и 40% зерен. При концентрации сахарозы 10% в вариантах с бором в 4 раза увеличилась средняя длина пыль­ цевых трубочек. Наибольшей длины пыльцевые трубочки до­ стигали при оптимальных условиях роста, т. е. при концентра- Т а б л и ц а 2 Влияние бора на прорастание пыльцевых зерен (учет через 6 часов) Л опнуло Содержание Средний размер пыльце­ сахарозы Проросло вых трубокпыльцевых пыльцевыхв литат. сре­ зерен (%) зерен (%) трубокде (%) (%) длина (ц) толщина (fi) * 5 10 40 20 20 9 10 45 50 30 250 9 15 60 45 20 380 10 20 35 30 25 90 11 25 25 10 40 80 12 30 20 10 15 40 12 35 24 11 20 25 12 544 ции сахарозы 15%. При повышенных концентрациях сахарозы стимулирующего действия бора не отмечалось. Длина пыль­ цевых трубок была даже меньше контрольного варианта, уве­ личилась толщина пыльцевых трубок на 1—2 ц, концы трубок деформировались, но лопнувших трубок было меньше. Харак­ тер действия борной кислоты можно, по-видимому, объяснить тем, что бор принимает участие в построении стенок оболочки пыльцевых трубок и тем самым усиливает их прочность. В отличие от борной кислоты, прибавление к питательной среде витамина В! увеличивало процент прорастающих пыль­ цевых зерен (табл. 3). Так количество проросших пыльцевых зерен значительно возросло (до 40%) при низких концентра­ циях сахарозы, в частности при 5% сахарозы. Во всех вари­ антах с витамином Bi уменьшилось количество лопнувших пыль­ цевых зерен. Увеличивалась также длина пыльцевых трубок и особенно значительно при неблагоприятных концентрациях сахарозы. При концентрации сахарозы 20 и выше процентов концы трубок деформируются и больше 50% их лопается. Таким образом витамин Bj стимулирует прорастание пыльце­ вых зерен, частично уменьшая неблагоприятное влияние повы­ шенных концентраций сахарозы, одновременно стимулируется и рост пыльцевых трубок. Однако скорость роста не изменяется. Т а б л и ц а 3 Влияние витамина Bi на прорастание пыльцевых зерен Процент Проросло Л опнуло Средний размер пыльце­ сахарозы вых трубок в питат. пыльцевых среде зерен (%) зерен (%) трубок длина (ц) ширина (ц) (%) 5 40 45 80 320 11 10 60 20 15 310 13 15 80 5 10 280 14 20 90 5 50 350 14 25 45 0 60 230 14 30 23 0 56 210 14 35 10 0 65 250 14 Гетероауксин при испытанных нами концентрациях оказал отрицательное действие на процент прорастания пыльцевых зе­ рен в варианте с 5% сахарозы, проросло только 3%, и из них 80% лопнуло, лопнуло также 80% непроросших пыльцевых зе­ рен (табл. 4). Пыльцевые зерна были набухшими, что, оче­ видно, указывает на их повышенную проницаемость, а следова­ тельно и на усиленное поступление гетероауксина. Повышение же концентрации гетероауксина в пыльце, как показали пред- варительные опыты, задерживает их прорастание. При концент­ рации сахарозы 20% в питательной среде не отмечалось влия­ ния на прорастание пыльцевых зерен, однако длина пыльцевых трубок увеличилась. При концентрациях сахарозы 30—35% ко­ личество проросших зерен было примерно в 3 раза больше, чем в контроле, отсутствовали лопнувшие зерна, однако пыль­ цевые трубки были' сильно деформированы, искривлены, тол­ щина увеличилась на 3—4 pi, длина их была небольшая и рост обычно прекращался через 40—50 минут, трубки росли мед- Т а б л и ц а 4 Влияние гетероауксина на прорастание пыльцевых зерен Содержание Л опнуло Средний размер пыльце­ сахарозы П роросло вых трубочек в питатель­ пыльцевых ной среде зерен (%) зерен трубок длина (/и) ширина (ц) (%) (%) (%) 5 3 80 80 56 10 10 15 60 50 130 И 15 55 30 23 340 11 20 70 5 60 160 10 25 73 0 33 120 13 30 68 0 43 30 13 35 60 0 65 36 14 ленно. Несколько иные результаты были получены при добав­ лении к питательной среде маточного молочка. Как видно из данных таблицы 5, в вариантах с низкой концентрацией саха­ розы порядка 5— 10% не отмечалось увеличения количества проросших пыльцевых зерен, но процент лопнувших пыльцевых трубочек был намного меньше. Рост пыльцевых трубочек был очень неодновременный, растянутый, начинался через 5 и Т а б л и ц а 5 Влияние пчелиного молочка на прорастание пыльцевых зерен Содерж ание сахарозы роросло Л опн ул о Средний размер пыльце­ в питатель­ [льцевых вых трубок ной среде зерен зерен трубок ('%) (%) длина (ii)(%) толщина (ц)(%) 5 10 80 0 10 во 1030 60 10 130 15 40/85 95 10 20 330 1120/80 10 25 320 1120/90 15 30 15/85 1 350 1015 35 21010/90 ' 5с 20 12110 12 546 10 мин., у некоторых зерен через 15 мин. Прекращение рос га пыльцевых трубочек, в большинстве случаев отмечалось через 25—35 мин. При концентрации сахарозы 15% и выше наблюдалось про­ растание пыльцевых зерен как бы в два этапа. Примерно 40%' их начало прорастать через 10 минут, и 45% через 20—35 минут. Сильно стимулировалось прорастание зерен при высоких кон­ центрациях сахарозы; так, при 35% сахарозы через 3 часа про­ росло 90% пыльцевых зерен. Количество лопнувших пыльцевых зерен и трубок в этом варианте было также небольшое. Рост, трубок был медленным. Трубки имели нормальную толщину и форму. Гиббереллиновая кислота оказала сильное стимулирующее действие на прорастание пыльцевых зерен в вариантах с кон­ центрацией сахарозы 10% и выше (табл. 6). Процент прора­ стания пыльцы здесь был самым высоким из всех вариантов Т а б л и ц а 6 Влияние гиббереллина на прорастание пыльцевых зерен Содержание Проросло Л опнуло Средний размер пыльце­сахарозы в питатель­ пыльцевых вых трубок ной среде зерен зерен трубок I (%) длина (ц) !голщина (/г )Г/г) (%) (%) 5 5 70 15 20 10 10 81 5 15 840 10 15 95 2 10 280 10 20 80 .5 5 260 12 25 80 0 25 340 12 30 73 2 30 360 12 35 60 0 43 310 12 опыта. Процент лопнувших пыльцевых зерен и трубок низкий. Особенно сильно стимулирующее действие гиббереллина про­ явилось при оптимальных условиях выращивания, т. е. при 15% сахарозы в среде. В отличие от других испытанных веществ гиббереллин сильно влияет на скорость роста пыльцевых тру­ бок (табл. 7). Если обычно рост пыльцевых трубок начинался через 10— 15 минут и позже, то при прибавлении гиббереллина рост отмечался уже через 4—5 минут. Длина отдельных тру­ бок достигала 1000 ц, а в среднем составляла 840 //. 6% из пыльцевых трубок, достигнув длины 520 // и более, раздваива­ лись и продолжали расти дальше. При помощи фазо-контрастного микроскопа мы наблюдали за скоростью роста пыльцевых трубок на питательной среде с 15% сахарозы, 0,15% агара и 5 мг/л гиббереллина. Оказалось, что согласно данным таблицы 7, прибавление к среде гибберел- лина ускорило рост пыльцевых трубок примерно в 2—2,5 раза. 35* 547 Т а б л и ц а 7 Влияние гиббереллина на скорость роста пыльцевых трубок Время (в мин.) 5 10 15 20 25 30 35 45 60 Г иббереллин 10 38 76 150 248 310 376 428 590 Контроль 0 13 33 94 110 120 135 152 лоп­ нули Выводы 1. Наиболее благоприятной искусственной питательной сре­ дой для проращивания пыльцы красного клевера по данным на­ ших опытов оказалась среда, содержащая 15% сахарозы и 0,15% агар-агара. 2. Борная кислота слабо стимулировала прорастание и не ускоряла роста пыльцевых зерен, а при пониженных концент­ рациях сахарозы стимулировала рост пыльцевых трубок. 3. Витамин Bi стимулировал прорастание пыльцевых зерен и рост пыльцевых трубок, уменьшал неблагоприятное влияние повышенных концентраций сахарозы. 4. Гетероауксин не стимулировал прорастания зерен. Если при высоких концентрациях сахарозы процент проросших пыль­ цевых зерен и увеличивался, то, однако, пыльцевые трубки росли медленно и были утолщены и деформированы. 5. Маточное молочко оказалось хорошим стимулятором, вы­ зывающим в отдельных случаях 90% прорастания пыльцевых зерен. Пыльцевые трубки имели нормальный вид, процент лоп­ нувших трубок оказался небольшим. 6. Гиббереллиновая кислота из всех испытанных в опыте стимуляторов наиболее сильно стимулировала прорастание пыльцевых зерен и особенно рост пыльцевых трубок в длину. Сильно ускорялось также время прорастания и скорость роста пыльцевых трубок. 7. Из испытанных стимуляторов роста наиболее активными оказались гиббереллиновая кислота и маточное молочко. Л И Т Е РА Т У РА В а с и л ь е в И. В. Влияние бора на прорастание пыльцы и рост пыльцевых трубок томата. Д А Н СССР, т. XXXI, б, 1941. Г о л у б и н с к и й И. Н. К познанию физиологии прорастания пыльцы ДА Н СССР, т. 4, 6, 1945. К а у р о в И. А. , В а к у л а В. С. Влияние гиббереллина на прорастание пыльцы древесных растений. Бот. ж., т. 46, 8, 1961. 548 М а ш к и н С. И. Использование гетероауксина в качестве стимулятора про­ растания пыльцы и роста пыльцевых трубок некоторых плодовых растений. Физиол. растений, 3, 1959. П о л я к о в И. М. Меченая пыльца при изучении вопросов оплодотворения. Селекц. и Семенов., 3, 1957. Сл у д е к а я М. Н. О влиянии гетероауксина на прорастание старой пыль­ цы. Д А Н УССР, 2, 1940. Ч е р в о н е н к о Т. А. Роль гетероауксина в процессах прорастания пыльцы и роста пыльцевых трубок. Тр. Укр. н-и. и-та селекции и генетики, 4, 1959. B o s e N. Effect of gibberellin on the growth of pollen tubes. Nature, 184, 4698, 1959. L a b o u r e r P. Interactions de l’acide gibberellique et de l’acide indolacetique dans la germination du pollen de tulipe. C. r. Acad. Sei., 250, 9, 1960. M ü n z n e r R. Untersuchungen zur Physio log ie von Pollenkeim ung und Schlauchwachstum unter besonderer Berücksichtigung der Borsaure- wirkungs. Biol. Zbl., 79, 1, 1960. C h a n d l e r C. Studies on the effect of gibberellic acid on pollentub growth. Plant physiol., 32, 1957. R a g h a v a n V. a. B a r n a h H. Effect of time factor on the stimulation of pollen germination and pollen tube growth by certain auxins, v i ta ­ mins and trace elements. Physiol, plantarum, 12, 3, 1959. R e s n i k M. Influencia de hormonas veg eta les sobre la germinacion del polen de los citrus. Bull. Res. Council. Israel., D-5, 2— 3, 1956. З А В И С И М О С Т Ь К АЧ Е С Т В А П Ы Л Ь Ц Ы Д Р Е В Е С Н Ы Х Э К З ОТ ОВ ОТ У С Л О В И Й ЕЕ Ф О Р М И Р О В А Н И Я В Л А Т В И Й С К О Й ССР А. М. Мауринь Латвийский госуниверситет им. П. Стучки Изучением качества пыльцы интродуцированных древесных и кустарниковых видов мы занимались в связи с проблемой их акклиматизации. Как известно, качество пыльцы является одним из важнейших факторов, определяющих урожай и качество се­ мян. Получение же доброкачественных семян местной репро­ дукции является необходимым условием акклиматизации расте­ ний инорайонного происхождения (Мичурин, 1948). Говоря о качестве пыльцы, мы имеем в виду как ее жизне­ способность, так и оплодотворяющую способность. Понятия эти, как вполне справедливо отмечает В. И. Остапенко (1961), не равнозначны. Жизнеспособность пыльцы — это ее потенциаль­ ная способность прорастать на рыльце пестика, а оплодотво­ ряющая способность — это ее способность производить оплодо­ творение. В своей работе мы пользовались для определения жизнеспособности пыльцы методом реакции на пероксидазу по В. С. Ш ардакову (1940). Как показала специально проведенная нами серия опытов по сравнению резуль­ татов, полученных этим методом и проращиванием пыльцы в оптимальной по возможности искусственной среде, метод В. С. Ш ардакова оказался более надежным для определения жизнеспособности свежесобранной пыльцы (Мау- 549 рииь и Кауров, 1956). К такому ж е выводу пришли и другие авторы (Маш­ кин, 1959; Фетисов и Крюкова, 1960; King, 1960). Однако для определения жизнеспособности старой пыльцы этот метод не может быть рекомендован, так как падение уровня общей жизнеспособности пыльцы идет быстрее, чем падение активности ферментов (Фетисов и Крюкова, 1960; Диакону, 1961). По данным В. И. Остапенко (1961), активность реакции на пероксидазу не только характеризует потенциальную жизнеспособность пыльцы, но и дает представление об ее окислительных свойствах, являющихся, в свою очередь, показателем оплодотворяющей способности пыльцы. При исполь­ зовании цитохимической методики мы пытались составить себе представле­ ние и об относительном уровне активности реакции на пероксидазу конкрет­ ного образа пыльцы. Для этого анализируемую пыльцу мы подразделяли по уровню активности ее реакции на пероксидазу на 4 категории: 0 — реак­ ция на пероксидазу не проявляется, + — реакция на пероксидазу слабая, -|— _ реакция на пероксидазу средняя, -\—j—j- — реакция интенсивная. Д ля каждой категории конкретного образца мы вычисляли процентное ко­ личество пыльцы и множили его на показатель интенсивности реакции соответствующей категории (0— 3). Полученные по каж дом у образцу число­ вые данные суммировали и сумму принимали за показатель относительной активности реакции на пероксидазу пыльцы соответствующего образца (0—300). i i i * Д ля более полной характеристики окислительных свойств пыльцы экзо- тов мы определяли и уровень окислительно-восстановительного потенциала ее, по которому судят об общей напряженности окислительных и восстано­ вительных процессов в живой клетке (Макаров, 1953). В своей работе мы использовали колориметрический (индикаторный) метод, основанный на том, что ряд красителей при восстановлении обесцвечиваются или меняют свой цвет. Величину окислительно-восстановительного потенциала (Eh) мы опре­ деляли по известной формуле (Вюрмзер, 1935): Eh = 0 ,03 (rH 2— 2рН) вольт, где гН2 — отрицательный логарифм парциального давления газооб­ разного водорода, определяемый колориметрически, а pH — отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, который мы также определяли колориметрически. При работе с индикаторами мы учитывали, что краси- тели-индикаторы с более высоким показателем гНг (далия, тионин, мети­ леновая синяя и др.) меняют Eh на 100 мв при изменении степени окисле­ ния от 98 до 2%, и поэтому пользовались заимствованной из книги И. Л. Ра- ботновой (1957) таблицей поправок (К) по формуле: Eh = Е0 + К. Во из­ бежание завышения данных при пользовании индикаторами в окисленной форме (при определении величины гН2), для контроля мы применяли инди­ каторы и в восстановленной форме. Для восстановления красителей-индика- торов мы пользовались методикой В. Семенова (Sem enov, 1934), согласно которой восстанавливали краски гипосульфитом в кислой среде (при pH = 3,5). Полученные нами в течение последних восьми лет результа­ ты исследования качества пыльцы экзотов приводятся в ряде публикаций (Мауринь, 1960, 1962а, 1963 и др.), поэтому подроб­ нее здесь не будем на них останавливаться. Отметим лишь, что между жизнеспособностью пыльцы экзотов и полнозернистостыо их семян наблюдается довольно тесная взаимосвязь, за исклю­ чением лишь некоторых видов (Hedysarum mul t i jugum Maxim., Maackia amurensis Rupr., Rhus typhina L. и др.), у которых при сравнительно высокой жизнеспособности пыльцы семена обычно пустые, недоразвитые, или плоды вовсе не завязываются. У та­ ких видов уровень окислительно-восстановительного потенциала пыльцы очень низкий (0—90 мв). 550 Если для преобладающего большинства экзотов можно по­ строить общую многолетнюю кривую зависимости полнозерни- стости семян от жизнеспособности пыльцы, то оптимальный уро­ вень окислительно-восстановительного потенциала пыльцы у различных интродуцированных видов разный, и общую для всех видов кривую построить нельзя. Иными словами — нельзя утверждать вообще, что при гН2 пыльцы ниже 18 или 16 и при pH выше 6 (т. е. уровне Eh ниже 180— 120 мв) оплодотворение исключено. Наши наблюдения показывают, что диапазон Eh пыльцевых зерен, при котором обеспечивается их оплодотворяю­ щая способность, довольно широк. Но у каждого вида есть свой минимальный для успешного оплодотворения порог уровня окислительно-восстановительного потенциала, и ряд экзотов в условиях их культуры в Латвийской ССР обычно превышают его (Rhus typhina L., Hedysarum mult i jugum Maxim., Catalpa ovata Don., Tilia euchlora K. Koch и др.). У некоторых интроду­ цированных видов и сортов снижение уровня окислительно- восстановительного потенциала связано с резким падением об­ щей жизнеспособности пыльцы (Cydonia oblonga Mill., Cercidi- phyllum japonicum S. et Z., Sambucus nigra L., некоторые деко­ ративные формы Clematis L., некоторые сорта Prunus domesti - ca L. и др.). При уровне Eh пыльцы ниже 90 мв мы не наблю­ дали ни у одного исследованного нами вида образования жизне­ способных семян, у ряда видов их формирование не наблюда­ лось и при уровне окислительно-восстановительного потенциала пыльцы ниже 180 мв. Какие же факторы вызывают снижение качества пыльцы эк­ зотов? На этот вопрос частичный ответ можно получить из ана­ лиза наших восьмилетних данных систематического сравнитель­ ного изучения качества пыльцы и семян более 50 видов экзотов. Этими факторами в основном являются условия формирования пыльцы соответствующих маточников, главным образом метео­ рологические условия. У группы интродуцированных видов, микроспорогенез которых проходит весной и в начале лета в год цветения, основными определяющими качества формирую­ щейся пыльцы метеорологическими факторами в этот период следует признать температуру и влажность (особенно де­ фицит влажности) воздуха, как это видно из наших данных, приведенных в таблице 1. Для характеристики метеорологиче­ ских условий использованы данные ближайшей к месту произ­ растания соответствующего маточника метеорологической стан­ ции. Сумма активной (выше 10° Ц) температуры высчитана нами в градус-часах за весь период микроспорогенеза, приня­ тый для удобства сравнения для всех видов продолжительно­ стью в 1 месяц, что в среднем соответствует для большинства видов. За исходный момент для расчета продолжительности периода микроспорогенеза мы приняли дату обнаружения пер- 551 Т а б л и ц а I Ж изнеспособность пыльцы экзотов в зависимости от метеорологических условий в период микроспорогенеза Метеорологические условия 1 2 3 4 5 I 6 7 8 1. Acer campestre L. — Румене. 1955 V . - з 7,9 — 0,7 601 211 108 47,0 1956 V . - 3 9,3 — 0,7 956 271 167 71,2 1957 iv 3- v , _ 2 9,7 — 3,5 1520 216 211 90,9 1958 V , - 3 10,2 — 2,1 1771 190 144 94,3 1959 i v 3- v , _ 2 9,6 — 4,7 1120 284 242 96,7 1960 i v 3- v , _ 2 8,3 — 3,5 762 257 216 71,3- 1961 IV3 V[_2 8,9 — 6,7 907 259 211 82,5 1962 ^ з ^ 1—2 8,0 — 3,0 797 175 160 70,8 2. Catalpa ovata Don. — Саласпилс. 1955 V I 3—V I I . , 17,6 - 5501 372 125 82,5 1956 Сильно обмерзла зимой 1955/56 г., не цвела. 1957 VI3—VIIj_2 16,6 — 4796 255 131 42,8 1958 VII ,_3 16,6 — 4872 258 127 46,0 1959 VI 1,-3 19,4 — 7046 311 212 98,7 1960 V I 3— VII ,_2 16,3 — 4593 238 139 44,7 1961 VI 1,-3 15,8 — 4296 188 113 67,7 1962 W I2_ 3 - V I I I , 15,4 — 3919 231 119 40,3 3. Tilia euchlora K. Koch — Саласпилс. 1955 V I3— V 11, _2 17,6 — 5501 372 182 68,2 1956 V I2_3— VII, 16,6 — 4744 229 135 43,7 1957 V I3— V I I ,_2 16,6 — 4796 255 131 52,5 1958 V I3 V I I ,—2 17,1 — 5055 258 165 72,1 1959 V I3— V I I ,_2 18,7 — 6245 316 179 86,9 1960 V I2- 3—VII, 15,3 — 3808 296 127 43,S 1961 V I2- 3— VII, 15,9 — 4291 246 128 48,7 1962 V I3— V I I ,_2 14,3 — 3160 228 106 42,1 552 Год наблюдения Время п р о х о ж ­ дения периода микроспор. (м-ц, дек.) Средне­ суточная температура Заморозки (абс. мини­ мум) ---------- I Сумма активн. температуры (гр.-час.) П родолж . солнечн. сия­ ния (час.) Дефицит влажн. в 13 час. Ж и знеспособ­ ность пыльцы (в % ) Т а б л и ц а 1 (Продолжение) 1 2 3 4 5 6 7 8 4 Tilia platyphyllos Scop. — Саласпилс. 1955 V a -V I , - , 9,4 — 952 273 110 22,3 1956 V 3-V I.-2 16,5 •— 4552 316 230 87,4 1957 V3- V I , - 2 12,8 — 1,6 2549 278 151 50,2 1958 v 3- v i , - 2 14,1 — 3197 287 168 66,2 1959 v 2—VI, 13,1 — 0,3 2076 295 153 52,6 1960 V 3 - V I . - 2 15,3 — 3953 321 167 60,5 1961 V3—V I,_ 2 16,7 — 0,5 4631 266 189 88,4 1962 v 3- v i , _ 2 11,6 —0,4 1830 285 109 42,6 вых тетрад микроспор в более развитых генеративных почках, так как более подробные исследования показали, что в боль­ шинстве случаев период микроспорогенеза начинается в сред­ нем около двух декад до появления тетрад и заканчивается примерно через декаду после их появления. Дефицит воздуха на 13 часов дан в процентном отношении среднего дефицита воздуха за период микроспорогенеза к ми­ нимальному за тот же календарный период в течение последних 12 лет на 13 часов. Рядом с видовым названием приводится место произрастания соответствующего маточника. При анализе приведенных в таблице 1 данных видно, что на жизнеспособность пыльцы экзотов наибольшее влияние из всех метеорологических факторов оказывает уровень температуры в период микроспорогенеза. У всех приведенных в таблице видов наблюдается повышение жизнеспособности пыльцы с повыше­ нием температуры в период микроспорогенеза. Особенно отзыв­ чивы на повышение температуры в этот период клен полевой, катальпа овальная, липа крымская. Некоторое корректирую­ щее влияние оказывает и дефицит влажности воздуха и продол­ жительность солнечного сияния. Кратковременное понижение температуры до —5° С и даже еще ниже в этот период не оказывает губительного влияния на качество формирующейся пыльцы ряда экзотов. Значительный интерес представляет вопрос — как изменя­ ются окислительные свойства пыльцы экзотов в зависимости от условий погоды в период микроспорогенеза. Частичный ответ на этот вопрос дают наши трехлетние данные, приведенные в табл. 2. Как видно из приведенных в таблице 2 данных, окислитель­ ные свойства пыльцы экзотов усиливаются с повышением уровня температуры воздуха в период их микроспорогенеза, т. е. фор­ мирования пыльцы. Особенно благоприятно повышение темпе- 553 Т а б л и ц а 2 * Окислительные свойства пыльцы экзотов в зависимости от метеорологиче­ ских условий в период микроспорогенеза Метеорологические условия Окислительные свойства пыльцы СО Šга: Лх — U S * я Я еш; с>er[ > и я оСЧ Cf S я н О о яI о^ Ч е; о s со га га с Cl О, Оя я- £ £ х га о Я O' ^ _• •sе s ^ СП СО) 4Ä: о. ? -5- с ё чЛ °й в O s Xн Я Q . ш 1. Ceanothus americanus L. — Саласпилс. 1961 VI i_3 4759 266 (38 139 14,5 5,5 105 1932 V I2_3— V 11, 2958 228 110 8 13,0 5,0 90 1963 V3 - V 4 - 2 4 / 6 1 412 205 207 15,0 4,5 180 2. Cydonia oblonga Mill. № 15 — Лауцини, селекция П. Упита. 1961 907 256 211 242 16,0 5,0 180 1962 V i-e 988 137 110 261 16,5 5,0 195 1963 V , - 3 3688 321 269 284 17,0 5,0 210 3. Cydonia oblonga Mill. — Ботанический сад ЛГУ, Рига. 1961 IV 3- V , _ 2 867 266 206 92 14,0 5,5 90 1962 IV 3- V , _ 2 805 181 158 64 13,0 5,5 60 1963 V .-3 3930 317 272 140 16,0 5,5 150 4. Hedysarum multijugum Maxim. — Саласпилс. 1961 V .-3 1787 231 189 146 13,0 6,0 30 1962 ^ 2 - 3 VI, 1031 244 108 104 13,0 6,0 30 1963 V , - 3 3930 317 272 228 16,0 5,5 150 5. Maackia amurensis Rupr. et Maxim. — Саласпилс. 1961 V I2_3— V II j 4291 246 129 117 13,0 5,5 60 1962 V I 3— V II , _ 2 3160 228 106 107 14,0 5,5 90 1963 V I2_ 3— V II, 4912 309 152 214 15,5 5,0 165 554 C1S > 1CC > Т а б л и ц а 2 (Продолжение) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6. Morus alba L. — Ботанический сад ЛГУ, Рига 1961 V ,-3 1787 231 189 181 15,0 5,5 120 1962 V2- 3- V I , 1031 244 108 111 14,5 5,5 105 1963 V . -з 3930 317 272 242 16,5 5,0 195 7. Viburnum lentago L. — Саласпилс. 1961 867 266 206 225 18 5,0 240 1962 V . -з 878 172 120 258 18 5,0 240 1963 I V 3 - V . - 2 2061 246 237 256 .8 5,0 240 ратуры в этот период влияет на усиление активности реакции на пероксидазу и уровень окислительно-восстановительного по­ тенциала пыльцы у пород более южного происхождения (цеа- нотус американский, айва обыкновенная, копеечник многопар­ ный и др.); это влияние усиливается с повышением дефицита влажности воздуха и, по-видимому, с увеличением продолжи­ тельности солнечного сияния. Безусловно, эти метеорологиче­ ские факторы действуют на маточники экзотов в комплексе, и в «чистом виде» выделить их влияние в природных условиях не представляется возможным. Мы можем лишь утверждать, что теплая и сухая погода в условиях Латвийской ССР в период микроспорогенеза большинства экзотов, особенно более южного происхождения, действует положительно на качество формирую­ щейся пыльцы. Что же касается таких пород с широкой эколо­ гической амплитудой, как, например, гордовина канадская, на­ ходящих в Латвийской ССР оптимальные условия для своего роста и развития, то они не так отзывчивы на изменение уело-' вий погоды в период микроспорогенеза и удовлетворительно раз­ виваются и при неблагоприятных для целого ряда других ин­ тродуцированных видов условиях температуры и влажности воздуха. Не менее важное значение климатические факторы имеют и для формирования нормальной пыльцы таких интродуцирован­ ных видов, у которых микроспорогенез происходит в конце лета и осенью предшествующего плодоношению вегетационного пе­ риода. Так, например, при сравнительно низкой температуре и дефиците влажности воздуха в 1962 году в период микроспоро­ генеза таких раноцветущих интродуцированных видов как Acer saccharinum L., Corylus colurna L., Biota orientalis Endl. и не­ которых других темп органогенеза у этих пород значительно замедлился, и они вошли в зиму в состоянии тетрад микроспор вместо сформированной пыльцы, как это нормально должно 555 <1N >“ 1СО > быть. В зимний период у этих пород было отмечено или меньшее повреждение спорогенной ткани, явившееся при­ чиной частичной или полной стерильности пыльцы и отсутствия плодоношения в следующем 1963 году. Отрицательно на каче­ ство пыльцы таких раноцветущих пород как Corylus colurna L, Thuja occidental is L., Tsuga canadensis Carr, влияют в зимний период оттепели, чередующиеся с резким похолоданием. Кроме климатических факторов, несомненно, влияние на ка­ чество формирующейся пыльцы оказывают почвенно-грунтовые условия, освещенность (или затенение) маточников, защита от ветров и другие факторы, на которых мы здесь не будем оста­ навливаться. Действие этих факторов довольно подробно рас­ сматривают в своих работах Н. Д. Нестерович (1948, 1955) и другие авторы (Печникова, 1953; Авдонин, Колосова, 1959; За­ вадская, 1959 и др.). Зная факторы внешней среды, снижающие качество пыльцы ценных интродуцированных видов, мы можем разработать комп­ лекс мероприятий для его повышения. Мы можем подбирать для культуры ценных экзотов соответствующие им почвенно­ грунтовые условия их культуры, в определенные сроки вносить соответствующие удобрения, создавать ветрозащитные посадки, не допускать затенения маточников и т. д. Регулирование условий погоды пока еще практически невозможно; однако, зная особенности органогенеза конкретного маточника, мы мо­ жем своевременным вмешательством существенно повлиять па качество формирующейся пыльцы (Куперман и др., 1962; Под- ражанский, 1958). Нами были получены положительные резуль­ таты по повышению качества пыльцы экзотов введением в кам­ бий раствора сахарозы во время формирования материнских клеток пыльцы и тетрад, а также опрыскиванием маточников в этот период раствором хлористого калия (Мауринь, 19626) по рекомендованной В. А. Новиковым (1955) методике. В. И. Оста­ пенко (1958, 1962) удалось направленно изменить окислитель­ ные свойства пыльцы, облучая маточники ультрафиолетовыми лучами и пропуская через почву электрический ток. В статье X. А. Мауриной, помещенной в настоящем сборнике, приводятся данные относительно того, что значительное влияние на окисли­ тельные свойства и вообще качество пыльцы кукурузы оказы­ вает опрыскивание растений в период микроспорогенеза хими­ ческими веществами — окислителями и восстановителями. По, нашим наблюдениям, большие возможности в этом направлении 1анныуаГ ^ СеЛ0КЦИЯ' Как видно из приведенных в таблице 2 тате неолн^кпяШтнпИИ аИВЫ обыкновенной* полученный в резуль- № 15 оказатея чаи селекционного отбора П. Упитом сеянец температуры в период^микппМеНеб требовательным к уровню в Ботаническом с /д у ЛГУ личные маточники одного и того же интродуцированного вида также в большей или меньшей степени различаются. Например, в саду хутора Тимуки (Бауский район) произрастает крупный экземпляр лещины древовидной (Corylus colurna L.), микроспо- рогенез которого в течение пяти последних лет осенью дости­ гает только этапа тетрад или останавливается на образовании лишь материнских клеток пыльцы, и заложившиеся мужские соцветия каждую зиму вымерзают. Микроспорогенез же дру­ гого маточника этой породы, произрастающего в городе Айзпу- те, завершается нормально (за исключением осени 1962 г.), и генеративные почки входят в зиму со сформированной пыль­ цой. Этот экземпляр не только нормально цветет, но и почти ежегодно плодоносит. Следовательно, мы можем оказывать на­ правленное влияние на качество пыльцы экзотов и методами селекции. Выводы 1. Качество (жизнеспособность, окислительные свойства) пыльцы экзотов в Латвийской ССР значительно изменяется как по отдельным видам и маточникам, так и по годам. Изменчи­ вость качества пыльцы по годам одного и того же маточника зависит в основном от условий погоды в период микроспороге­ неза (т. е. формирования пыльцы). Из обширного комплекса метеорологических условий наибольшее влияние оказывает уро­ вень температуры, влияние которого корректируется такими факторами как дефицит влажности воздуха и продолжитель­ ность солнечного сияния. 2. Неблагоприятные для микроспорогенеза раноцветущих экзотов условия погоды в конце лета и осенью могут значи­ тельно задержать этот процесс, как это наблюдалось нами в 1962 году, когда ряд раноцветущих видов вошли в зиму с гене­ ративными почками в состоянии тетрад или даже материнских клеток пыльцы, а не со сформированной пыльцой, как это нор­ мально должно быть. Это в свою очередь влечет за собой по­ вреждение спорогенной ткани зимой и большую или меньшую стерильность пыльцы весной. 3. Повышение качества пыльцы экзотов возможно как путем селекции, так и воздействием на маточник в период формирова­ ния пыльцы различными физическими и химическими агентами, а также агротехническими мероприятиями. Л И Т Е РА Т У РА А н д о н и н Н. С. и К о л о с о в а Н. А. О влиянии реакции среды на расте­ ния. Вести, с.-х. науки, № 12, 1959. В ю р м з е р Р. Биологическое окисление и восстановление. М., 1935. Д и а к о н у П. Новый метод определения жизнеспособности пыльцы куку­ рузы. Агробиология, № 2, 1961. Д о р о ш е н к о А. В. Физиология пыльцы. Тр. по прикл. ботанике, генетике и селекции, т. 18, № 5, 1928. 557 З а в а д с к а я И. Г. О причинах возникновения стерильной пыльцы у яч­ меня при недостатке воды в почве и о некоторых возмож ностях их устранения. Уч. зап. Ленингр. гос. пед. ин-та им. А. И. Герцена, 19о9. К у п е р м а н Ф. М. (ред.) Биологический контроль в сельском хозяйстве. МГУ, 1962. М а к а р о в П. В. Основы цитологии. М., 1953. М а у р и н ь А. М. Плодоношение и жизнеспособность пыльцы интродуци­ рованных древесных пород в 1956— 1959 гг. Интродукция растений и зеленое строительство в Латв. ССР, вып. 2, 1960. (лат., рез. русск.). М а у р и н ь А. М. Качество пыльцы древесных экзотов Латвийской ССР. Изв. АН Латв. ССР, № 8 (181), 1962а. М а у р и н ь А. М. Опыт преодоления стерильности пыльцы интродуциро­ ванных древесных пород. Тр. Центр, генет. лаб. им. И. В. Мичурина, т. 8, 19626. М а у р и н ь А. М. Качество семян интродуцированных древесных пород в зависимости от жизнеспособности пыльцы. Уч. зап. Латв. гос. универ­ ситета, т. 49, вып. 1, 1963 (лат., рез. русск.). М а у р и н ь А . М. и К а у р о в И. А. Сравнение методов определения ж из­ неспособности пыльцы древесных пород. Ботан. ж урнал, т. 41, № 1, 1956. М а ш к и н С. И. Исследование периода покоя почек древесных пород в связи с получением пыльцы на срезанных ветвях. В сб. «Рост расте­ ний». Изд. Львовского гос. ун-та, 1959. М и ч у р и н И. В. Сочинения, т. I— IV, М., 1948. Н е с т е р о в и ч Н. Д . О проращивании пыльцы древесных пород в связи с плодоношением. Изв. АН БССР, № 6, 1948. Н е с т е р о в и ч Н. Д . Плодоношение интродуцированных древесных расте­ ний и перспективы их разведения в Белорусской ССР. Минск, 1955. Н о в и к о в В. А. Повышение устойчивости растений к снижению интенсив­ ности света в критический период. Зап. Ленингр. с.-х. ин-та, вып. 9, 1955. О с т а п е н к о В. И. Изменение окислительных свойств и оплодотворяющей способности пыльцы абрикоса, персика и миндаля под влиянием ульт­ рафиолетовых лучей. Бюлл. Центр, генет. лаб. им. И. В. Мичурина, вып. 5 —6, 1958. О с т а п е н к о В. И. Методика определения жизнеспособности и оплодотво­ ряющей способности пыльцы плодовых растений. Тр. Центр, генет. лаб. им. И. В. Мичурина, т. 7, 1961. О с т а п е н к о В. И. Наследственное изменение пола у конопли при про­ пускании через почву электрического тока. Тр. Центр, генет. лаб. им. И. В. Мичурина, т. 8, 1962. П е ч н и к о в а С. С. Особенности цветения и плодоношения бересклета бородавчатого под пологом леса. Тр. Ин-та леса АН СССР, т. 11, 1963. П о д р а ж а н с к и й А. Л. Влияние некоторых агротехнических приемов на изменение жизнеспособности пыльцы у винограда. Бюлл. научно-техн. информ, Молд. н.-и. ин-та садов., виногр. и виноделия, № 2, 1958. Р а б о т н о в а И. Л. Роль физико-химических условий (pH и гН2) в ж из­ недеятельности микрооргнизмов. М., 1957. Ф е т и с о в Г. Г. и К р ю к о в а Н. С. Об изменении физиологических свойств пыльцы у некоторых сортов яблони. Научные докл. высшей школы. Биолог, науки, № 1, 1960. Ш а р д а к о в В. С. Реакция на пероксидазу как показатель жизнеспособ­ ности пыльцы растений. Докл. АН СССР, т. 26, № 3, 1940. К i n g J. R. The Deroxidase reaction as an indicator ol pollen viability Stain Technol., 35, N 4, 1960. S e m e n о w W. Die Bedeutung der Säuererzeugung der Zelle für die Vital- färbung. Ztschr. f. Zellforsch, u. mikrosk. Anat., 20, 1934. 558 И С П О Л Ь З О В А Н И Е М Е Т О Д А Ц И К Л И Ч Е С К И Х С К Р Е Щ И ­ В А Н И Й В С Е Л Е К Ц И И К А Р Т О Ф Е Л Я А. Кальман Эстонский научно-исследовательский институт земледелия и мелиорации Как известно, исходному материалу и подбору родительских пар для гибридизации И. В. Мичурин придавал особо важное значение, так как знание этого материала позволяет успешнее ориентироваться в подборе родительских пар и получать нуж­ ный гибридный материал для дальнейшей селекции (И. В. Ми­ чурин, 1939). Процесс оплодотворения дает начало новому ор­ ганизму. При скрещивании двух организмов с разной наследст­ венностью происходит не только сочетание родительских при­ знаков, но возникают и новые признаки, которые часто корен­ ным образом отличают гибридное растение от исходных форм и которые на основании учета признаков родительских пар трудно предугадать. Поэтому в практике селекционера, работающего над выве­ дением новых сортов картофеля, самой трудной задачей явля­ ется правильный подбор родительских пар. В целях преодоления недостатков, существующих в мето­ дике селекции картофеля, на йыгеваской селекционной стан­ ции ЭНИИЗМ в 1957 г. было включено в тематический план выяснение такого способа подбора родительских пар, который давал бы в наиболее кратчайший срок (в течение 2—4 лет) возможность определить, какие комбинации скрещивания обес­ печивают получение наибольшего количества потомства с вы­ сокой урожайностью и высоким содержанием крахмала в клуб­ нях у картофеля. Согласно намеченному заданию, автор настоящей работы разработал и применил в селекции картофеля метод цикличе­ ских скрещиваний. Схема метода циклических скрещиваний В зависимости от сложности селекционного задания и разнообразия био­ типов подлежащего оценке исходного материала в цикл полового скрещива­ ния, по усмотрению селекционера, может быть включено большее или мень­ шее количество материнских и отцовских сортов (форм). По нижеуказанной схеме циклы полового скрещивания сводятся к следующим трем вариантам: а) один материнский сорт (форма) и несколько отцовских сортов (форм); б) несколько материнских сортов (форм) и один отцовский сорт (форма); в) несколько материнских сортов (форм) и несколько отцовских сортов (форм). Предположим, что в цикл полового скрещивания включен один мате­ ринский и семь отцовских сортов. В этом случае схема циклического скре­ щивания была бы следующая (1-я схема): 559 2 5 I II III IV V VI VII А X X X X X X X В противоположном случае, т. е. когда в цикл скрещивания будет вклю­ чено семь материнских сортов и один отцовский сорт, схема циклического скрещивания имела бы следующий вид (2-ая схема): 2 6 I А X Б X В X Г X д X Е X Ж X В случае включения в цикл скрещивания семи материнских и семи отцовских сортов схема циклического скрещивания предстает в следующем виде (3-я схем а): 2 о I II III IV V VI VII А X X X X X X X Б X X X X X X X В X X X X X X X Г X X X X X X X Д X X X X X X X Е X X X X X X X Ж X X X X X X X В схемах обозначены буквами (в вертикальном ряду) условно материн­ ские сорта и цифрами (в горизонтальном ряду) — отцовские сорта Крести­ ками обозначены комбинации скрещивания. Из схем выясняется, что при включении в цикл скрещивания одного материнского и семи отцовских сортов (форм) или, наоборот семи материн­ ских и одного отцовского сорта (формы) имеется возможность получить гибриды от семи комбинации. При включении в цикл с к р е щ и в а н и я с е м и «Ти= а ц и ? Г к р е Т ИГ , Н„яКИХ (Ф° РМ) "олучР„ Г ™ ^ д Л 560 Выращивание гибридного потомства Гибридные семена высеваются раздельно по комбинациям и одновре­ менно по всему циклу скрещивания. Точно так ж е поступают при пикиров­ ках и пересадках сеянцев в парники и пересадке их из парников в полевые условия выращивания. Полевой участок выращивания гибридов всех комби­ нации цикла скрещивания долж ен быть расположен в одном массиве, где почвенные условия и .агротехника одинаковы. В 1957 году была выбрана первая схема цикла скрещивания с исполь­ зованием в качестве материнского сорта гибридной формы № 1952-47 (Боярх Флава); среднее содерж ание крахмала в клубнях у № 1952-47 по 8-летним данным составляло 22,5%. Отцовскими формами являлись семь сортов: ’П ре­ зидент Крюгер’, ’Катадин’, ’йы гева коллане’, ’М ира’, ’Приекульский ранний’, ’Альфа’ и ’Камераз № Г. Семена были получены в год скрещивания. Отбор и браковка сеянцев проводились по методу, применяемому на Иыгеваской селекционной станции, с тем только различием, что урож ай к а ж ­ дого гибридного растения в первом году выращивания взвешивался на поле в момент уборки сеянцев, причем для дальнейшего контроля их отобрали в большем количестве, чем это обычно принято. Содерж ание крахмала в клубнях определялось с помощью весов Реймана. Полученные результаты по 1-ой схеме цикла скрещивания приведены в таблице 1. Т а б л и ц а 1 Результаты циклического скрещивания по 1-ой схеме за 1958— 1961 гг. Урожай клубней Количе­ О тобрано сеянцев по годам Урожай С о д ер ж а ­ сеянцев ство клубней ние крах­ первого гнезд в 1961 г. мала в года в в 1958 г. (и/га) 1961 г. 1958 1959 1960 1961 1958 г. (г) (в '%) 1 2 3 4 5 6 7 8 1952— 47 X Президент Крюгер 10— 100 39 -- — ' .— — — — 101— 200 53 -- — — — — — 201— 300 22 5 2 — — — — 301—400 9 5 2 1 1 489,6 19,0 401— 500 3 2 2 — — — — 501—600 1 — — — — — — 601— 700 1 — — , — — — 1952-- 4 7 X Катадин 10— 100 106 — — — _ — — 101— 200 186 1 1 — — — — 201—300 114 33 12 3 — — — 301—400 74 47 19 4 1 361,1 20,6 401— 500 32 14 8 2 1 390,6 18,0 501—600 9 5 4 — — — — 601—700 1 1 — — — — — 36 Заказ № 4752 561 Продолж. табл. 1 1 2 3 4 5 6 _ 7 8 1952— 47 X йы гева коллане 10— 100 130 _ _ _ _ . — _ 101— 200 162 4 1 --- - — — 201— 300 114 35 12 1 1 355,6 20,1 301— 400 76 60 20 5 3 296,3 18,0 454,0 18,5 374,1 18,5 401— 500 46 25 5 2 1 350,0 18,5 501— 600 9 3 2 — --- — — 1952— 47 X Мира 10— 100 143 - _ _ _ _ _ 101— 200 67 з 1 1 — — — 201— 300 51 16 7 — — — — 301— 400 54 26 3 — — — — 401— 500 39 20 2 - - — — — 501— 600 30 23 6 2 1 354,1 14,4 601— 700 17 7 3 1 1 491,7 15,9 701— 800 12 4 — _ _ —- 801— 900 2 1 _ _ __ — — 901 — 1000 2 1 — — __ — — 1001 — 1100 1 — — — — — — 1952— 47 X Приекульский ранний 10— 100 87 — — — __ __ — 1 101— 200 113 — — — — — 201— 300 96 2 1 — — — — 301— 400 83 33 15 4 1 383,4 19,0 401— 500 45 24 7 1 1 416,7 18,0 501— 600 25 22 11 — — — — 601— 700 16 6 5 2 1 481,3 16,4 701— 800 6 3 1 _ _ __ __ — 801— 900 1 1 __ __ __ __ __ 901 — 1000 1 — — ' — — — — 1952—47 X Альфа 10— 100 90 — — _ _ 101— 200 125 21 6 _ _ 201— 300 83 44 14 4 2 330,6 350,0 301— 400 45 10 6 1 _ 401— 500 15 8 3 1 _ 501—600 1 2 _ _ 601— 700 1 — _ _ _ 701— 800 1 — — — — ,_ 562 Продолж. табл. 1 1952— 47 X Камераз № 1 10— 100 86 _ _ _ _ _ 101—200 186 13 6 - - _ _ 201—300 151 44 10 1 1 219,1 18,0 301—400 86 42 8 - - — — _ 401—500 31 15 3 1 — — — 501—600 8 7 5 4 2 382,5 16,4 393,3 18,0 601—700 4 — — — — — — 701— 800 2 1 — — — — — В сводной таблице 1 показана урожайность гибридов в пер­ вом году выращивания, а также отражен ход отбора и выбра­ ковки их по годам. Полученные результаты показывают, что хо­ зяйственно-ценные гибриды в первом году выращивания могут иметь в значительном количестве средний и ниже среднего уро­ жай клубней. Это обстоятельство указывает на необходимость соблюдения осторожности при браковке гибридных сеянцев пер­ вого года. В 1959 году была включена в исследование 2-я схема цикла скрещивания. Применялась вышеописанная методика исследо­ вания. Материнской гибридной формой являлся № 527-47 (Мюн- хебергский 40663/21 X Л о р х ) ; среднее содержание крахмала в клубнях составляло 19,1%. В качестве отцовских форм исполь­ зовались 9 сортов: ’Президент Крюгер’, ’Мира’, ’Катадин’, ’Хе- ральд’, ’Зикинген’, ’Зиглинде’, ’Эрли ст. Д ж о р ж ’ и ’Агра’. Ре­ зультаты исследования сведены в таблице 2. Основные данные по комбинациям 527-47 X Херальд и 527-47 X Зикинген не вклю­ чены в таблицу, а приводятся в тексте. 5 2 7 - 4 7 Х П р е з и д е н т К р ю г е р . В 1959 году из выра­ щенных 95 гибридных сеянцев было отобрано 17 сеянцев, кото­ рые были выбракованы в 1960 году. 52 7 -4 7 Х М и р а. В том же году из выращенных 172 гиб­ ридов было отобрано 22 сеянца, из которых осенью 1960 года удалось отобрать 3 сеянца. Последние были выбракованы в 1961 году. 5 2 7 -4 7 Х К а т а д и н. В 1959 году из 59 гибридов отобра­ ли 11 сеянцев, выбракованных в 1960 году. 5 2 7 - 4 7 Х Х е р а л ь д . В 1959 году из 339 гибридных сеян­ цев был отобран 51 сеянец. Все они были выбракованы в 1960 году. 52 7 - 4 7 X 3 и к и н ген. В 1959 году из 554 гибридных сеян­ цев было отобрано 87 сеянцев. Из них в 1960 году было отобра­ но 8 гибридов, выбракованных в 1961 году. Т а б л и ц а 2 Результаты циклического скрещивания по 2-й схеме за 1959— 1961 гг. Урожай клуб­ Содер­ ней сеянцев У рожай первого года Количество Отобрано сеянцев по годам жание клубней крах­ выращивания гнезд в 1961 г. мала в 1959 г. в 1959 г. (ц/га) в 1961 г (в г) 1959 1960 1961 (в %) 1 2 3 I 4 5 6 7 1 >27-47 X 3 и г л и н д е 10— 100 5 101— 200 23 — — — — — 201— 300 39 — — — — — 301— 400 85 3 — — — — 401— 500 110 26 2 — — — 501— 600 124 33 8 — — — 601— 700 118 35 1 1 344,7 16,4 701— 800 69 17 1 1 327,5 16,4 801— 900 38 16 1 — — — 901 — 1000 31 9 — — — — 1001 — 1100 14 2 1 — — — 1201— 1300 2 — — — — — 1301— 1400 1 — — — — — 1401— 1500 2 — — — .— — 1501— 1600 — — — — — — 1601 — 1700 1 — — — — — 1701 — 1800 1 — — — — N 527-47 X Э р л и с т . Д >к о р ж 10— 100 101— 200 — — —. — — -- 201— 300 7 — — — - 301— 400 8 2 1 1 283,6 12,5 401— 500 13 12 2 — — .._ 501— 600 17 5 — — __ __ 601— 700 12 9 1 __ __ _ 701— 800 12 3 __ __ __ _ 801— 900 1 1 __ __ _ _ 901 — 1000 3 — __ _ _ 1001 — 1100 1 — - — — — 527-47 >< А г р а 10— 100 7 __ 101— 200 49 — — .__ * 201— 300 64 2 __ _ 301— 400 96 8 1 _ 401— 500 82 21 2 1 204,4 17,5 501— 600 81 22 1 — Продолж. табл. 2 1 2 3 4 5 6 7 601— 700 43 18 5 1 326,4 13,4 701—800 29 9 1 _ _ _ 801— 900 28 8 1 _ _ _ 901 — 1000 24 9 1 _ _ _ 1001 — 1100 16 5 1 _ _ _ 1101 — 1200 3 1 — _ _ _ 1201— 1300 1 — — — _ _ 1301— 1400 2 1 — —. — _ 1401 — 1500 1 1 — — — — Таким образом, из 8 комбинаций по 2-ой схеме циклического скрещивания 5 комбинаций не дали хозяйственно-ценных гибри­ дов. Полученные результаты указывают на нецелесообразность использования вышеуказанных родительских пар при скрещи­ ваниях. Как видно из приведенных данных, полученные результаты по 1-ой и 2-ой схемам циклического скрещивания оказываются сходными. На основании сопоставления данных сводных таблиц 1 и 2 можно утверждать, что при использовании метода циклического скрещивания можно в кратчайший срок (за 3—4 года) выяс­ нить, какие комбинации скрещивания картофеля дают возмож­ ность получать наибольшее количество потомства с высокой урожайностью и высоким содержанием крахмала в клубнях. В ходе исследования возникла необходимость попытаться выяснить влияние отцовских форм на унаследование признака высококрахмалистости клубней при скрещивании картофеля. В целях разрешения указанной задачи был проведен цикл скре* щивания по 3-ей схеме. Материнским сортом служила высоко­ крахмалистая форма № 1952-47, которая была уже использо­ вана в цикле скрещивания по 1-ой схеме. Отцовскими сортами были выбраны Тольдапфель’, ’Эрлайн’ и селекционные номера 370-57, 303-57, 262-57, 297-57 (семена получены из ГДР) , 587-58 (сеянец Иыгеваской селекц. станции). Скрещивания были проведены в 1959 году, гибридное по­ томство выращено и высажено на поле в 1960 году. Полученные по 3-ей схеме скрещивания результаты приве­ дены в табл. 3. На основании приведенных в таблице 3 данных можно ут­ верждать, что при использовании метода циклического скрещи­ вания селекционер получает уже на втором году выращивания гибридов ценные данные об унаследовании гибридами способ­ ности накопления крахмала в клубнях картофеля. На основании полученных результатов выясняется также, насколько те или 565 Т а б л и ц а 3 Результаты циклического скрещивания по 3-ей схеме за 1960— 1961 гг. Урожаи U Отобрано сеян­ U клубней О цев по годам о _ _ сеянцев С СсОП о ^ <ваv '£5■ s “ 2СС —< ю первого н S- 0~5 ^ со та 2года в 1) СО 1 g та __ 5 ¥ 25 *к 1960 г. t5r г<о J- 1960 1961 ся м £ та 6 о £ о^г 14 X \о (г) 2 п U а и £ UЯ о О w ^ ^ х , Ч* 1 2 3 4 5 6 7 8 1952-47 X Г о л ь д а п ф е л ь 10— 100 22 — — — — — — 101— 200 10 — — — — — — 20 1 — 300 4 2 — — — — — 30 1 — 400 7 2 — — — — — 401— 500 4 2 1 2 1,40 840.0 15,4 501— 600 4 2 — — — — — 6 01— 700 4 3 2 6 0,70 420.0 14,5 0,60 360.0 16,7 7 0 1 — 800 1 1 — ■ — — — — в 0 1— 900 4 3 2 8 0,68 408.0 13,9 11 0,56 336.0 21,7 901 — 1000 2 2 1 13 0.68 408,0 16,4 1001 — 1200 2 2 1 11 0.84 504,0 13,9 1201 — 1300 — ■ — — — — — — 1301 — 1400 — — — — .— — — 1401 — 1500 — — i— — — — ___ 1501 — 1600 1 — — — ' — — — 1601 — 1700 1 — — — — ___ 1701 — 1800 2 — — — — ___ — 1801 — 1900 — — — — — .— . — 1901— 2000 2 1 1 10 1.20 720,0 17,5 1 9 5 2 - 47 X Э р л а й н 10— 100 59 — — — — _ — 101— 200 59 7 2 3 0,77 462.0 15,4 4 0,67 402.0 14,2 2 0 1 — 300 29 14 2 3 1,00 600,0 14,2 3 1,02 622,0 13,7 3 0 1 — 400 20 18 3 1 1,00 600,0 14,2 9 0,50 300.0 14.7 5 0,50 300.0 16.7 -401— 500 28 14 4 10 0,55 330.0 12,5 5 0,50 300.0 15.4 9 0,44 262.0 15.4 5 0,50 300,0 16,7 5 0 1 — 600 16 13 4 1,20 720.0 15,4 6 11 0,53 318.0 13.9 5 0,64 384.0 13,7 8 0,68 408.0 13.9 2 1,75 1050,0 18,0 10 0,48 288.0 16,2 5 6 6 клубней Продолжение табл. 3 1 2 3 4 5 6 7 8 601— 700 12 12 4 9 0,44 - 264,0 15,46 0,67 402,0 17,4 5 1,16 696,0 13.4 9 0,59 354,0 16,0 10 5 2 8 0,71 426,0 13,9 13 0,62 372,0 16,9 801—900 8 7 3 7 0,74 444,0 15,4 7 0,51 306,0 13,7 7 0,67 402,0 15,4 901 — 1000 7 3 2 12 0,52 312,0 13,9 10 0,62 372,0 12,9 1001— 1100 - - _ _ _ _ _ 1101 — 1200 --- — --- — --- --- 1952- -47 X 370— 57 10— 100 7 _ _ _ _ _ _ 1 0 1 -2 0 0 16 - - — _ - _ 2 0 1 -3 0 0 24 4 - — _ - _ 301—400 27 9 - — _ _ 401—500 32 15 - — — - _ 5 0 1 -6 0 0 30 13 5 4 1,07 642,0 15,9 10 1,09 654,0 20,6 10 0,72 432,0 23,8 9 0,83 498,0 20,6 7 0,75 450,0 21,7 601— 700 25 16 1 12 0,63 378,0 24,9 7 0 1 -8 0 0 29 22 6 13 0,65 390,0 22,2 6 1,10 660,0 21,1 11 1,59 354,0 20,6 5 0,80 480,0 20,6 13 0,57 • 342,0 18,010 0,81 486,0 18,0 801—900 28 24 6 9 0.91 546,0 21,1 9 0,59 354,0 19,0 9 1,00 600,0 20,6 П 0,56 336,0 20,6 11 0,78 468,0 20,1 11 0,73 438,0 20,1 901 — 1000 25 15 4 10 0,75 450,0 23,3 11 0,71 426,0 17,5 10 0,90 549,0 25,4 12 0,89 534,0 20,1 1001 — 1100 9 7 3 13 0,77 462,0 21,1 8 0,95 570,0 23,3 13 0,63 378,0 22,7 1101 — 1200 5 3 3 14 0,58 348,0 23,3 13 0,46 276,0 23,8 13 0,69 414,0 19,0 1201 — 1300 5 5 2 14 0,62 372,0 23,3 14 0,75 450,0 23,3 : 567 -о-j оооо Продолжение табл. 3 1 2 3 5 4 6 7 8 1301— 1400 4 3 3 13 0,69 414,0 18,5 10 1,08 648,0 19,5 13 0,79 474,0 22,7 1501— 1600 2 2 — — — — — 1601— 1700 1 1 1 13 0,81 486,0 20,1 1701— 1800 — — — — — — — 1801— 1900 — — — — — — — 1901— 2000 — — — — -— — — 2 0 0 1 — 2100 1 1 1 13 0,77 462,0 22,7 1952- 303— 57 10— 100 13 — — — — — — 101— 200 16 — — — — — — ■201— 300 36 1 1 8 0,57 342,0 17,5 301— 400 22 4 2 5 1,00 600,0 18,5 10 0,50 300,0 19,0 401— 500 40 27 — — — — — 5 0 1 — 600 20 10 2 10 0,58 348,0 16,4 11 0,56 336,0 20,6 60 1 — 700 28 18 1 10 0,67 402,0 19,5 7 0 1 — 800 18 12 — — — —. 801— 900 21 19 1 11 0,84 504,0 19,0 901 — 1000 10 10 7 10 1,02 612,0 22,2 11 0,71 426,0 21,7 12 1,00 600,0 17,5 9 0,90 540,0 20,0 12 0,71 426,0 21,7 11 0,51 306,0 17,5 12 0,46 276,0 12,9 1001 — 1100 16 15 — — — 1101— 2000 9 9 1 6 ОД) 300,0 13,7 1201— 1300 8 8 1 12 0,64 384,0 21,7 1301— 1400 2 2 — — — — — 1401— 1500 4 3 — — — — — 1501 — 1600 1 1 — — .— — — 1601 — 1700 1 1 — — — — 1701 — 1800 1 1 — — — — 1801— 1900 1 1 — — — — 1952-- 4 7 X 2 6 2 - 5 7 10— 100 20 — ____ ____ ____ ____ — 101— 200 22 1 — — — — — 2 0 1 — 300 24 7 4 4 1,0 600,0 14,4 4 0,65 390,0 21,9 9 0,55 330,0 17,5 8 0,58 380,0 18,5 3 0 1 — 400 25 16 1 7 0,61 366,0 17,0 401— 500 17 15 1 7 0,71 426,0 17,5 5 0 1 —600 24 17 2 8 0,66 396,0 15,9 13 0,70 420,0 17,5 60 1 — 700 16 13 3 8 0,80 480,0 22,2 7 0,80 480,0 22,5 568 1 -'J X Продолжение табл. 3 1 2 3 4 5 6 7 8 7 0 7 5 450,0 17,2 701—800 11 7 7 11 0,60 360,0 23,8 11 0.65 390,0 18,0 11 0,69 404,0 16,4 10 0,85 510,0 21,7 10 0,90 540,0 23,3 8 0,85 510,0 20,1 12 0,81 486,0 20,6 801—900 12 11 2 12 0,63 378,0 20,1 10 0,96 576,0 21,7 901 — 1000 10 10 2 12 0,90 540,0 19,2 9 1,10 660,0 21,7 1001 — 1100 6 5 1 14 0,61 366,0 . 22,2 1101 — 1300 2 2 — 1301 — 1400 4 4 1 13 0,73 438,0 23,8 1401 — 1500 — — — 1501 — 1600 — — — 1601— 1700 1 1 — — — 1952--4 7 > 297— 57 10— 100 8 — — 101—200 2 — — = = = 201—300 1 1 — 301— 400 7 1 — 401— 500 6 4 — 501—600 5 4 1 6 1,00 600,0 19,0 601—700 6 6 3 12 0,71 462,0 19,0 14 0,57 347,0 20,6 10 0,80 488,0 19,0 701—800 3 3 _ 801— 900 4 3 - 901— 1000 3 2 1 13 0,84 504,0 19,0 10 0 1 -1 1 0 0 I 1 — 11 0 1 -1 2 0 0 3 2 — 1201 — 1300 2 2 — 1301— 1400 2 2 — 1401— 1500 1 1 — 1501 — 1600 — — — 1601 — 1700 — — — — — 1701-1800 — — — — — 1801 — 1900 — — — 1901—2000 1 1 1952 — 47 587— 58 1 0 -1 0 0 6 — — — — — — 101—200 12 — — 201— 300 28 4 2 10 0,60 366,0 11,9 3 0,53 318,0 12,9 301—400 17 5 1 4 0,50 300,0 18,0 401—500 20 15 3 10 0,50 300,0 15,4 5 0,64 384,0 15,5 5 0,50 300,0 14,2 569 Продолжение табл. 3 1 2 3 4 5 6 7 8 501— 600 12 7 1 12 0,41 246,0 15,9 601— 700 7 6 1 9 0,95 570,0 19,0 7 0 1 - 8 0 0 4 4 •— — — — 801— 900 2 2 1 12 0,63 378,0 14,9 901— 1000 3 2 2 7 0,98 588.0 20,1 10 0,68 408.0 20,1 1001—1100 6 4 — — — — --- 1101 — 1200 4 3 1 11 0,86 516,0 13,9 1201 — 1300 — — — — — — — 1301 — 1400 1 1 — — — — 1401 — 1500 1 1 — — — — 1501 — 1600 — — — --- — 1601 — 1700 1 1 1 12 0,59 354,0 17,5 другие пары растений подходят в качестве исходных форм для решения селекционной задачи. Урожай клубней на втором году выращивания гибридов мо­ жет быть установлен весьма ориентировочно из-за малого коли­ чества растений умножением среднего урожая гнезда гибрида на число растений на га. Несмотря на ориентировочность пока­ зателей урожайности гибрида, получаемых при таком расчете, необходимо помнить, что он остается пока единственным воз­ можным способом сравнения урожайности гибридных форм вто­ рого года. Из данных, включенных в таблицу 3, видно, что при скрещи­ вании одной и той же формы с разными отцовскими сортами (формами) получается гибридное потомство с различной хозяй­ ственной ценностью. Так, например, от комбинации № 1952-47 X X 370-57 в 1961 году было оставлено для дальнейшего испыта­ ния 35 гибридных форм со средним содержанием крахмала в клубнях 21,03%, в том числе с содержанием крахмала от 22,2— 25,4% — 12 гибридных форм. В том же году и в том же цикле скрещивания от комбинации № 1952-47 X Эрлайне было отоб­ рано 28 гибридных форм со средним содержанием крахмала в клубнях 14,9%, в том числе с максимальным содержанием крах­ мала от 16,2— 17,4% — 5 гибридных форм. Полученные результаты обращают внимание селекционеров на необходимость придавать важное значение выбору отцовских сортов (форм) для скрещиваний. Анализ содержания крахмала в клубнях гибридных форм, полученных при скрещивании высо­ кокрахмалистого материнского сорта (формы) с несколькими от­ цовскими сортами (формами), показывает, что материнский сорт может обеспечить передачу по наследству признака высо- кокрахмалистости клубней только в том случае, если также и 570 отцовский сорт (форма) передает это свойство по наследству. Приведенные данные указывают на значение правильного под- бора как материнских, так и отцовских сортов (форм) в соот­ ветствии с селекционным заданием. Выводы 1. При использовании метода циклического скрещивания и одновременном выращивании гибридного потомства в одинако­ вых условиях селекционер имеет возможность уже в течение двух—четырех лет выяснить, какие родительские пары для скрещивания больше всего отвечают селекционным задачам. 2. Урожайность клубней гибрида первого (семенного) года выращивания не является вполне устойчивым показателем его урожайности в случае клубневого размножения. Это указывает на необходимость соблюдения осторожности при выбраковке гибридов картофеля на первом году выращивания. 3. Из результатов наших опытов выявляется (см. табл. 3) важное практическое значение использования при скрещива­ ниях специально созданных для этих целей исходных форм (№ 370-57, 303-57, 262-57, 297-57). Наследственные качества их проверяются по методу циклического скрещивания. Л И Т Е РА Т У РА М и ч у р и н И. В. Принципы и методы работы. О ГИ З Сельхозгиз, 1939. РАБОТА ПО С О Р Т О И З У Ч Е Н И Ю И С Е Л Е К Ц И И К ОСТ ОЧ­ КОВЫХ П Л О Д О В Ы Х К У ЛЬ Т УР НА Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь ­ НОЙ БАЗ Е П О Л Л И Э С Т О Н С К О Г О Н А У Ч Н О - И С С Л Е Д О В А ­ ТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА З Е М Л Е Д Е Л И Я И М Е Л И О Р А Ц И И Ю. Эслон Эстонский научно-исследовательскин институт земледелия и мелиорации Основная работа по сортоизучению и селекции косточковых плодовых культур в Эстонской ССР сосредоточена на Экспери­ ментальной базе Полли Научно-исследовательского института земледелия и мелиорации. За последние годы коллекционно­ маточные сады косточковых, преимущественно сливы, заложе­ ны и в ряде садоводческих совхозов-питомников: Вазула, Курвитса, Куллаару, Тамме. Селекционная работа, кроме Экс­ периментальной базы Полли, ведется отдельными садоводами- мичуринцами: А. Курвитс в Тарту, О. Крамер в Таллине. В статье приводятся результаты селекционной работы, получен­ ные на Эспериментальной базе Полли. 57 t Обследование садов Эстонской ССР в 1946 и 1947 гг. пока­ зало, что суровая зима 1939/40 г. и последующие годы немец­ кой оккупации нанесли плодоводству ЭССР, особенно культуре косточковых, сильный урон. Сохранились лишь отдельные де­ ревья некоторых сортов. Чаще встречались деревья сортов сливы ’Лифляндская желтая яичная’, ’Эмма Лепперман’, ’Эдин­ бургская’, местами ’Ранняя синяя’ ( ’Ц а рь ’) и тернослива, а из вишен — ’Лотовая’, ’Гриот Остгеймский’, ’Плодородная Мичу­ рина’ и черешня ’Вильяндиская ж ел тая ’ ( ’Дениссена желтая’). Задачей сортоизучения и селекции являлось получение мо­ розоустойчивых ранних сортов сливы, сортов вишни с различ­ ными сроками созревания и морозоустойчивых сортов черешни. Методами работы были: 1) подбор наиболее подходящих сор­ тов среди имеющегося сортимента; 2) посев спонтанных семян лучших сортов; 3) межсортовые и межвидовые скрещивания и 4) клоновая селекция. В целях сортоизучения в коллекционных садах Эксперимен­ тальной базы Полли было собрано 237 сортов сливы, 114 сор­ тов вишни и 67 сортов черешни. У сортов проводились наблю­ дения за фенофазами, морозо- и болезнеустойчивостью, изуча­ лись возможности их взаимного опыления, величина и качество урожая плодов. В отношении одного из самых важных свойств сорта — мо­ розоустойчивости — наблюдения показали, что степень повреж­ дения сортов по годам неодинакова. В зиму 1955/56 г., с изменчивой погодой (частые оттепели сменялись морозами) и кратковременными минимальными тем­ пературами до —38°—40°, у большинства сортов подмерзла кро­ на — плодовые веточки и почки — и у многих сортов в боль­ шей или меньшей степени также ветви кроны. Наиболее морозо­ устойчивыми были сорта ’Кресцент’ и ’З а р я ’, оказавшиеся един­ ственными сортами, которые летом 1956 года плодоносили. В хорошем состоянии, но без плодов были ’Лифляндская желтая яичная’ (’Очаковская ж ел тая ’), ’Пярнуская синяя’, ’Хийуская синяя’, ’Пердригон’, ’Скороспелка красная’, ’Аксеновская’, ’Ги­ гант’, ’Венгерка Пулковская’, ’Венгерка Московская’, ’Зюсин- ская ’ и в удовлетворительном состоянии (но также без плодов) были ’Тартуская красавица’, ’Тартуская красная’, ’Виктория’, ’Эмма Лепперман’ и некоторые другие. Сильно были повреж­ дены ’Венгерка Вангенгеймская’ и ’Ренклод Улленса’. Сорта народной селекции были в общем устойчивее. В зиму 1962/63 г., с почти непрерывными от —20° до —30° морозами с января до марта и температурными минимумами до — 33°, —34° (причем разность температур на уровне снега и на высоте кроны 2 метра доходила до 3—4°, а между возвы­ шенными и низменными участками до 7—8°), повреждались сильнее штамб и основания сучьев на уровне снега. Верхние 57 2 части ветвей кроны и цветочные почки были повреждены мень­ ше, и ряд сортов удовлетворительно и даже хорошо плодоно­ сили. Меньше всего пострадали 'Кресцент’ (штамб и крона со­ вершенно здоровы, урожай до 41 кг на дерево), ’З а р я ’, ’Пярну- ская синяя (урожай до 30 кг с дерева), ’Аамисепа 5’, ’Вен­ герка Пулковская , Венгерка Московская’, ’Пердригон’ (уро­ жай до 50 кг с дерева), ’Народная’, ’Ренклод урожайный Вень- яминова’, ’Креушлаг’, ’Розовая Васихина’, ’Ренклод колхоз­ ный’, ’Скороспелка красная’, ’Местная розовая’, ’Хийуская си­ няя’ (часть деревьев вымерзла), ’Венгерка Ажанская’, ’Гигант’ и некоторые другие. Все они хорошо плодоносили. Со здоровой древесиной и кроной, но со слабым плодоношением, была ’Зю- зинская’ слива. С сильными повреждениями плодовых и мелких ростовых веток были ’Эдинбургская слива’, ’Эмма Лепперман’, ’Ранняя синяя’ (’Царь’), ’Тартуская красная’, Тартуская красавица’, ’Джеферсон’, ’Абрикосовая’, но они хорошо восстановились, об­ разовав много ростовых побегов. ’Эдинбургская’ слива даже хорошо плодоносила. Из вишен в 1956 г. со слабыми повреждениями веток, но с удовлетворительным плодоношением, были сорта ’Гриот Остгеймский’, ’Владимирская’, ’Лотовая’, Тинденбург’ (’Красная плодородная’), ’Черноплодная’, ’Компотная’, ’Кампесуру’. С обильной урожайностью, но с менее устойчивой древесиной, были ’Амарель Димитса’ и ’Склянка Испанская’. Сильно были повреждены ’Кентская’ и ’Ширпотреб черная’. Из черешни наи­ более устойчивы были ’Ленинградская черная’, ’Ленинградская желтая’, ’Зорька’ и ’Вильяндиская желтая’ (’Дениссена ж е л ­ тая’), по и у них подмерзли плодушки и плодовые почки. Уро­ жай отсутствовал. В зиму 1962/63 г. сорта вишни сильно пострадали, что в зна­ чительной степени следует отнести за счет повреждения листьев летом 1962 года болезнью опадения листьев (коккомикозом). У большинства культурных сортов листья опали уже в конце августа и в сентябре; древесина плохо вызрела и зимой вы­ мерзла. Лучше сохранились сорта ’Красная плодородная’ (Тинден­ бург’), ’Гриот Остгеймский’, ’Шубинка’, ’Владимирская’, ’Шир­ потреб черная’, ’Мономах’, ’Герой ранний’, ’Литовская низкая’, ’Ныммеская’, ’Васильевка красная’, ’Кампесуру’ и особенно сорта народной селекции: ’Козеская’, ’Сомпаская’, ’Коростынская’, Улучшенная Коростынская’, сеянец ’Краснопахарской’, ’Новая Владимирская’ и некоторые другие, которые даже удовлетвори­ тельно плодоносили. Из черешни сохранились Вильяндиская желтая’, ’Зорька’, ’Ленинградская желтая , Дрогана желтая , Красавица’ и особено черешня Козловская . 573 Наблюдения показывали, что, кроме прямого действия силь­ ных морозов, не менее опасными были наблюдавшиеся в тече­ ние одних или ближайших 2—3 суток резкие колебания тем­ пературы в пределах 22—25°, которые особенно повреждали цветочные почки. Из наиболее опасных болезней у сливы имели место млеч­ ный блеск, чаще поражающий поврежденные морозом деревья; у вишен серая гниль вишни и в меньшей степени млечный блекс, у поздних сортов ’Лотовая’ и др. — парша косточковых и в последние годы коккомикоз. Для наиболее распространенных сортов сливы и вишни вы­ явлены лучшие сорта-опылители. Самоплодными в местных условиях являются сорта сливы ’Виктория’, ’Эмма Лепперман’, ’Ранняя синяя’ (’Ц а рь ’), ’Эдинбургская’, ’Тартуская красавица’, ’Сахарная’. Самостерильны — ’Лифляндская желтая яичная’, ’Лютсельсакса ранняя’. Остальные сорта удовлетворительно опыляются между собой. Из сортов вишни самофертильны ’Лотовая’, ’Плодородная Мичурина’, ’Ньшмеская’; самостерильны — ’Красная плодород­ ная’ ( ’Гинденбург’) , ’Гриот Остгеймский’, ’Ширпотреб черная’, 'Склянка Испанская’, ’Владимирская’, ’Кампесуру’, ’Литовская низкая’; взаимностерильны — ’Гриот Остгеймский’, ’Красная плодородная’, ’Ленинградская черная’ и ’Вильяндиская жел­ та я ’. Плодоношение у сливы в большинстве начинается в 6—7-лет­ нем возрасте, у вишен — в 5—6-летнем (отдельные плоды по­ являются уже в 4—5-летнем возрасте). Из слив наиболее скороплодными оказались ’Эмма Леппер­ ман’, ’Виктория’, ’Павловская красавица’, ’Джеферсон’ и неко­ торые венгерки. Ряд сортов дают высокие урожаи с первых лет плодоношения: ’Кресцент’, ’Эмма Лепперман’, ’Виктория’, ’Ран­ няя синяя’ и венгерки (от 20 до 40 кг с дерева). Максималь­ ные урожаи дали сорта: ’Венгерка Пулковская’ — до 64 кг, ’Чудо севера’ — 58 кг, ’Ренклод реформа’ — 33 кг, ’Пердри- гон’ — 75 кг, ’Зюзинская’ — 78 кг при 12-летнем возрасте де­ ревьев. В опытах с подвоями Я. Пальк получил с дерева ’Вик­ тория’ 149 кг, а у ’Эммы Лепперман’ — около 100 кг плодов. С наиболее ранним созреванием плодов (1—5 августа) из слив были ’Рут Герштеттер’ и ’Сахарная’; на неделю позже по­ спевают ’Скороспелка круглая’, ’Лютсельсакса ранняя’, ’Павлов­ ская красавица’, ’Тартуская красавица’, ’Скороспелка красная’. Самыми позднеспелыми сортами являются ’Большая красная яичная’, ’Джеферсон’, ’Ленинградская поздняя’, ’Гигант’ (созре­ вание плодов приходится на конец сентября—начало октября). Наиболее крупноплодными сортами (средний вес плодов 40 50 г) оказались ’Ренклод Улленса’, ’Джеферсон’, ’Большая крас­ ная яичная’, ’Вашингтон’, ’Крупноплодная’, ’Гигант’. 574 В итоге из сортов слив заслуживают внимания по скороспе­ лости Рут Герштеттер’ и ’Сахарная’, по крупноплодности и урожайности Пердригон’, ’Тартуская красавица’, ’Тартуская красная , ̂ Эмма Лепперман’, ’Венгерка Ажанская’, ’Виктория’, Гигант, Абрикосовая и поллиские сорта — ’Поллиская яич­ ная’ и ’Карксиская’. Из сортов вишни наиболее скороплодны ’Лотовая’, Тамбоз- чанка’, ’Компотная’, ’Владимирская’, ’Ширпотреб черная’; из черешен — Ленинградская черная’, ’Зорька’. Самыми скоро­ спелыми из вишен являются ’Красная плодородная’, ’Литов­ ская низкая’, ’Гриот Остгеймский’ и из черешен ’Ранняя М арка’ (’Ранняя рынка’), ’Майя Боппард’ (созревание ягод в конце июня). Крупноплодностью отличаются вишни ’Кампесуру’, ’Л о ­ товая’, ’Тамбовчанка’ и черешни ’Дрогана ж елтая ’, ’Эльтон’, 'Зорька’. Высоким качеством плодов выделяются ’Владимирская вишня’, ’Ширпотреб черная’, ’Тамбовчанка’, из черешен ’Зорь­ ка’, ’Эльтон’. По урожайности среди вишен выделяются ’К ам ­ песуру’, ’Красная плодородная’, ’Шубинка’, ’Улучшенная Коро- стынская’, ’Козеская’, ’Герой ранний’ (до 40 кг ягод с дерева) и из черешен — ’Зорька’, ’Ленинградская черная’, ’Дрогана желтая’. В начале селекционной работы на Экспериментальной базе Полли в сортименте сливы и вишни преобладали сорта со сред­ ними сроками созревания, и общим недостатком их была недо­ статочная зимостойкость. Ранним сортом у слив была только ’Рут Герштеттер’, обычно созревающий в наших условиях к 1 августа, однако его урожаи были неровные и плоды легко опадали. По селекции косточковых основной задачей являлся подбор и выведение зимостойких ранних сортов сливы, а также одно­ временно обогащение сортимента слив новыми морозоустойчи­ выми, высококачественными сортами, получение устойчивых к болезням с различными сроками созревания сортов вишни и морозоустойчивых сортов черешни. Основным методом работы по выведению новых сортов вначале была межсортовое, а з а ­ тем межвидовое скрещивание. За время работы по выведению новых сортов методом скре­ щивания было испытано 884 комбинаций на 54 ООО цветках. В гибридном фонде имеется 7500 сеянцев. Из них элитных, имеющих вкусовую оценку в 4 балла и выше, 60 сеянцев сливы и 15 сеянцев вишни. В группу перспективных сортов стандарт­ ного сортимента включены 3 сеянца слив: ’Поллиская яичная’, 'Карксиская’ и ’Сахарная’. По сливе скрещивания с целью получения ранних сортов проводились путем скрещивания между собой ранних сортов ’Рут Герштеттер’, ’Лифляндская желтая яичная’, ’Павловская красавица’, ’Ранняя круглая’, ’Скороспелка красная’ и ’Ранняя 575 синяя’ и пыльцой лучших стандартных сортов 'Ренклод Аль­ тана’, ’Ренклод Улленса’, ’Эмма Лепперман’, 'Вильгельмина Шпэт’, ’Онтарио’ и др. Очень много хороших сеянцев у слив дала 'Лифляндская желтая яичная’. Из зачисленных в элиту сеянец за № 47-23-64 ’Лифляндской желтой яичной’ введен в группу перспективных сортов стандартного сортимента под названием ’Карксиской сливы’; сеянец № 47-23-44 имеет плоды крупнее, чем ’Лифлянд­ ской желтой яичной’, и они не осыпаются. Крупные, высокока­ чественные плоды имеет и ряд других элитных сеянцев ’Лиф­ ляндской желтой яичной’. Гибрид № 46-2-1 ’Лифляндской жел­ той яичной’ с ’Эдинбурской’ сливой включен в группу перспек­ тивных под названием ’Поллиской яичной сливы’; два других гибрида получили также высокую оценку. Из сеянцев ’Эдин­ бургской сливы’ заслуживают внимания № № 47-55-1, 47-55-11 и 47-55-36 по величине, окраске и вкусу плодов, а № 47-55-9 по скороспелости. Сеянцы ’Вильгельмины Шпэт’ дали ряд вы­ сококачественных, ранних элит с отделяющейся косточкой. Из них № 48-2-7 включен в группу перспективных сортов под на­ званием ’Сахарной’. Из сеянцев сливы, вступивших в плодоношение в последние 1960— 1963 годы, следует отметить гибрид ’Ренклода Улленса’ с ’Викторией’ с весом плодов до 55 г; по размеру и вкусу пло­ дов выделяется гибрид № 46-6-1 ’Эдинбургской’ с ’Ранней си­ ней’ и сеянец № 49—38— 1 ’Эдинбургской’ с крупными якроокра- шенными плодами. Гибриды ранних сортов ’Рут Герштегтер’, ’Скороспелка круглая’, ’Скороспелка красная’ дали ряд ранне­ спелых сеянцев с вкусовой оценкой плодов в 3 и 4 балла, созре­ вающих между 1 и 10 августа. Межвидовые скрещивания проведены между садовой сли­ вой, терносливой, уссурийской и американской (’Кресцент’) . Се­ янцы только еще вступают в плодоношение. По заданию Научно-исследовательского института садовод­ ства имени И. В. Мичурина по методу ступенчатой селекции проведены скрещивания по 4 комбинациям: местные сорта опы­ лены пыльцой сорта ’Волжская красавица’. 20 сеянцев были высажены весной 1963 года. В отношении передачи сеянцам свойств родителей следует отметить, что у сеянцев сливы ’Лифляндской желтой яичной’ преобладает свойственная материнскому сорту махровость цветков, наблюдаются длинные искривленные пестики и часто дефективность пыльников и пыльцы. Плоды в большинстве средней величины или крупные, окраска их от желтой до фио­ летовой. По скороплодности на первом месте стоят сеянцы ’Вильгельмины Шпэт’, ’Эдинбургской’ и ’Ранней синей’, по ско­ роспелости — сеянцы ’Вильгельмины Шпэт’ и ’Эдинбургской’. 576 Сахаристостью и отделяющейся косточкой отличаются сеянцы ’Вильгельмины Шпэт’. Для расширения довольно ограниченного сортимента вишен и черешен в план селекционной работы было включено получе­ ние морозоустойчивых высококачественных сортов вишни и че­ решни. .Методом работы было межсортовое и межвидовое скре­ щивание и посев косточек лучших сортов, особенно у черешни. В отношении полученных элитных сеянцев необходимо отме­ тить, что ’Лотовая’ вишня дала мало хороших сеянцев. Сеянцы ’Любской’ чувствительны к морозам. Сеянцы ’Красной плодо­ родной’ и 'Гриота Остгеймского’ дали ряд скороспелых и скоро­ плодных форм. Среди гибридов вишни с черешней выделен ряд форм с крупными и вкусными плодами, как, например, гибрид ’Лото­ вой’ с 'Вильяндиской желтой’ с крупными дессертного вкуса плодами, ’Красной плодородной’ с ’Кассино’ с высококачествен­ ными плодами, но недостаточно урожайный. Черешня ’Ленинградская черная’ дала ряд морозоустойчи­ вых сеянцев, имеющих плоды с хорошими вкусовыми качества­ ми. Один из сеянцев ’Зорьки’ заслуживает внимания в связи с тем, что имеет очень сладкие средней величины плоды. Среди сеянцев черешни из Морна выделяются три сеянца, из которых один очень ранний, второй с крупными темнокрасными слегка хрящеватыми плодами. В итоге необходимо отметить, что по сливе поставленная задача получения ранних сортов решается успешно: выделен скороспелый сорт ’Рут Герштеттер’ и получено от скрещивания ранних сортов ’Рут Герштеттер’, ’Скороспелка красная’, ’Скоро­ спелка круглая’ свыше 70 сеянцев, вызревающих за время с 1 по 15 августа; из них 14 сеянцев получили хорошую и 46 удов­ летворительную оценку по вкусу, 17 сеянцев получили хорошую и 58 удовлетворительную оценку по внешнему виду. Попутно выделен ряд высококачественных элитных сеянцев средних и поздних сроков созревания. По вишне и черешне также выделен ряд высококачествен­ ных сеянцев, созревающих с конца июня до начала августа. ФО Р МИ Р О В А Н И Е У Р О ЖА Я У Н А И Б О Л Е Е Р А С П Р О С Т Р А ­ НЕННЫХ В ЭСТ ОНСКОЙ ССР СО Р Т О В К Р Ы Ж О В Н И К А Э. Сарапуу Эстонский научно-исследовательский институт земледелия и мелиорации При выращивании плодовых и ягодных культур главной целью является получение высоких и стабильных урожаев. Для обеспечения этого необходимо знать процесс формирования уро­ жая. Необходимо знать, какие факторы оказывают на этот процесс положительное и какие отрицательное влияние, чтобы в практике можно было влиять на него в желаемом направле­ нии. Целью настоящего исследования и являлось изучение про­ цесса формирования урожая, а также влияющих на него фак­ торов у крыжовника как наиболее ценной в наших условиях ягодной культуры. При проведении исследования процесс формирования уро­ жая у крыжовника разбили на следующие три фазы: 1) обра­ зование и дифференциация зачатков цветков, 2) цветение, 3) оплодотворение и формирование плодов. Проведенными ранее исследованиями процесса образования и дифференциации зачатков цветков плодово-ягодных культур (Ро, 1925, 1929; Коломиец, 1959) выяснено, что этот процесс протекает неодинаково в различных местностях в зависимости от метеорологических факторов, агротехники, свойств сорта и географического размещения. Поэтому очень существенно изу­ чать все протекающие в растении процессы в конкретных усло­ виях местообитания. В настоящей работе рассматривается зависимость процесса образования и дифференциации зачатков цветков от сортовых особенностей, метеорологических факторов, применяемой агро­ техники и процессов роста и развития растения. Работа проводилась в течение трех лет (1959— 1961 гг.). Опытный материал брался из Экспериментальной базы Полли Научно-исследовательского института земледелия и мелиорации. Из выращиваемых в Эстонской ССР сортов крыжовника изучались 14 сортов — ’Отборный Л е б а ’, ’Раэ № Г, ’Триум­ фальный’, ’Ганза’, ’Ранний Гейнингса’, ’Смена’, ’Рекорд’, ’Пер­ венец Полли’, ’Зеленый бутылочный’, ’Индустрия’, ’Колумбус’, ’Белый триумфальный’, ’Пятилетка’, ’Хаутон’. По происхожде­ нию все исследуемые сорта разделяются на две группы: про­ исходящие от американского крыжовника ( Grossularia hirtella Michx.) и европейского крыжовника (Gr. reclinata Mill.) Между обоими видами имеются существенные биологические отличия в отношении резистентности к мучнистой росе крыжовника (Sphaerotheca mors-uvaea Berk.), степени самофертильности и др. За процессом дифференциации зачатков цветков наблюдали под микроскопом на срезах из почек, причем весь процесс раз­ били на девять фаз (по В. Л. Витковскому): 1. Начинается с образования почки в пазухе листа. Внут­ ренность почки однородна. Продолжительность фазы 11 — 21 день. 2. Происходит дифференциация почечных чешуек. В сере­ дине почки обособляется конус нарастания. Продолжительность фазы 16—30 дней. 578 3. Происходит дифференциация зачатков листьев. Продол­ жительность фазы 44—72 дня. 4. На вершине конуса нарастания появляются бугорки, из которых образуются зачатки цветка. Продолжительность фазы 12—22 дней. 5. Образуются зачатки тычинок и околоцветника, происхо­ дит углубление завязи. Фаза продолжается 19—30 дней (рис. 1). 6. Заканчивается углубление завяси и формируются ты­ чинки. Продолжительность фазы 11—25 дней. Рис. 1. Пятая фаза диф ф ерен­ Рис. 2. Седьмая фаза диф ф е­ циации зачатков цветка у кры­ ренциации зачатков цветка у жовника. крыжовника, А — зачаток цветка; В — з а ­ а — семяпочки; в — пыль- чатки листьев; С — почечные пики; с — зачаток пестика. чешуи. 7. Образуются зачатки семяпочек. Продолжительность фазы в 1959/60 г. была 140— 150 дней (в продолжение всего зимнего периода), в 1960/61 и 1961/62 гг. — 54—71 дней (рис. 2). 8. Образуются зачатки пестика. Продолжительность фазы в 1959/60 г. была 42—50 дней, в последующие два года — 129— 149 дней. 9. Окончательное оформление цветков. Продолжительность фазы 10— 19 дней. Непосредственно после девятой фазы начи­ нается цветение. По времени образования зачатков цветков исследованные сорта можно разделить на три группы: 1. Сорта, рано формирующие зачатки цветков. Сюда отно­ сятся ранние сорта 'Ранний Гейнингса’, ’Триумфальный’ и ’Раэ 37* 579 № Г и из среднеспелых сорт Т а н з а ’. У этой группы сортов об­ разование зачатков цветков отмечено 14— 16 августа. 2. Ко второй группе относятся большинство исследованных сортов: ’Колумбус’, ’Зеленый бутылочный’, 'Леба отборный’, 'Красный триумфальный’, ’Белый триумфальный’, 'Смена’ и ’Пятилетка' . Время образования зачатков цветков 25—30 авгу­ ста. 3. В третью группу относятся сорта ’Хаутон’ и ’Рекорд’. Условия внешней среды оказывают влияние на процесс об­ разования и дифференциацию зачатков цветков через происхо­ дящие в растении различные жизненные процессы. Особенно большое значение из метеорологических факторов имеет темпе­ ратура внешней среды. По трехлетним наблюдениям автора, в наших условиях сред­ няя суточная температура оказывается около 14— 16°С в период образования зачатков цветков. Дальнейшая дифференциация происходит в условиях постепенного понижения температуры. Метеорологические факторы оказывают влияние на рост и развитие растений не в отдельности, а в комплексе. В годы‘на­ блюдений можно было заметить, что на процесс дифференциа­ ции наряду с температурой оказывают влияние также количе­ ство осадков и солнечное сияние. Жаркие, сухие и солнечные дни на первых фазах дифференциации ускоряют прохождение их на 10— 12 дней. Прохладное, богатое осадками лето наоборот замедляет скорость дифференциации. Зачатки цветков образуются в почках, которые предвари­ тельно закончили интенсивный вегетативный рост. От начала ве­ гетативного роста до появления зачатков цветков у крыжовника требуется 102— 113 дней. Интенсивный вегетативный рост закан­ чивается за 12— 16 дней до образования зачатков цветков. До наступления зимнего покоя формируются все части цвет­ ка, кроме рыльца и генеративных клеток. Они являются самыми морозочувствительными частями цветка, и их формирование на­ чинается весной. Последняя фаза развития почек протекает па­ раллельно с началом вегетативного роста и продолжительность ее тесно связана с условиями внешней среды. Последнюю фазу развития проходят быстрее почки на ниж­ ней части куста, где ветви в отношении теплого режима нахо­ дятся в лучших условиях. Основным фактором, определяющим урожай плодового сада, является агротехника. От нее зависит состояние питания кустов, что, в свою очередь, обуславливает направление формирования почки в ростовую или цветочную. Так как закладка зачатков цветков происходит в конусе нарастания, то на основании ранее проведенных исследований имеется мнение (Ро, 1924), что в период образования зачатков цветков концентрация сока мери- стематических клеток конуса нарастания повышается, главным 580 образом, за счет белкового азота. Образованию зачатков цвет­ ков предшествует интенсивный вегетативный рост, в течение ко­ торого образуется достаточная ассимилирующая листовая пло­ щадь. Исследованиями И. А. Коломиеца (1954, 1959) показано, что образование зачатков цветков будет успешным только в том случае, если повышение концентрации клеточного сока до необ­ ходимого уровня происходит не позднее 20—25 дней после на­ чала развития почек. В это время в почках уже образовались почечные чешуйки и возникают зачатки листьев. Нами процесс образования и дифференциации зачатков цвет­ ков изучался у четырех сортов на трех различных по интенсив­ ности агрофонах. Исследуемыми сортами являлись: ’Отборная Леба’, 'Раз № Г, ’Смена’ и ’Триумфальный’. Использовались следующие варианты удобрений в агротехническом саду ягод­ ников (из расчета на га): Первый вариант: Второй вариант: Третий вариант 15 т навоза, 30 т навоза, 60 т навоза, 30 кг К2О, 60 т К20 , 90 кг К2О. 30 кг Р 2О 5 . 60 кг Р 20 5. 90 кг Р20з. Так как опытный сад был заложен в 1959 году, то в год посадки и в следующем после посадки году по вариантам удоб­ рений характерных различий не наблюдалось. Они наметились только в последующие годы. По данным наблюдений можно от­ метить, что на втором варианте ягодные кусты имеют более сильный рост по сравнению с первым вариантом, в результате чего образуется большая листовая поверхность и соответственно больше вырабатывается ассимилятов, что, в свою очередь, соз­ дает все условия к тому, чтобы возможно большее количество почек превратились в плодовые, так как процесс образования зачатков цветков в значительной мере определяется условиями питания. На интенсивном агрофоне из-за лучших условий пита­ ния процесс образования зачатков цветков начинается раньше; так, этот процесс начался во втором варианте на 5—7 дней раньше по сравнению с первым и третьим вариантом, что обес­ печивает более полное развитие зачатков цветков и они оказы­ ваются более жизнеспособными и лучше происходит завязыва­ ние плодов. В третьем варианте, вероятно, ростовые процессы доминируют над развитием и поэтому запаздывает начало диф­ ференциации зачатков цветков и урожайность оказывается ниже, чем во втором варианте. После окончания внутрипочечного процесса развития зачат­ ков цветков весной происходит цветение. Нормальное протека­ ние цветения является одним из существенных условий получе­ ния высокого урожая. Так как крыжовник цветет рано, в первой 581 декаде мая, то весенние заморозки могут повредить цветки. Действию кратковременных снижений температуры цветки кры­ жовника сравнительно устойчивы. Опытами установлено, что в случае повреждения только рылец и шейки пестика не происхо­ дит еше полной гибели урожая; наблюдались у некоторых сор­ тов еше 15—20% завязывания плодов. Гибель и опадение цвет­ ков вызывается повреждением семяпочки и завязи. Особенно чувствительными к повреждениям являлись цветки у сорта ’Раэ № Г. У других сортов повреждаются цветки при —5° С. Для формирования урожая существенное значение имеет совпадение времени цветения и особенно массового цветения сортов, что является важным условием для осуществления пе­ рекрестного опыления. По времени цветения изученные сорта разделялись на три группы: 1) рано-, 2) средне- и 3) поздно- цветущие сорта. У первых двух групп (ранне- и среднеспелые сорта) на значительном протяжении периоды массового цвете­ ния совпадают. Поздноцветушими являются некоторые поздне­ спелые сорта. Эти сорта более или мене самофертильны. Изучение опыления у крыжовника проводилось по четырем следующим вариантам: 1. Изолированно, без искусственного опыления. 2. Опыление собственной пыльцой. 3. Перекрестное опыление. 4. Контроль — свободное опыление. На основании полученных результатов можно утверждать, что хотя крыжовник является самоопыляющимся растением, но все же при перекрестном опылении урожай повышается на 10— 20%. В перекрестном опылении особенно нуждаются сорта ’Ко­ лумбус’, ’Ганза’, ’Ранний Гейнингса’, 'Белый триумфальный’ и ’Зеленый бутылочный’. Практически самофертильными являются сорта ’Отборный Л еб а ’, ’Хаутон', 'Первенец Полли’. От соб­ ственной пыльцы они дали 65—88% завязывания плодов. При перекрестном опылении процент завязавшихся плодов повы­ шался незначительно. Полностью самостерильных и интерстерильных сортов среди исследованных сортов не обнаружилось. На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы: 1. Процесс образования и дифференциации зачатков цвет­ ков у крыжовника начинается во второй декаде августа, у ранних сортов на 9— 11 дней раньше, чем у поздних сортов. Соответ­ ственно времени образования зачатков цветков следует выби­ рать сроки внесения удобрений. Весенним внесением удобрений, в первую очередь, стимулируется вегетативный рост, обеспечи­ вающий образование достаточной ассимиляционной листовой поверхности. Летом удобрение следует давать с таким расче­ том, чтобы растения могли усвоить его за 30—35 дней до на- 582 чала процесса образования зачатков цветков; в более поздний срок удобрения не увеличивают количества зачатков цветков. 2. Крыжовник требует высоких доз удобрений. В молодом насаждении можно рекомендовать нормы удобрений второго ва ­ рианта, а в плодоносящем насаждении — третьего варианта наших опытов. 3. В целях повышения урожая крыжовника следует обра­ щать большое внимание на вопросы опыления, так как у боль­ шинства сортов перекрестное опыление повышает урожай и улучшает его качество. Исходя из этого, более крупные насаж­ дения крыжовника следует закладывать из 2—3 сортов. Л И Т Е РА Т У РА В и т к о в с к и ii В. Л. Строение и жизненный цикл ростовых и смешанных почек крыжовника в связи с урожайностью. Автор, канд. диссерт., Л., 1954. К о л о м и е ц И. А. Об условиях образования репродуктивных органов. 1954. К о л о м и е ц И. А. Биологические основы преодоления периодичности пло­ доношения яблони. Агробиология, № 2, 1959. Н и з е н ь к о в Н. Зависимость урож ая фруктов (яблони и груши) в Крыму от метеорологических условий. Симферополь, 1915. Р о Л. М. К вопросу о закладке цветочных почек. Вестник плод., виногр. и огороди., № 10, 1925. Р о Л. М. Закладка цветочных почек и их развитие у плодовых деревьев. Тр. Млеевской садово-огор. станции, вып. 13, Киев, 1929. Р о Л. М. Об условиях образования репродуктивных органов яблони. Агро­ биология, № 2, 1948. K u k k Е. Õunapuu õiealgm ete tekkimine ja diferentseerumine Eesti NSV kliimatingimustes. Autoref. põll. kand., Tallinn, 1956. О СР АСТ АЕ МОСТ И И С О В МЕ С Т И МО С Т И ПО Д В О Я И П Р И В О Я У Я Б Л О Н И К. Сыгел Эстонский научно-исследовательский институт земледелия и мелиорации При подборе для сортов плодовых деревьев подходящих под­ воев большое внимание обращается на взаимную анатомиче­ скую и физиологическую совместимость подвоя и привоя. Под взаимной анатомической совместимостью подвоя и привоя под­ разумевается полная срастаемость соответствующих тканей при­ вивочных компонентов, в результате чего образуется прочное анатомическое соединение подвоя с привоем. Физиологическая совместимость прививочных компонентов проявляется в оди­ наковой активности физиологических процессов и во взаимной 583 соответствии питательных солей и пластических веществ. Взаимная совместимость прививочных компонентов является предпосылкой формирования жизнеспособного, урожайного и устойчивого плодового дерева. При выяснении взаимной совместимости подвоев и привоев у яблони на Экспериментальной базе Полли Научно-исследова­ тельского института земледелия и мелиорации начиная с 1960 г. изучаются закономерности процесса срастания прививочных компонентов и изменения, происходящие в физиолого-биохими- ческих показателях тканей и клеток во время процесса сраста­ ния. Опыт был заложен с двумя в Эстонской ССР наиболее распространенными подвоями ’Анис’ и 'Китайка Санинская’, на которые прививались 4 культурных сорта: 'Лифляндское лу­ ковичное’, ’Осеннее полосатое’, 'Лифляндский золотой ренет’ и Антоновка’. Для изучения процесса срастания изготовлялись поперечные срезы через место прививки и в клетках цитохими­ ческим методом определялся окислительно-восстановительный режим, активность ферментов и интенсивность превращения крахмала и сахара. Успешность срастания прививочных компонентов зависит как от внешних, так и от внутренних факторов. Из внешних факторов важное значение имеют метеорологические условия '(осадки, температура воздуха). Погода в августе и сентябре 1960 и 1961 гг. была достаточно благоприятная для процессов срастания (осадков выпало в среднем 36.7 и 67,5 мм, средняя температура воздуха была 12,4°), вследствие чего процесс сра­ стания совершался быстро и закончился в начале октября. Процент срастания в зависимости от сорта был в пределах 62,5—92,0%. 1962 год в этом отношении оказался особенно неблагоприятным, так как в период прививки и последующего срастания беспрерывно шли дожди, дули сильные ветры и сред­ няя температура воздуха была относительно низкая (осадков в среднем за два месяца выпало 148,9 мм, средняя температура воздуха была 11,8°). Процент срастания оказался поэтому срав­ нительно низким, 22,7—63,0%. В августе 1963 г. осадков было достаточно, что наряду с высокой температурой воздуха (16,8°) благоприятствовало процессу срастания, который закончился в начале октября. При прививке следует большое внимание обращать на каче­ ство проведения ее, особенно на быстроту и чистоту прививки. При прохождении процесса срастания прививочных компо­ нентов важную роль играют внутренние факторы, т. е. степень взаимной совместимости прививочных компонентов. При различ­ ных прививочных компонентах процесс срастания протекает неодинаково. Привитый на 'Санинскую китайку’ сорт ’Лифляндское луко- 584 вичное’ срастается с подвоем медленно и часто неполностью. На 6—7 день после прививки начинается образование каллюса по краям срезов щитка глазка и подвоя. Образование каллюса идет более активно на стороне подвоя. Параллельно с развитием тка­ ни каллюса расширяется также и изолирующий слой, состоящий из поврежденных при прививке и отмерших клеток. Процесс срастания заканчивается дифференциацией клеток каллюса, что при прививке ’Лифляндского луковичного’ на ’Санинскую китайку' происходит в середине октября. К этому времени клет- Рис. 1. Продольным разрез через место срастания привитых в 1961 году деревьев (фотоснимок 19 сент. 1963 г.). А — подвои ’Санинская китайка’; Б — подвой ’Анис’; В — привой ’Лифляндское лучовичное’; Г — изолирующий слой. ки изолирующего слоя еще не распались, а сохраняются между тканями в зоне срастания, препятствуя полному соединению соответствующих тканей и задерживая обмен веществ между прививочными компонентами. Сохранение клеток изолирующего слоя в зоне места срастания указывает на плохую совмести­ мость прививочных компонентов (рис. 1). Аналогично идет процесс срастания и при прививке на ’С а ­ нинскую китайку’ сорта ’Лифляндский золотой ренет’. Обра­ зуется широкий слой ткани каллюса, особенно на стороне под­ воя, что обеспечивает достаточно удовлетворительное срастание прививочных компонентов. Указанные сорта хорошо растут на подвое ’Анис’. Процесс срастания благодаря интенсивному делению клеток каллюса з а ­ канчивается уже в сентябре, ткань каллюса узкая, и мало рас­ ширяется также изолирующий слой, который почти полностью рассасывается уже осенью в год прививки. С С0 Л П0 а б Рис. 2. Поперечные срезы через места срастания прививочных компонентов 19 септ. 1963 г. (прививка 6 августа 1963 г.). л — ’Лифляндское луковичное’ на подвое ’Анис’. Каллюс и окружающие его клетки заполнены крахмалом; б — ’Лифляндское луковичное’ па подвое ’Санинская китайка’. Ткань каллюса широкая и содержит мало крахмала, Антоновка хорошо растет на подвое ’Анис’. При прививке на ^Санинекую китайку’, образование каллюса начинается на 4—5 день и идет интенсивнее на стороне привоя. Отдельные клетки изолирующего слоя в зоне места срастания сохраняются в течение нескольких лет. ’Осеннее полосатое’ хорошо срастается как с ’Санинской ки­ тайкой’, так и с ’Анисом’. Процесс срастания происходит срав­ нительно быстро и заканчивается в сентябре. Ткань каллюса узкая, слабо развивается изолирующий слой, распадаясь пол­ ностью к весне следующего года. В процессе срастания прививочных компонентов важную роль играют происходящие в клетках места срастания физиоло- го-биохимические процессы. Вследствие интенсивного обмена веществ в молодых клетках каллюса накапливается много ф ер ­ ментов. Большое значение имеет фермент пероксидаза, которая производит окисление органических веществ с помощью пере­ кисей, образующихся при дыхании. Многие ученые (А. С. Кру- жилин, 1960; И. В. Каймакан, 1959; Л. В. Колесник, 1956; Г. П. Михайлова, 1957 и др.) в своих работах отмечают увели­ чение активности пероксидазы в клетках места срастания. На основании данных наших опытов активизацию деятельности ф ер ­ мента пероксидазы можно отметить в период интенсивного раз­ множения клеток каллюса (10— 15 дней после прививки), осо­ бенно при срастании привитых сортов на подвое ’Анис’. Кроме пероксидазы, в окружающих каллюс клетках, а позднее и в каллюсе, накапливаются и другие биологически активные ве­ щества, например, аскорбиновая кислота, соединения с сульф- гидрильной группой, полифенолы и т. д. Для характеристики деятельности ферментов в клетках ткани каллюса проводилось определение окислительно-восстановительного режима. В пе­ риод интенсивного размножения в клетках каллюса сильно пре­ обладают восстановительные процессы. В конце процесса сра­ стания при прививке на ’Анис’ или весной следующего года при прививке на ’Санинскую китайку’ в клетках каллюса преобла­ дают окислительные процессы. Часто в одной группе 'клеток каллюса преобладают восстановительные, в другой — окисли­ тельные процессы, что указывает на неоднородность этой ткани. Из углеводов крахмал и сахар являются главным субстратом дыхания и служат источником биосинтеза других веществ. В на­ чале процесса срастания вблизи места среза в клетках древесин­ ной паренхимы и сердцевинных лучей накапливается крахмал и сахар, которые используются в качестве питательных веществ при формировании новых клеток. По окончании процесса сра­ стания начинается отложение углеводов в запас. В случае хо­ рошего срастания и наличии благоприятных внешних условий в клетках каллюса и окружающих его тканей накапливается до­ статочно крахмала (у всех сортов, привитых на подвой ’Анис’, и у ’Осеннего полосатого’ на подвое ’Санинская китайка’). В слу­ чае плохого срастания часто наблюдается недостаточное и не­ равномерное накапливание запасных веществ в клетках места срастания, что вызывает в суровые зимы гибель привитых де­ ревьев, как это наблюдается, например, у 'Лифляндского луко­ вичного’ и 'Лифляндского золотого ренета’ на подвое ’Санин­ ская китайка’ (рис. 2). Удовлетворительное или хорошее срастание прививочных компонентов не всегда обеспечивает нормальный рост и разви­ тие деревьев в последующие годы. Физиологическая несовме- а б Рис. 3. Развитие окулянтов в питомнике (6 июня 1962 г.). а — ’Лифляндское луковичное’ на подвое ’Санинская ки­ тайка’; б — ’Лифляндское луковичное’ на подвое ’Анис’. стимость подвоя и привоя может обнаруживаться только после нескольких лет совместного роста, причем причиной этого могут быть многие факторы, например, несоответствие ритма развития прививочных компонентов, непригодность продуктов обмена ве­ ществ, различная активность биологических процессов и т. д. Из наблюдений за развитием сросшегося с подвоем приви­ того глазка весной следующего года выяснилось, что из сор­ тов, привитых на ’Санинскую китайку’, раньше всех трогается в рост ’Осеннее полосатое’. Начало роста глазка ’Лифляндского луковичного’ запаздывает на 5—б дней. При прививке на ’Анлс’ развитие глазков ’Лифляндского луковичного’ и ’Осеннего ло лосатого’ идет одновременно (рис. 3). Довольно поздно разви­ ваются глазки Антоновки’ и ’Лифляндского золотого репе а’ при прививке на Санинскую китайку’, что показывает на за- 588 держку развития привитого глазка при использовании неподхо­ дящего для сорта подвоя. Сильнорослое ’Лифляндское лукович­ ное’ иногда хорошо растет и на подвое 'Санинская китайка’, осо­ бенно в первые годы после прививки. Рост ’Лифляндского золо­ того ренета’ и ’Антоновки’ на указанном подвое удовлетвори­ тельный или хороший. Привитый на 'Санинскую китайку’ сорт Рис. 4. ’Лифляндский золотой Рис. 5. ’Лифляндский золотой ренет’ на ’Санинской китайке’. ренет’ на ’Санинской китайке’. Вследствие плохой совмести­ Двухлетнее деревцо цветет и мости прививочных компонен­ плодоносит. тов деревцо хиреет. ’Лифляндский золотой ренет’ часто уже на 2—3 году дает цве­ точные почки и плодоносит, что является одним из пяизнаков пло­ хой совместимости. При плохом срастании приток питательных веществ в подвой задерживается; обилие углеводов в привое и служит причиной раннего плодоношения (рис. 4 и 5). Корневая система страдает от недостатка углеводов, что может стать причиной гибели дерева. Признаком плохой совместимости яв­ ляется также преждевременное пожелтение и опадение листьев у привитого дерева, что также наблюдается при прививке ’Л и ф ­ ляндского золотого ренета’ на ’Санинскую китайку’. Из физиологических процессов у привитых деревьев изучали интенсивность дыхания листьев и активность фермента ката­ лазы. И. В. Каймакан (1959) считает одним из показателей 589 физиологической совместимости активность каталазы. Изучая совместимость груши с айвой, он пришел к выводу, что при хо­ рошей совместимости прививочных компонентов активность ка­ талазы у них одинакова. При определении перед прививком в листьях прививочных компонентов активности каталазы выяс­ нилось, что активность каталазы в листьях ’Лифляндского лу­ ковичного’ и ’Осеннего полосатого' выше, чем в листьях ’Лиф­ ляндского золотого ренета’ и подвоев. В листьях однолетнего окулянта активность каталазы в течение вегетационного периода изменяется, достигая первого максимума весной и второго — осенью перед опадением листьев. Интересно отметить, что в ли­ стьях ’Санинской китайки’ и в листьях привитых на нее ’Лиф­ ляндского золотого ренета’, ’Лифляндского луковичного’ и ’Ан­ тоновки' активности каталазы не совпадают, что, вероятно, является одной из причин плохой совместимости указанных сор­ тов с подвоем ’Санинская китайка’. При определении интенсивности дыхания листьев оказалось, что у сортов, росших на подвое ’Анис’, интенсивность дыхания ниже, чем у этих же сортов, растущих на подвое ’Санинская ки­ тайка’. Заметной связи между интенсивностью дыхания и актив­ ностью каталазы не обнаружено. В листьях ’Лифляндского :-.о- лотого ренета’, ’Антоновки’ и ’Осеннего полосатого’ на и д -ice 'Санинская китайка’ и ’Анис’ максимумы интенсивности дыха­ ния и активности каталазы* во время вегетационного периода совпадают. При изучении обмена веществ между подвоем и привоем в последние годы с успехом пользуются радиоактивными изото­ пами (Н. М. Сисакян и В. Я. Воронкова, 1950; В. А. Тырина, 1958 и др.). Так, В. А. Тырина считает количество радиоактив­ ного фосфора в листьях одним из показателей взаимной совме­ стимости подвоя и привоя. В результате своих опытов она при­ ходит к заключению, что чем лучше подвой соответствует при­ вою, тем больше радиоактивного фосфора при корневой под­ кормке передвигается в листья привоя., В наши;: опытах при определении количества радиоактивного фосфора в различных частях подопытных деревьев (радиоак­ тивный фосфор давали в почву в виде раствора КН2Р 320 4 ) вы­ яснилось, что больше всего фосфора обнаруживается в молодых листьях, затем следуют старые листья, клетки флоэмы побега и меньше всего в ксилеме (табл. I). В случае хорошего сраста­ ния содержание радиоактивного фосфора почти одинаково во флоэме подвоя и привоя, а также в месте срастания прививоч­ ных компонентов. При плохом срастании прививочных компо­ нентов передвижение фосфора из корней в привой задержива­ ется и его накапливается больше в клетках паренхимы коры и в листьях подвоя. Особенно заметно это проявляется в случае прививки ’Лифляндского золотого ренета’ и ’Антоновки’ на под- 590 Т а б л и ц а 1 Содержание радиоактивного фосфора в привитых яблонях (в имп./мин. на 1 г сухого веса) В листьях В побегах Наименование прививочных Степень компонентов срастания £- < 'Лифляндское луковичное’ на 2756 1310 338 220 хорошее срастание ’Санинской китайке’ ! . ’Осеннее полосатое’ на ’Санин­ 1410 1310 538 514 хорошее срастание ской китайке’ i 1 ’Лифляндский золотой ренет’ 1280 1274 320 400 удовлетворитель­ на ’Санинской китайке’ ное срастание ’Антоновка’ на ’Санинской .ки­ 560 1180 238 424 плохое срастание тайке’ 'Лифляндское луковичное’ на 1300 856 312 352 хорошее срастание ’Анисе’ 'Осеннее полосатое’ на ’Аннее’ 540 518 298 264 хорошее срастание ’Лифляндский золотой ренет’ 758 1110 324 280 плохое срастание на ’Анисе’ ’Антоновка’ на ’Анисе’ 1536 1110 232 220 хорошее срастание вой ’Санинская китайка’. Важную роль здесь играют анатоми­ ческие особенности срастания прививочных компонентов. На основании предварительных результатов опытов по изу­ чению процесса срастания различных прививочных компонентов я физиолого-биохимических изменений в клетках места сраста­ ния можно сказать, что в клетках места срастания ’Аниса' и привитых на него сортов в достаточном количестве накапливают­ ся с высокой физиологической активностью вещества, содей­ ствующие быстрому срастанию прививочных компонентов и своевременному накоплению запасных веществ в клетках кал- люса. Интенсивная жизнедеятельность в клетках места сраста­ ния и интенсивное накопление радиоактивного фосфора в при­ вое являются одними из показателей хорошего срастания и взаимной совместимости привитых сортов. На ’Санинскую китайку’ с успехом можно прививать только Осеннее полосатое’. ’Лифляндское луковичное’, ’Лифляндский золотой ренет’ и до некоторой степени ’Антоновка’ с подвоем Санинская китайка’ плохо совместимы. 591 привой Л И Т Е Р АТ У РА К а ü м а к а н И. В. О диагностике срастания айвы с грушей при прививках. Труды объединенной научной сессии, т. 1. 1959. К о л е с н и к Л. В. Анатомия и физиология срастания прививок винограда. Тр. Кишиневского СХИ, т. X, 1956. К р у ж и л и н А. С. Взаимовлияние привоя и подвоя растений. М., 1960. М и х а й л о в а Г. П. Состояние протоплазмы и обмен веществ в месте сра­ стания. Физиология растений, № 3, 1957. С и с а к я н Н. М., В о р о н к о в а В. Я. Обмен радиоактивного фосфора меж­ ду привоем и подвоем гибридного растения. Доклады Академии Наук СССР, т. LXX, № 2, 1950. Т ы р и н а В. А. К методике определения совместимости привоев и гюдвоеЕ. Физиология растений. Агрохимия. Почвоведение. М., 1958. О Д И Н А М И К Е С О Д Е Р Ж А Н И Я П О Л И Ф Е Н О Л О В В Л И С Т Ь Я Х Я Б Л О Н И НА Р А З Л И Ч Н Ы Х П О Д В О Я Х X. Мооритс Тартуский госуниверситет Из литературных данных известно, что относящиеся к поли- фенольным соединениям фенилпропаноиды участвуют в биосин­ тезе лигнина (Sarkanen, 1963). При несовместимости прививоч­ ных компонентов у плодовых культур в середине лета на месте прививки процесс лигнификации нарушается, тогда как весной он протекает нормально (Неггего, 1951). Неиспользованные для одревеснения клеточных стенок фенольные соединения накапли­ ваются летом в тканях привоя, вследствие чего образуются тем- ноокрашенные участки отмерших клеток (Buchloh, 1960, 1962). При слабо Во1раженпой несовместимости прививочных компонен­ тов рост деревьев замедляется, но вступление их в пору плодо­ ношения ускоряется (Mosse, Неггего, 1951). Маргна (1963) ука­ зывает, что сравнительно высокое содержание полифенолов в листьях слив наблюдалось у деревьев с замедленным ростом. Учитывая приведенные данные, представляло интерес про­ следить динамику содержания полифенолов в листьях деревьев яблони, растущих на разных подвоях. На основании исследований Курсанова и сотрудников (1947), полифенолы принято делить на две фракции: 1) водораствори­ мая и 2) окисленная (связанная с протеином). Водорастворимая фракция полифенолов нами определялась методом Левенталя в модификации Курсанова (1941), а связан­ ная фракция — методом Бокучава и Попова (1946). Исследования проводились в течение 1962 и 1963 годов. Для анализов листья собирались с деревьев яблони, растущих в саду Морнаского отделения Экспериментальной базы Полли Эстон- 592 /962 МГ//{Мг AU/A M ' / 9 6 3 nr л, 6 / / ßn/nr 6Н/Л, - о л о ф w /n , Рис. 1. Содержание свободных полифенольных соединений в листьях яблони. сtoм З аказ JV* 475.J ского научно-исследовательского института земледелия и мелио­ рации. Опытный плодовый сад для испытания подвоев здесь был заложен в 1951 — 1953 гг. научным сотрудником Я. Пальком. В качестве подопытных сортов яблони были выбраны: летний сорт ’Белый налив’ (БН), осенний сорт ’Осеннее полосатое’ (О П ) и зимний сорт ’Лифляндское луковичное' (Л Л ) , привитые на полукультурный подвой ’Пыллумяэское грушевидное’ (ПГ) и на сеянец сибирки ’Ланге Г (Л]). Контролем служили корне­ собственные деревья. Биохимические анализы производились на кафедре физиоло­ гии и биохимии растений Тартуского государственного универ­ ситета. Из результатов анализов выяснилось, что в начале вегета­ ционного периода, во время интенсивного роста побегов, содер­ жание фракции свободных полифенолов в листьях яблони было сравнительно низкое (рис. 1 и 2). После окончания роста побе­ гов, в июле и августе, содержание полифенолов в листьях по­ вышается. Эти данные совпадают с результатами исследований Поплавского (1956). В листьях подвоя Л] и деревьев ’Белого налива’ на всех ис­ пользованных в опытах подвоях содержание свободных полифе- — ПГ --- /Ä — Б Н — 6 Н /Л Г — БН/Л, — оп — О/7/лГ — оп/л, — ЛЛ — л л /л г Рис. 2. Рост в длину побегов яблони. нолов было высоким также в сентябре, тогда как у подвоя ПГ и у деревьев сортов ОП и Л Л оно снижалось. Снижение содержа­ ния полифенолов в конце вегетационного периода наблюдал также Курсанов (1952). Следует отметить, что у деревьев сор­ тов ОП и Л Л нередко наблюдается в сентябре вторичный росг побегов, тогда как у деревьев БН рост побегов осенью не возоб­ новляется. В листьях опытных деревьев в отдельных вариантах опыта динамика содержания свободных полифенолов оказалась сход­ ной с таковой у корнесобственных деревьев и, следовательно, влияния подвоя не обнаруживалось. В варианте Л Л /П Г содер­ жание свободных полифенолоз было значительно выше, чем у корнесобственных деревьев, что, по-видимому, следует объяснить различиями в темпе ростовых процессов. Рост побегов у де­ ревьев варианта Л Л /П Г в 1962 и 1963 году совершался слабее, чем у корнесобственных деревьев (рис. 2). При прослеживании динамики содержания связанных поли­ фенолов в листьях яблони в течение вегетационного периода (табл. 1) отчетливо выявляется их накопление в период оста­ новки роста побегов. В конце вегетационного периода содержа­ ние связанных полифенолов снижается у деревьев всех вариан­ тов опыта. Т а б л и ц а I Содержание связанных полифенолов в листьях яблони (в мг на дм2 поверхности листьев) 5— 12/VI 2— 11/V1I 6— 18/VI1I 19—21/IX Варианты 1962 1963 1962 1963 1962 1963 1962 1963 ПГ 7,2 10,3 7,9 13,4 15,3 14,3 10,4 7,8 л , 5.9 7,7 20,5 5,3 19,8 6,8 11,8 10,0 БН 6,5 6,4 6,7 17,2 7,9 10,7 10,9 8,7 БН/ПГ 7,7 5,8 10.3 18,6 12,1 4,5 9,7 9,3 БН/Л, 9,2 9,4 8,5 13,7 20,1 6,3 16,8 7,6 ОП 4.3 5,6 7,5 6,5 9,6 18,6 9,9 10,3 ОП/ПГ 2.4 4,г‘ 10,0 4,4 10,3 20,2 7,8 9,4 ОП/Л, 2,6 4.9 14,0 10,0 8,6 8,7 6,5 7,3 л л 3,9 6,8 10,0 8.6 10,3 8,9 11,2 6,7 ЛЛ/ПГ 4,4 6,3 12,2 10.6 10,1 11,8 .1,4 10,8 Следовательно, высокое содержание свободных и связанных полифенолов увеличилось параллельно с торможением ростовых процессов. Сходную динамику содержания полифенольных со­ единений в побегах яблони обнаружил также Сарапуу (1964) Однако до настоящего времени остается невыясненным, являет­ ся ли высокое содержание полифенолов причиной остановки роста или следствием ее. Поданным Вуда (I960), окисленные полифенолы ингибируют активность фермента полигалактуроназы. Известно, что этот фермент катализирует гидролиз связей между остатками галак- туроновой кислоты в пектине. В результате гидролиза образую­ щиеся короткие цепочки кислот используются для роста клеточ­ ных стенок. Эти данные говорят в пользу того взгляда, что вы­ сокое содержание полифенольных веществ может быть причиной остановки роста. Однако, с другой стороны, известно, что при синтезе поли­ фенольных веществ играют важную роль фенилпропановые час­ ти аминокислот, например, фенилаланина и тирозина (Friedrich, 1958). Виртанен и Оланд (1954) наблюдали, что при недостатке азота приостанавливался рост молодых яблонь и происходило накопление полифенолов. Согласно полученным венгерскими учеными новым данным (Udvardy, Horvath, 1964), повышение содержания полифенольных веществ в листьях растений вызы­ вается ослаблением деятельности корней в отношении снабже­ ния надземной части азотом. При этом увеличивается роль пен- тозофосфатного цикла в процессе дыхания. Известно, что мета­ болиты пентозофосфатного цикла являются исходными веще­ ствами для синтеза ароматических соединений (Neish, I960). Приведенные данные указывают на то, что повышенное содер­ жание полифенолов, наблюдаемое при остановке роста, может быть обусловлено недостатком азота. Необходимо также иметь в виду, что данные суммарного оп­ ределения полифенолов не могут дать окончательного ответа на поставленный вопрос. На основании данных наших определе­ ний можно только констатировать, что при торможении роста побегов содержание полифенольных веществ в листьях деревь­ ев яблонь увеличивается. Из приведенных в табл. 1 данных видно, что амплитуда ко­ лебания уровня содержания связанных полифенольных веществ в течение вегетационного периода у различных по скороспе­ лости сортов яблони оказывается неодинаковой. У зимнего сор­ та Л Л (корнесобственное дерево) она в 1962 году была 7,31 мг/дм2, а в 1963 году — 2,2 мг/дм2 поверхности листьев. У скороспелого сорта Л i амплитуда колебания была значитель­ но больше, чем у предыдущего сорта. В 1962 году она состав­ ляла 14,6 мг/дм2, в 1963 году — 4,1 мг/дм2. Промежуточное мес­ то по указанному показателю занимает осенний сорт яблони ОП. Не исключена возможность, что причина упомянутых разли­ чий заключается в различной активности ферментов у скороспе­ лых и поздних сортов. Соответствующими исследованиями вы­ 596 яснено, что активность катехолоксидазы, принимающей участие в реакциях окисления и конденсации полифенольных веществ, зависит в значительной степени от числа и расположения гид­ роксильных групп в фенольном кольце (Ammon, Dirschel, 1959). В том случае, если прививочные компоненты значительно различались по амплитуде колебания уровня содержания поли­ фенольных соединений, они оказались несовместимыми. Все са­ женцы яблони в варианте Л Л /Л i погибли уже в питомнике, тогда как сорт ОП оказался хорошо совместимым с большин­ ством подвоев. Можно предполагать, что полифенольные веще­ ства скороспелых и позднеспелых сортов яблони имеют струк­ турные различия. Из литературных данных известно, что не­ свойственные данному прививочному компоненту полифенольные соединения не проходят через место прививки. Каждый приви­ вочный компонент сохраняет свойственную для него структуру полифенолов (Williams, 1953, 1955; Friedrich, 1958а). Нормаль­ ное протекание процесса одревеснения клеток при плохой совме­ стимости компонентов прививки в начале вегетации (Неггего, 1951) представляется возможным, по-видимому, из-за сравни­ тельно низкого содержания полифенольных соединений во время интенсивного роста побегов. В месте прививки, очевидно, может происходить переработка полифенольных соединений в прием- темую форму для прививочных компонентов. Вследствие обиль­ ного накопления этих веществ в середине лета происходит отми­ рание клеток в месте прививки. На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы: 1. Максимальное содержание полифенольных соединений в листьях яблони обнаруживается в середине лета. 2. Содержание полифенолов в листьях деревьев яблони, от­ личающихся замедленным ростом побегов, оказывается выше, чем у деревьев с интенсивным ростом побегов. 3. Содержание связанных полифенолов в листьях скороспе­ лых сортов яблони в течение вегетационного периода возрастает интенсивнее, чем у поздних сортов. ЛИТЕРАТУРА Б о к у ч а в а М. А. и П о п о в В. Р. Количественное определение нераство­ римого в воде таннина. Биохимия чайного производства, 5, 1946. М а р г н а У. В. Влияние различных подвоев на комплекс полифенольных со­ единении в привое сливы. Автореф. канд. диссертации, Таллин, 1963. К у р с а н о в А. Л. Определение различных форм дубильных веществ в рас­ тениях. Биохимия, 6 , 3, 1941. К у р с а н о в А. Л. , Д ж е м у х а д з е X. М. и З а п р о м е т о в М. И. Кон­ денсация катехинов чанногю листа при окислении. Биохимия, 12, 421, 1947. К у р с а н о в А. Л. Синтез и превращения дубильных веществ в чайном рас­ тении. Изв. АН СССР, 1952. П о п л а в с к и й К- М. Динамика дубильных веществ в годичном цикле раз­ вития яблони. Тр. Плодо-овощного ин-та им. И. В. Мичурина, 9, 1956. С а р а п у у Л. Флоридзин в качестве ^-ингибитора и сезонная динамика про­ дуктов его метаболизма в побегах яблони. Физ. раст., 11, 4, 1964. A m m o n R. und D i r s c h e l W. Fermente, Hormone. Vitamine. I, Stutt­ gart, 1959. В u с h 1 ö h G. The lignification in stock-scion junctions and its relation to compatibility. In: Phenolics in plant health and disease, I960. В u с h 1 о h G. Verwachsung und Verwachsungsstörungen als Ausdruck des Affinitätsgrades bei Propfungen von Birnenvarietäten auf Cydonis oblonga. Beiträge zur Biologie der Pflanzen, 37, 2, 1962. F r i e d r i c h H. Untersuchungen über die phenolischen Inhaltsstoffe von Pyrus communis L. 3. Mitteilung. Der Einfluß von Propfungen auf den Arbutingehalt der Blätter von Reis und Unterlage. Pharmazie, 13, 1, 1958. F r i e d r i c h H. Die Biosynthese aromatischen Pflanzenstoffe. Pharmazie, 13, 6 , 1958a. H e r r е г о J. Studies of compatible and incompatible graft combinations with special reference to hardy fruit trees. J. Hortic Sei., 26, 3, 1951. M o s s e B. and H e r r e r о J. Studies on incompatibility between some pear and quince grafts. J. Hortic Sei., 26, 3, 1951. N e i s h A. C. Biosynthetic pathways of aromatic compounds. Annual Rev. Plant. Physiol., 11, 1960. S a r k a n e n K. V. Wood lignin. In: The chemistry of wood. 1963. U d v a r d у J. and H o r v a t h M. Role of the root system in the regula­ tion of oxidative metabolism in barley haves. Acta Biol. Hung., 15, 1, 1964. Vi r t a n e n A. J. and 0 1 a n d K. On the formation of phloridsin in normal and low nitrogen apple maidens. Acta Chem. Scand., 8 , 1954. W i l l i a m s A. H. The applications of chromatographic methods to the study of the biochemistry and nutritions of plants. Science and Fruit, 1953. W i l l i a m s A. H. Phenolic substances of pear and apple hybrids, Nature, 175, 4448, 213, 1955. W o o d R. K. S. Pectic and cellulytic ensymes in plant disease. Annual Rev. of Plant Physiol. 11, I960. Р О Л Ь П Ы Л Ь Ц Ы В Д О М И Н И Р О В А Н И И о т ц о в с к о й Н А С Л Е Д С Т В Е Н Н О С Т И У Г И Б Р И Д Н Ы Х С Е Я Н Ц Е В Я Б Л О Н И Е. А. Таранова Институт биологии АН Латвийской ССР Несмотря на большую актуальность, проблема доминирова­ ния отцовской наследственности в гибридном потомстве еще не­ достаточно разрешена. Многие исследования, доказывающие возможность управле­ ния доминированием отцовских признаков в потомстве, связаны с опылением и оплодотворением растений пыльцой различного количества, возраста и различных пыльцесмесей (Тер-Ава- несян, 1957; Айзенштат, 1954; Турбин, 1954). Работ по изучению роли биологического качества пыльцы в формировании и прояв­ лении отцовской наследственности в гибридном потомстве еще очень мало. 598 Поэтому нами была поставлена задача изучить характер на­ следования отцовских признаков у межсортовых гибридных се­ янцев яблони в зависимости от биологических особенностей пыльцы, сортов-производителей и влияния внешних условий. Для выполнения поставленной задачи в 1948— 1951 гг. было проведено взаимное перекрестное опыление между II сортами яблони (’Акеро’, 'Антоновка шестиеотграммовая’, ’Белый нализ’, ’Борсдорфское луковичное’, ’Земляничное Ничнера’, 'Осеннее полосатое’, ’Сеянец Требу’, ’Сигне Тилишь', Пепин литовский’, Пепин шафранный’, ’Уэльси’), от которых было получено более 23 000 гибридных сеянцев (121 комбинация скрещивания). У сеянцев изучены характер наследования морфологических признаков вегетативных органов, степень зимостойкости, иммун­ ности к вредителям и болезням. У позже отобранных 1206 наи­ более перспективных растений изучены скороплодность, скоро­ спелость, урожайность, качество плодов и др. (Таранова, 1957, 1958, 1959). В этом кратком сообщении мы ограничимся изложением дан­ ных по доминированию отцовских признаков только у 247 реци- прокных гибридных сеянцев (12 комбинаций) 4-х сортов: ’Бе­ лого налива’, 'Борсдорфского-Лукознчного’, ’Земляничного Нич­ нера’ и ’Уэльси’. Эти сорта резко отличаются между собой по многим морфологическим признакам и биологическим особенно­ стям. Исследованиям подвергались деревья сортов-производи­ телей в возрасте от 20 до 30 лет на подвоях сидровых яблонь, гибридные сеянцы корнесобственные и привитые на подвои Хис- лоп и Парадизку IX в возрасте от 1 года до 15 лет, выращенные от подзимнего посеза нестратифицированных семян урожая 1949 года. Родительские формы растут в тех же условиях, что и гибридные сеянцы. Перекрестное опыление и изучение гибрид­ ных сеянцев проводилось по методике, разработанной Научно- исследовательским институтом садоводства им. И. В. Мичурина. Перед опылением изучалась морфология, физиология и другие биологические особенности пыльцы. Нами установлено, что у яблони форма и размер пыльцевых зерен изменяются в зависи­ мости от биологических особенностей вида и сорта (Таранова, 1960), степени гетерозиготности, зимостойкости, скороспелости плодов, срока заложения плодовых почек, от местоположения цветка в соцветии и влияния температурного режима в период мейоза пыльцы. Наиболее однородная по форме, размеру, содержанию био­ химических веществ и жизнеспособности пыльца формируется в пыльниках верхних, терминальных, раньше других раскрываю­ щихся цветков в соцветии. В последующих цветках, расположен­ ных в этом же соцветии, однородность пыльцы несколько изме­ няется. Данные по биологии пыльцы различных цветков в соцве­ тии подготовлены к публикации в «Известиях АН Латв. ССР». 599 В сортовом разрезе, более однородную пыльцу формируют сорта генетически менее гетерозиготные, более зимостойкие, с зимним и позднезимним сроком потребления плодов и более поздно закладывающие цветочные почки. Среди изучавшихся нами сортов такими оказались: ’Борсдорфское’, ’Уэльси’, ’Пепин шафранный’, ’Антоновка обыкновенная’ и др. (рис. 1). Экологически приспособленный к условиям Прибалтики ско­ роспелый сорт ’Белый налив’ формирует однородную пыльцу только в годы с наиболее благоприятным температурным режи- Рис. 1. Пыльца яблони сорта ’Боре- Рис. 2. Пыльца яблони сорта 'Зем- дорфское луковичиое'. Микрофого. ляничное Ничнера’. Микрофото. Ок. Ок. 7 X ; Об. 20 X- 7 X ; Об. 20 X- мом для мейозиса пыльцы. Во время наших исследований та­ кими в условиях Латвийской ССР были 1949 и 1963 годы. Сорта ’Земляничное Ничнера’, ’Осеннее полосатое’ и др. фор­ мируют морфологически менее однородную пыльцу (рис. 2). Наряду с нормально развитыми по форме и размеру (30—46 fi) пыльцевыми зернами образуются более крупные (48—52 рь) с большими ядрами и мелкие (15—20 /и) безъядерные пыльцевые зерна. Крупные и мелкие пыльцевые зерна нежизнеспособны, они не прорастают в искусственной среде, хотя крупные пыль­ цевые зерна дают положительную реакцию на содержание перок­ сидазы, которая является одним из показателей жизнеспособ­ ности и оплодотворяющей способности пыльцы (рис. 3). Причи­ ны появления неоднородной пыльцы обусловлены нарушением процесса мейозиса пыльцы. Это явление, присущее в основном т р и п л о и д н ы м сортам, нередко встречается и у диплоидных сортов. В связи с нарушением мейоза, отставанием отдельных хромосом, в тетрадах вместо 3—4 нормально развитых клеток пыльцы образуются пентазы и гекзазы различной формы и раз­ мера (Кобель, 1957; Абросова, 1962). 600 Литературные и наши экспериментальные данные показы­ вают, ч ю это явление связано с воздействием внешних факто­ ров, причем главным из них является резко изменяющийся тем­ пературный режим в позднезимний и ранневесенний период, Рис. 3. Биологические особенности пыльцы у сортов-опыли- телей. иногда совпадающий с периодом мейоза пыльцы (Николаева, 1962, Амбросова, 1962 и др.). Морфологически неоднородная пыльца отличается от морфо­ логически однородной по содержанию веществ и жизнеспособ­ ности (табл. 1). Данные табл. 1 показывают, что морфологически более одно­ родная пыльца сортов ’Борсдорфского’ и ’Уэльси’ имеет повы- Т а б л и ц а 1 Биологические показатели пыльцы яблони (в % ) Пыльца сортов- Морфологи­ опылителей ческая од­нородность Земляничное Ничнера 70,8+7,0 65,3+7,8 805 85,4 60,0 11,50 1,50 Белый налив 86,3+10,5 74,0+16,0 92,3 92,3 70,0 17,00 1,75 Борсдорфское 95,8+5,5 91,8+6,5 92,2 98.0 80,0 17,00 2,60 Уэльси 92,5+2,0 84,3+5,5 92,0 94,0 80,0 16,75 2,50 601 Прорастание в искусствен, среде Реакция на пероксидазу Реакция на крахмал Реакция на жир Растворимые сахара Растворимые аминокислоты Т а б л и ц а 2 Н аследование родительских признаков у гибридных сеянцев яблони (в % ) Число Морфологические признаки Скороплодность Зимостойкость Иммунность Сорта- к парше опылители расте­ний дерева плода М О П М О П М О П М* О* П* М О П Земляничное Ничнера 63 62,2 9,0 29,5 58,8 18,0 23,2 55,6 11,0 33,4 72,2 10,0 17,8 52,4 10,0 37,6 Белый налив 55 67,3 15,4 17,3 58,2 23,0 18,8 55,5 40,0 9,5 40,1 42,1 17,8 49,1 29,7 21,2 Борсдорф- ское 64 40,6 42,2 17,3 31,3 48,4 18,8 40,6 42,2 17,2 28,3 56,0 15,7 42,2 50,0 18,8 Уэльси 65 44,6 41,4 14,0 31,0 52,3 16,7 38,5 49,8 11,7 33,9 52,7 13,4 27,7 53,9 18,4 * М — материнские; О — отцовские; П — промежуточные. 602 шенное содержание жира, углеводов, растворимых аминокислот, чем менее однородная пыльца сорта ’Земляничное Ничнера’. Эти различия не могут не оказывать влияния на процесс избира­ тельного оплодотворения и формирования наследственных при­ знаков отцовского типа у гибридных организмов. Зная о наличии морфологической разнокачественности пыль­ цы, сформированной в различное время и в различных цветках, даже в пределах одного соцветия, нами пыльца для искусствен­ ного опыления и изучения ее биологических особенностей соби­ ралась только из бутонов терминальных цветков соцветия нака­ нуне из раскрытия. На готовое, свежее рыльце пыльца наносилась в обильном количестве — до полного насыщения рыльца. Как показали наши подсчеты, при таком насыщении на ло­ пасти одного рыльца размещается от 870 до 920 пыльцевых зе­ рен или 4300—4600 пыльцевых зерен на пять рылец пестика од­ ного цветка. С каждого рыльца, кроме вросших в ткань стол­ бика пыльцевых трубок (число которых подсчитать не удалось), нами выделено от 52 до 98 проросших пыльцевых зерен с пыль­ цевыми трубками без содержимого и нарушенными концами. Эти данные могут служить показателем доли участия содержи­ мого пыльцы сорта-опылителя в процессе избирательного опло­ дотворения и его влияния на процесс формирования зиготы и наследственные качества гибридного организма. Согласно литературным данным, передача наследственных признаков потомству неразрывно связана с комплексом веществ, сконцентрированных в половых элементах родительских форм, и активностью физиологических процессов в ядре и цитоплазме объединяемых гамет. Опыление пыльцой с повышенной физиоло­ гической активностью мужских гамет обуславливает формиро­ вание в гибридном потомстве большого числа особей с призна­ ками отцовского типа (Айзенштат, 1959). Физиологическая активность биологически однородной пыль­ цы выше, чем биологически менее однородной. Кроме того, пыль­ цевыми трубками однородной пыльцы изливается в ткани стол­ бика и завязи относительно больше веществ, чем трубками не­ однородной пыльцы, учитывая, что последняя имеет больше де­ фективных непрорастающих пыльцевых зерен. В связи с этим влияние отцовских форм с морфологически более однородной пыльцой на формирование их наследствен­ ных качеств в потомстве будет больше, чем влияние отцовских форм с морфологически менее однородной пыльцой (табл. 2). Повышенной морфологически более однородной и физиологи­ чески более активной пыльцой сортов ’Борсдорфского’ и ’Уэльси’ (вместе с другими биологическими особенностями этих сортов) можно объяснить более высокую степень доминирования их при­ знаков в гибридном потомстве. В потомстве отцовского сорта 603 ’Земляничного Ничнера’ (менее однородная и физиологически менее активная пыльца) преобладают растения с материнским и промежуточным типом наследственности. Доминирование признаков отцовского типа в гибридных по- томствах анализируемых нами сортов-опылителей наглядно представлено на рис. 4. 3*ш я.Н т ж р& £ У э п ь с и £ г /» м »*>* я ut ) [|Щ ■ npttpnanu/ j~~™| - ей (~§| - С * » /» » * » t**«. Щ - к *»а/1и*4 Рис. 4. Наследование признаков отцовского типа у гибрид­ ных яблонь. Большее число растений с отцовским типом наследственности в межсортовом гибридном потомстве яблони можно также обь- яснить тем, что, во-первых, нанесенная на рыльце биологически однородная пыльца активнее участвует в оплодотворении и фор­ мировании отцовских признаков у развивающегося зародыша; во-вторых, она осуществляет менторальное воздействие на зи­ готу, которая, как известно, в начальный период своего разви­ тия очень чувствительна к воздействию внешней среды, и под влиянием которой направленно изменяет свои наследственные признаки в сторону сорта-опылителя. Влияние на молодую зиго­ ту биологически менее однородной пыльцы, в связи с понижен­ ной ее физиологической активностью, снижается, а поэтому сни­ жается и число растений в потомстве с признаками отцовского типа. Более константные формы, формирующие биологически од­ нородную пыльцу даже в различные по метеорологическим усло­ виям годы, в качестве сортов-опылителей дают сравнительно одинаковый эффект в получении потомства с их наследствен­ ными признаками. 604 Менее константные формы, степень однородности пыльцы ко­ торых изменяется в зависимости от изменения температурного режима, дают положительный эффект лишь в годы с более бла­ гоприятным температурным режимом. Выводы 1. Пыльца исследованных нами сортов яблони имеет замет­ ные различия по морфологическим и физиолого-биохимическим признакам, которые связаны с биологическими особенностями сорта и температурным режимом в период мейоза пыльцы. Сорта более гетерозиготные, менее зимостойкие, а также сор­ та с летним сроком созревания плодов и ранним сроком зало­ жения плодовых почек при воздействии изменяющегося темпе­ ратурного режима в зимний и ранневесенний период форми­ руют биологически менее однородную пыльцу, чем сорта с про­ тивоположными биологическими свойствами. 2. Анализ собственного экспериментального материала, а также некоторых литературных данных показывает, что между степенью биологической однородности пыльцы и характером до­ минирования отцовского типа наследственности существует оп­ ределенная взаимосвязь. Биологически однородная пыльца обес­ печивает формирование большего числа растений в потомстве с признаками и свойствами сорта-опылителя. Биологически недо­ статочно однородная пыльца является одной из причин полного отсутствия или слабого проявления отцовских признаков у гиб­ ридов. ЛИТЕРАТУРА А м б р о с о в а Г. А. Изучение опыления v новых сортов яблони в условиях БССР, 1962. А й з е н ш т а т Я. С. Влияние условий оплодотворения на наследственную пе­ редачу, 1954. А й з е н ш т а т Я. С. Влияние условий опыления на расщепление раститель­ ных гибридов. Наследственность и изменчивость растений, животных и микроорганизмов, 1959. К о б е л ь Ф. Плодоводство на физиологической основе, 1957. Н и к о л а е в а 3. В. Микроспорогенез у ясеней. Ботан. журнал, № 9, 1952. Т а р а н о в а Е. Влияние сроков опыления на проявление родительских при­ знаков у гибридных яблонь. Сборник статей Ин-та биологии АН ЛССР и Пурской опытной станции. «Плодоводство и овощеводство», 1957. Т а р а н о в а Е. Наследование свойств зимостойкости у гибридных сеянцев яблонь. Изв. АН Латв. ССР, 1957. Т а р а н о в а Е. Наследование устойчивости Kv парше у гибридных сеянцев яблонь. Изв. АН Латв. ССР, № 8 , 1958. Т а р а н о в а Е. Влияние родительских форм на зимостойкость и скороплод- ность гибридного потомства яблонь в условиях Латв. ССР. Доклады сессии, посвященной 40-летию Советской власти. Институт генетики АН СССР, 1959. Т а р а н о в а Е. Морфология пыльцы яблонь. Изв. АН Латв. ССР, № 8 , 1960. Т е р - А в о н е с я н Д. В. Опыление и наследственная изменчивость, 1957. Т у р б и н Н. В. Вопросы биологии оплодотворения, 195t. 605 Н Е К О Т О Р Ы Е Э К О Л О Г О - Ф И З И О Л О Г И Ч Е С К И Е О С О Б Е Н Н О С Т И Л Ю Ц Е Р Н Ы В У С Л О В И Я Х Л А Т В И Й С К О Й ССР C. X. Кристкалне Институт биологии АН Латвийской ССР Настоящая работа является обобщением результатов иссле­ дований эколого-физиологических особенностей люцерны тянь- шанской и других форм люцерны в условиях умеренно-теплого, влажного приморского климата Латвийской ССР. Ставилась задача — изучить ритм роста и развития люцер­ ны тяньшанской и других форм люцерны, особенности некоторых физиологических процессов, а также установить продуктивность люцерны в условиях Латвийской ССР. Исследования были направлены на выяснение приспособи­ тельных реакций люцерны тяньшанской в процессе интродукции и акклиматизации, проявляющихся как в онтогенезе, так и в последующих семенных поколениях. Опыты по интродукции люцерны тяньшанской в условиях Латвийской ССР были начаты в 1954 году. В качестве исход­ ного материала для наших опытов послужили семена 6 -ой мос­ ковской репродукции люцерны тяньшанской (урожай 1953 года), полученные из Главного ботанического сада АН СССР. Семена для интродукции Главным ботаническим садом АН СССР были собраны в Южном Казахстане (горы Каратау) , в древесно­ кустарниковой зоне (на высоте 1500— 1600 м над уровнем моря), на открытой поляне в смешанном лесу. Семена люцерны тяньшанской были нами высеяны на Пур- ской опытной плодо-овошеводческой станции Латвийского научно-исследовательского института земледелия, которая нахо­ дится в Тукумском районе (западная часть Латвийской ССР). Из приведенных в литературе данных (Дмитриева, 1962) выясняется, что почва природных местообитаний люцерны тянь­ шанской формы Каратау по своим агрохимическим показателям довольно близка к почве экспериментального поля Главного ботанического сада АН СССР в Москве. Почва же пахотного горизонта экспериментального участка в Пуре характеризуется немного большей щелочностью, несколько меньшим содержа­ нием Р 2О5 и КгО. В 1957 году был произведен посев люцерны тяньшанской местной (пурской) репродукции. Для сравнения были высеяны еще люцерна тяньшанская московской репродукции, а также люцерна лайдзской и пурской популяций, которые являются гибридами и в течение нескольких десятков лет возделываются в местных условиях. 606 По погодным условиям годы с 1954 по 1959, в течение кото­ рых велись наблюдения, были весьма различными, что позво­ лило проследить за эколого-физиологическими особенностями подопытных растений на фоне весьма разнородных климатиче­ ских условий республики. Естественный ареал люцерны тяньшанской характеризуется резко континентальным климатом, в то время как для места проведения наших опытов (мест. Пуре Латвийской ССР) х а ра к ­ терен типичный приморский климат. Ежегодно проводились фенологические наблюдения. При этом регистрировались сроки наступления следующих фенофаз: ветвление (стеблевание), бутонизация, цветение (начало, массо­ вое). С целью выявления ритмики роста через каждые 10 дней определялись величины приростов подопытных растений. Кроме того; фиксировался урожай зеленой массы — сена. Особое внимание было уделено изучению водного режима, который имеет существенное значение для жизнедеятельности растений и для оценки изменений в приспособительных реак­ циях растений при их интродукции. При изучении водного ре­ жима определялась интенсивность транспирации методом быст­ рого взвешивания отрезанных листьев (Иванов и др., 1950) и водоудерживающая способность листьев методом Ничипоровича (1926). Наблюдаемое изменение в биологии люцерны тяньшанской по репродукциям свидетельствует о том, что при выращивании в измененных климатических условиях люцерна проявляет при­ способительную изменчивость, которая характеризуется тенден­ цией к изменению ритма роста и развития в соответствии с но­ выми жизненными условиями. Особенно это проявляется во вто­ рой репродукции (Кристкалне, 1963). Данные наших исследований подтверждают взгляд о высо­ кой продуктивности люцерны тяньшанской. В условиях Московской области люцерна тяньшанская дает около 200—280 и даже 300 ц/га зеленой массы (вместе с ота­ вой), а в условиях влажного климата Латвийской ССР у тянь­ шанской люцерны московской репродуккции урожай зеленой массы, в зависимости от погодных условий, может колебаться от 419 до 458 ц/га. Наблюдаемое увеличение урожайности можно объяснить главным образом увеличением облиственности, которая возрас­ тает в последующих поколениях (табл. 1). В условиях Латвийской ССР семенная продуктивность куль­ тивируемых в республике сортов и форм люцерны в основном определяется погодными условиями вегетационного периода. Наивысшие урожаи семян люцерны тяньшанской были получе­ ны в 1958 году в размере 1,05 ц/га и в 1959 году порядка 1,2 ц/га без применения особых агротехнических приемов. Приведенные данные говорят о том, что семенная продук­ тивность люцерны, в том числе и люцерны тяньшанской, в усло­ виях Латвийской ССР весьма низкая и ее необходимо значи­ тельно повысить. Разрешение этого вопроса должно идти как по линии агротехники, так и в направлении селекции, в частности, путем применения мичуринских методов отдаленной гибридиза­ ции с целью получения новых высокопродуктивных форм этой весьма перспективной для нашей республики кормовой куль­ туры. Т а б л и ц а 1 Вес листьев и стеблей у люцерны тяньшанской различной репродукции (в % ) Репродукции листья стебли ■Люцерна тяныианская (москов­ ская репродукция) 42,66 57,34 Люцерна тяныианская (пур- ская репродукция) 45,76 54,24 Особенности изменения водного режима акклиматизируемых растений имеют существенное значение при физиологической характеристике их приспособляемости к условиям существова­ ния. Однако, несмотря на большое количество работ по водному режиму растений, этот вопрос недостаточно разработан. Имея в виду большое значение водного режима при аккли­ матизации, мы исследовали интенсивность транспирации и водо­ удерживающую способность. В литературе приводятся данные относительно того, что ин­ тенсивность транспирации растений зависит от исторически сло­ жившегося у них типа обмена веществ и ряда факторов внеш­ ней среды (Григорьев, 1955; Кокина, 1935 и др.). Наблюдения за интенсивностью транспирации показывают, что в условиях нашей республики интенсивность транспирации люцерны тяньшанской значительно ниже, чем в условиях Москвы (табл. 2). В отношении интенсивности транспирации не наблюдается закономерных различий между московскими и пур- скими репродукциями люцерны. Как отмечает Л. В. Дмитриева (1962), интенсивность транс­ пирации значительно снижается в первых поколениях, а в чет­ вертом, пятом, шестом и седьмом поколениях она устанавлива­ ется на одном уровне, но более низком, чем в третьем поколе­ нии, и колеблется от 500 до 600 мг/г сыр. веса в час. По нашим наблюдениям интенсивность транспирации у люцерны в течение вегетации (от ветвления до массового цветения) не превышает 608 Т а б л и ц а 2 Средняя дневная интенсивность транспирации (в мг/r сыр. вещ. в час) люцерны тяньшанской на третьем году жизни по ф азам развития (Пуре, 1959 г.) Люцерна тяньшанская Местные люцерны Фазы развития и даты проведения определений московская пурская пурская лайдзская репродукция репродукция популяция популяция Ветвление 16/V 405 412 469 460 Бутонизация 9/VI 396 281 395 310 Массовое цветение 3/VII 293 318 244 267 Бутонизация отавы 22/VI1 475 402 410 569 в среднем 360 мг/г сыр. веса в час. Значительно более низкая интенсивность транспирации люцерны тяньшанской в наших приморских условиях климата указывает на ее способность к еще более сильному снижению интенсивности транспирации, чем это наблюдается в условиях Москвы. Растения различных экологических групп проявляют различ­ ную способность удерживать воду. Наибольшую водоудержи­ вающую способность имеют растения, произрастающие в пу­ стынях (Лебединцева, 1929— 1930). Таким образом, при интродукции растений можно ожидать существенных изменений в водоудерживающей способности их тканей, которые могут характеризовать степень приспособлен­ ности растений к новым условиям. Водоудерживающую способность по фазам развития, имею­ щую место у всех люцерн после 11 часов, характеризуют дан­ ные, приведенные в табл. 3 и на рис. 1 (водоудерживающая способность местной люцерны пурской популяции в фазе ветвле­ ния принята за 100%). Как видно из этих данных, московская репродукция люцерны тяньшанской на втором году жизни характеризуется наимень­ шей водоудерживающей способностью по сравнению с мезо- фильным стандартом — местной пурской и лайдзенской попу­ ляциями. Сравнительно высокую способность люцерны тяньшанской приспосабливаться к нашим приморским климатическим усло­ виям можно наблюдатп уже у первой пурской репродукции этой люцерны. В таблице 4 приведены сравнительные данные по водоудер­ живающей способности первой и второй пурской репродукции люцерны тяньшанской на втором году жизни. Данные таблицы 4 показывают, что люцерна тяньшанская с каждой последующей репродукцией все больше приспосабли- 39 Заказ № 4752 Т а б л и ц а 3 В одоудерж иваю щ ая способность люцерн на втором году ж изни (в % ) (в Пуре, 1958 г.) Фазы развития № пп. Репродукция и популяции ветвле­ бутони­ начало массовое конец созрева- бутонизация ние зация цветения цветение цветения ние семян 1 отава 2 отава 1. Люцерна тяныианская (москов. репродукция) 23,09 34,24 38,94 25,04 45,83 28,72 41,52 47,60 2 . Люцерна тяньшанская (пур- ская репродукция) 31,72 36,30 42,65 35,44 47,31 24,10 41,76 44,66 3. Гибридная люцерна (пурская популяция) 32,24 35,41 50,20 49,93 46,88 29,79 42,76 51,94 4. Гибридная люцерна (лайдзская популяция) 28,91 32,40 39,26 39,19 52,99 31,65 38,23 43,06 Т а б л и ц а 4 В одоудерж иваю щ ая способность первой и второй репродукций люцерны тяньшанской на втором году жизни (в Пуре, 1959 г.) Фазы развития Репродукция ветвление бутонизация созреваниесемян Первая пурская 49,46 55,27 26,98 Вторая пурская 56,31 61,21 36,29 Рис. 1. В одоудерж иваю щ ая способность люцерны на втором году жизни. ---------- пурская популяция; — х — лайдзская популяция; — — тяныианская люцерна (моек, р е п р .) ; ------------тяньшан- ская люцерна (пурская репр.) 39* 611 вается к мезофильным условиям: вторая репродукция обладает более высокой водоудерживающей способностью, чем первая. Из сказанного можно сделать вывод, что водоудерживающая способность интродуцируемой в Латвии люцеоны тяньшанской постепенно повышается по поколениям (репродукциям), при­ ближаясь к своему мезофильному стандарту; таким образом, и в отношении водоудерживающей способности указанная люцер­ на проявляет признаки хорошей приспособляемости к местным условиям нашей республики. Выводы Изучение эколого-физиологических особенностей московской и пурской репродукций и местных популяций люцерны показало: а) по мере приспособления к новым условиям существования проявляется ясно выраженная тенденция к увеличению высоты и изменению ритма развития растений по семенным поколе­ ниям (особенно второй пурской репродукции); б) большие различия наблюдаются в отношении изменения физиологических процессов люцерны тяньшанской. В примор­ ских условиях Латвийской ССР люцерна тяньшанская прояв­ ляет очень низкую интенсивность транспирации, что, вероятно, объясняется значительной ее способностью перестраивать свои физиологические процессы в соответствии с условиями нашей республики. Интенсивность транпирации в вегетационном пе­ риоде не превышает 360 мг/г сыр. веса в час. По интенсивности транспирации растения обеих репродукций почти не разли­ чаются; в) московская репродукция люцерны тяньшанской проявляет более низкую водоудерживающую способность по сравнению с местным мезофильным стандартом; причем водоудерживающая способность люцерны тяньшанской по репродукциям значительно увеличивается. ЛИТЕРАТУРА Г р и г о р ь е в Ю. С. Сравнительно-экологическое изучение ксерофитизации высших растений. Изд. АН СССР, М.-Л., 1955. Д м и т р и е в а Л. В. Изменение приспособительных особенностей люцерны тяньшанской в условиях культуры. Автореф. дисс., М., 1962. И в а н о в Л. А., С и л и н а Л. А. и Ц е л ь н и к е р Ю. Л. О методе быст­ рого взвешивания определения интенсивности транспирации в естест­ венных условиях. Бот. ж., т. 35, № 2, 1950. К о к и н а С. Й. Водный режим и внутренние факторы засухоустойчивости растений песчаной пустыни Кара-Кум. Сб. Проб, растениеводческого освоения пустынь, 1935. 612 К р и с т к а л н е C. X. Ритм роста и развития люцерны тяньшанской в усло­ виях Латвийской ССР. Растения, используемые в народном хозяйстве. II, Изд. АН Латв. ССР, 1963 (на лат. яз.). Л е б е д и н ц е в а Е. В. Опыт изучения водоудерживающей способности у растений в связи с их засухо- и морозоустойчивостью. Труды по при­ кладной ботанике, генетике и селекции, т. 23, 1929—1930. Н и ч и п о р о в и ч А. А. О потере воды срезанными растениями в процессе завядания. Журнал опытной агрономии Юго-Востока, т. 3, вып. Г, 1926. ОБ А К Т И В Н О С Т И Н Е К О Т О Р Ы Х О К И С Л И Т Е Л Ь Н Ы Х Ф Е Р М Е Н Т О В В Р А З Л И Ч Н Ы Х П О Д В О Я Х Р ОЗ В. И. Вески Таллинский ботанический сад АН ЭССР В практике окулировки роз самым подходящим временем для этого считается вторая половина июля и август. В Таллин­ ском ботаническом саду АН Эстонской ССР в течение многих лет с конца июля до начала августа было окулировано на ра з ­ личные подвои несколько сотен роз различных сортов. На раз ­ личные подвои за последние годы в названный срок было оку­ лировано свыше 5000 глазков ежегодно. Средние результаты последних лет показывают, что окулированные с конца июля до 31 августа глазки чайно-гибридных роз приживались в течение осени на подвоях R. afzeliana, R. coriifolia и R. canitia в пре­ делах 90%. Окулированные с 1 сентября до 10 сентября глазки приживались плохо: приживаемость была ниже 60%. Исходя из этого факта, интересно было выяснить, какие фи­ зиологические факторы в указанные сроки окулировки способ­ ствуют или препятствуют срастанию глазков розы с подвоем. Из физиологических факторов определялись ферменты в листьях различных привоев, так как они являются органическими ката­ лизаторами биохимико-физиологических процессов в тканях рас­ тения. Определяли активность принимающих непосредственно участие в процессе дыхания ферментов окисления: пероксидазы, полифенолоксидазы и каталазы. Подвои были выбраны двухлетнего возраста; они были вы­ сажены весной в питомник с расстояниями в 3 0 X 8 0 см. Для опыта были взяты следующие подвои: R. afzeliana Fr., R. canlna L., R. coriifolia Fr., R. eg lan teria L., R. rugosa L. Для определения активности ферментов пробы листьев собирались с ука­ занных подвоев в 9 час. утра 31 июля, 16 августа, 26 августа, 5 и 9 сентября. Пробы брали с 10 кустов подвоев различных видов, со средней части побега каждого неокулированного куста по 2—3 листа. Затем 31 июля подвои были укорочены наполовину и 1 августа к ним привиты глазки сорта ’Kordes Sondermeldung’. 16 и 26 августа были взяты пробы листьев с этих окули­ рованных кустов таким же образом, как и с кеокулированных. 613 5 сентября были взяты пробы листьев с 10 неокулированных кустов у всех подопытных видов. После этого у каждого вида было укорочено на­ половину 10 кустов, которые окулировали глазками сорта ’Kordes Sonder­ meldung’. 9 сентября брались пробы листьев со всех подопытных кустов окулированных подвоев. Каталаза была определена по Баху и Опарину (табл. 1). Пероксидаза и полифенолоксидаза определялись по методу Михлина и Броновицкой (табл. 2 и 3). Р асс м ат р и в ая приведенные в табл . 1 результаты анализа упомянутых ферментов, видим, что активность катал азы непре­ рывно п овы ш алась с 31 июля до 26 августа как в окулирован­ ных, так и в неокулированных подвоях. П овыш ение активности ка тал азы о казал о сь максимальной у R. afzeliana (на 17,1%) и минимальной у R. rugosa (на 12,7%). Т а б л и ц а I Активность каталазы у различных подвоев роз (в мл 0,1 п К М п 04 на г сырого вещ ества) Неокулированные Окулированные 31/V1I 16/VIII 26/VIII 5/IX 16/VIII 26/VIII 9/IX /?. afzeliana 48,6 47,5 65,7 50,5 50,5 56,5 44,4 R. coriifolia 41,0 48,5 69,7 49,5 48,5 53,2 42,5 R. canina 38,5 42,5 55,0 47,3 48,6 61,7 35,5 R. eglanteria 36,5 45,5 54,5 - 47,0 48,5 54,0 42,0 R. rugosa 39,8 40,0 52,5 43,0 42,5 52,5 31,0 Если сравнивать полученные в один и тот ж е срок опреде­ ления данные активности ка т ал азы окулированных и неокули­ рованных подвоев, то можно заметить, что только в анализах 26 августа активность ка т ал азы у R. afzeliana и R. coriifolia бы ла выше у неокулированных подвоев. В остальных случаях активность катал азы у окулированны х подвоев выше, чем у не­ окулированных. Повыш ение активности к а тал азы мож но отчасти объяснить так ж е тем, что погодные условия (температура и влажность) в этот период были подходящ ими и благоприятными для под­ воев. Активность катал азы была у окулированны х и неокулиро­ ванных кустов R. rugosa по сравнению с другими видами самой низкой. Вследствие более низкой активности к а тал азы у подвоя R. rugosa процент приж иваемости глазков был т а к ж е соответ­ ственно ниже, чем у других видов. Н а R. afzeliana , R. canina , R. coriifolia и R. eglanteria принялись привитые 1 августа глазки сорта ’Kordes S o n d e rm e ld u n g ’ на 100%, тогда ка к на R. rugosa всего на 60%. Отсю да следует, что на подвоях с большей актив­ ностью катал азы и при более значительном повышении ее ак- 614 тивности процент приживаемости глазков выше. Также наблю­ дения практиков и данные опытов других авторов указывают на то, что у роз, привитых на R. rugosa, продолжительность жизни оказывается короче, чем у привитых на R. canina и R. afzeliana (Olbrich, 1925; Rathlef, 1941; Kordes, 1956; Veski, 1958). Из проведенных 5 сентября анализов выясняется, что актив­ ность каталазы у всех видов подвоев сильно снизилась по срав­ нению с соответствующими данными, полученными 26 августа, хотя погода в начале сентября оставалась достаточно теплой (днем до +26°С) и налицо была необходимая влажность. В ана­ лизах 5 сентября в отношении активности каталазы последова­ тельность расположения неокулированных подвоев остается той же, что и в предыдущих анализах, т. е. наибольшая активность каталазы была у R. afzeliana и наименьшая у R. rugosa. По данным определений 9 сентября, активность каталазы в листьях окулированных 5 сентября подвоев снизилась по срав­ нению с данными анализа 5 сентября, а также достигла отчасти более низкого уровня по сравнению с анализами 31 июля. В анализах 9 сентября последовательность расположения оку­ лированных подвоев по активности каталазы остается прибли­ зительно такой же, как и в случае неокулированных подвоев. Эти результаты позволяют сделать вывод, что с понижением активности каталазы у подвоев роз уменьшается приживаемость окулированных на них глазков. Резюмируя сказанное, можно видеть, что в период проведе­ ния окулировки активность полифенолоксидазы, в противопо­ ложность активности каталазы, проявляет тенденцию к падению Т а б л и ц а 2 Активность полифенолоксидазы у различных подвоев роз (в мл 0,01 n J на г сырого вещ ества) Неокулированные Окулированные 16/VIII 26/VIII 5/IX 16/VIII 26/VIII R. afzeliana 5,25 0,50 0,25 4,88 1,50 R. canina 5,75 1,75 0 4,75 1,50 R. eglanteria 2,50 1,50 0,75 3,75 1,50 R. rugosa 4,75 1,75 1,25 3,38 1,75 R. coriifolia 2,25 1,25 0 2,63 1,00 (табл. 2). Сравнивая данные анализов 16 и 26 августа, видим, что к 26 августа активность полифенолоксидазы уменьшилась в 2, а у некоторых видов даже в 3 раз (R. afzeliana, R. canina). 16 августа наибольшая активность полифенолксидазы наблю­ далась у R. afzeliana и R. canina, наименьшая же активность у 615 R. coriifolia (почти в 2 раза меньше, чем у первого вида) . В этот период имела место сильная пораженность ржавчиной R. corii­ fo lia , что могло снизить активность полифенолоксидазы. Т а б л и ц а 3 Активность пероксидазы у различных подвоев роз (в мл 0,01 n J на г сырого вещ ества) Неокулированные Окулированные 31/VII 26/VI II 5/IX 26/VI II R. rugosa 2,25 3,5 3,75 2,25 R. coriifolia 5,13 2,5 ‘ 0 2,25 R. canina 10,50 0,0 0 1,0 R. eglanteria 6,75 1,5 0 0,75 R. afzeliana 8,00 2,5 1,25 0 Выводы В период повышения и достижения максимального уровня активности каталазы приживаемость окулированных глазков у роз лучше, т. е. процент прирастания глазков оказывается выше, чем в период падения активности каталазы и низкого уровня ее активности. В начале сентября происходит резкое падение активности каталазы, поэтому и процент прирастания глазков розы в сен­ тябре значительно ниже, чем в августе, когда активность ката­ лазы выше. Активность полифенолоксидазы и пероксидазы (табл. 3) уменьшалась при повышении активности каталазы в августе и у некоторых видов совершенно исчезла. Л И Т Е РА Т У РА Е р м а к о в А. И., А р а с и м о в и ч В. В., С м и р н о в а - И к о н н и к о ­ в а М. И., М у р р и И. К. Методы биохимического исследования расте­ ний. М.-Л., 1952. K o r d e s W. Das Rosenbuch. Hannover, 1956. O l b r i c h S. Der Rose Zucht und Pflege. Berlin, 1925. R a t h l e f H. Rosen der Deutschen Hindukuschekspedition 1935. Die Garten­ bauwissenschaft, Nr. 16, 1941. V e s k i V. Rosa afzeliana Fr. ja R. canina L. rooside pookealustena. Eesti NSV Teaduste Akadeemia Toimetused, VII köide. Bioloogiline seeria, nr. 2, 1958. Н А С Л Е Д С Т В Е Н Н О У С Т О Й Ч И В Ы Е И З М Е Н Е Н И Я В П О Т О М С Т В Е Б Р Ю С С Е Л Ь С К О Й КАПУСТЫ, В О З Н И К Ш И Е В Р Е З У Л Ь Т А Т Е ЕЕ П Р И В И В К И НА К Р А С Н О К О Ч А Н Н У Ю КАПУСТУ Л . Я. Иссако Институт экспериментальной биологии АН ЭССР При изучении изменений наследственности, возникающих в результате прививки у потомства привоя, особый интерес пред­ ставляют комбинации прививок, надежно приводящие при пов­ торных опытах к одинаковым и устойчивым изменениям. Имея в распоряжении достаточное количество измененных растений разных генеративных поколений, можно проводить более глу­ бокое изучение появившихся новых свойств. Нам удалось найти такую комбинацию при прививках разновидностей капусты. При прививке брюссельской капусты сорта ’Геркулес’ на краснокочанную — сорт ’Каменная головка’ в первом семен­ ном поколении все растения отличались от сорта ’Геркулес’ по ряду признаков. Отличия эти были однотипны (Иссако, 1960, 1961а, 19616, 1963). Эти изменения устойчиво наследуются в течение шести поколений. Ниже излагаются результаты сравнения морфологических признаков и биохимических свойств у измененной формы в 5-ом поколении и исходного сорта. Различие между ними имело мес­ то в течение всего онтогенеза. Семядоли всходов измененной формы крупнее и более темнозеленого цвета, чем у сорта ’Гер­ кулес’. Молодые растения новой формы растут быстрее, имеют более крупные и гладкие листья с черешками, окрашенными антоцианом, в то время как у растений сорта ’Геркулес’ анто- циан в черешках не замечен. Взрослые растения измененной формы более высокие, но листья их мельче, чем у сорта ’Геркулес’, почти гладкие, удли­ ненные, с антоциановой окраской жилок и черешков. Листья у этой формы направлены несколько кверху под острым углом по отношению к стеблю, в то время как у сорта ’Геркулес’ листья расположены почти горизонтально (рис. 1). Кочанчики у сорта ’Геркулес’ образуются в начале августа и достигают полной величины к концу сентября, а у измененной формы кочанчики образуются на 2—3 недели позднее и дости­ гают хозяйственной спелости в конце октября. Указанные раз­ личия хорошо видны у растений на рис. 1, сфотографированных 1 сентября 1963 г. Более позднее формирование кочанчиков яв­ ляется хозяйственно ценным свойством, так как брюссельская капуста поступает в продажу преимущественно позней осенью. Нередко ее оставляют в поле до зимы и собирают кочанчики па 617 Рис. 1. Растение исходного сорта капусты ’Геркулес’ (справа) и изменен­ ной формы семьи № 20 , Fö (слева). мере надобности. Измененная форма отличалось от сорта ’Гер­ кулес’ также более высокой холодостойкостью. л//о 30 - v '■—----1— —-----— г - -----------г------- - --- — г--------------------- 1--------------------1----------- --------- V - 10. fin Л i/M Я VW 12 П I» Ю А 2S X Рис. 2. Д инамика содерж ания сухого вещества у брюссель­ ской капусты. А — в листьях, Б — в кочанчиках; ---------- ’Геркулес’; - — семья № 20; — х — х — семья № 21. 618 На второй год жизни измененная форма начинает цвести на 1—2 недели раньше сорта ’Геркулес’. Столь же отчетливо отличия измененной формы выражены и в динамике биохимических свойств. У двух семей измененной формы, по внешним признакам очень сходных (семьи № 20 и N° 21), и у сорта ’Геркулес’ определяли содержание аскорбино­ вой кислоты, сахаров и сухого вещества в листьях осенью с на ­ чала августа и в кочанчиках в сентябре и октябре. Д л я анали­ зов брали среднюю пробу от 20-ти растений. Анализы показали, что измененное потомство существенно отличается по биохимическим свойствам от сорта ’Геркулес’. Вместе с тем из результатов анализов можно видеть, что между % 0—1-------------- - ------- г----------, - ------- ..... .......... ................. 1 0У Н 24.VIH ПГШ 12.IK 26. IX «ХК SS .X Рис. 3. Динамика содержания аскорбиновой кислоты у брюс­ сельской капусты. Обозначения те же, что на рис. 2. 619 отдельными семьями изменного потомства, несмотря на боль­ шое сходство их по внешним морфологическим признакам, имеются довольно четко выраженные различия. Содержание сухого вещества в листьях сорта ’Геркулес’ до начала формиро­ вания кочанчиков было ниже, чем у измененных семей. Начи­ ная же с фазы формирования кочанчиков содержание сухого вещества у них было почти одинаковым (рис. 2). Содержание сухого вещества в кочанчиках было выше у измененных семей. % 6 - 10. VIII 21, VIII 31. VIII 12. IX 261X 1Q. К 2S.X Рис. 4. Динамика содержания моносахаридов у брюссель­ ской капусты. Обозначения те же, что на рис. 2. Аскорбиновой кислоты в листьях было больше у сорта ’Гер­ кулес’, а в кочанчиках — у измененных семей (рис. 3). Листья и кочанчики измененных семей имели меньше моно­ сахаридов, чем листья сорта ’Геркулес’ (рис. 4). По содержа­ нию сахарозы в листьях в августе четких отличий между новой формой и исходной не имеется, а в сентябре у измененной формы сахарозы оказалось значительно больше. В кочанчиках содержание сахарозы в измененной семье № 21 было одинаково с сортом «Геркулес», а в семье № 20 значительно выше (рис. 5). По-видимому, более высокая холодостойкость измененных форм связана с отличиями в их биохимических свойствах — с более высоким содержанием сухого вещества и сахаров. При хранении семенников в котлованах парников с укрытием сверху рамами и сухими листьями, или в холодной оранжерее 620 при температуре 0°, измененные формы почти не поражались гнилью B otry tis cinerea, в то время как другие разновидности капусты, в том числе и сорт ’Геркулес’, часто бывали сильно поражены (рис. 6 и 7). % Рис. 5. Динамика сахарозы у брюссельской капусты. Обозна­ чения те же, что на рис. 2 . Некоторые исследователи связывают устойчивость растений к грибным заболеваниям с повышенным содержанием в их тка­ нях фенольных соединений (Рубин, Арциховская, Проскурни- кова, 1947; Рубин, Аксенова, 1957; Рубин, 1959). Б. А. Рубин и Т. М. Иванова (I960) установили, что у ка ­ пусты более устойчивые к Botry tis cinerea сорта содержат боль­ ше фенольных соединений. Мы определяли содержание воднорастворимой (свободной) и щелочнорастворимой (связанной) фракций полифенолов в листьях, в кочанах и в кочанчиках у брюссельской капусты ’Геркулес’, у краснокочанной капусты ’Каменная головка’ и у 6-го поколения измененной формы (семьи № 8, № 20 и № 21). Пробы для анализов были взяты 17 сентября 1963 г. Экстраги­ рование полифенольных соединений из воздушно сухого мате­ риала проводили по методике Р. Г. Медведевой (1958), водно­ растворимая фракция определялось по A. JI. Курсанову (1941), а щелочнорастворимая по М. А. Бокучава и В. Р. Попову (1945, 1946). 621 У исходных сортов ’Геркулес’ и ’Каменная головка’ содержа­ ние полифенолов было почти одинаковым (табл. 1). Воднораст­ воримой фракции у этих сортов в листьях было в два раза больше, чем в кочанчиках, а содержание щелочнорастворимой фракции в кочанчиках и листьях было почти одинаковым. Рис. 6 . Растения исходного сорта капусты ’Геркулес’ (слева) и устойчивые к Botrytis cinerea формы семьи № 20 , Fs (справа). Все измененные семьи в листьях содержали значительно больше полифенолов, чем исходные сорта. В кочанчиках поли­ фенолов имелось примерно одинаковое количество как у исход­ ных сортов, так и у измененных семей. У измененных семей, в отличие от исходных сортов, имеет место значительное различие по содержанию щелочнораство­ римой фракции в листьях и кочанчиках — в листьях их при­ мерно в два раза больше. Между отдельными измененными семьями различия в содержании полифенолов небольшие. Полученные при анализах данные показывают, что более высокая устойчивость измененной формы брюссельской капусты к B otry tis cinerea может быть связана с более высоким содержа­ нием полифенольных соединений. Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что наследственно устойчивые морфологические изменения, возник- 622 шие в результате прививки одной разновидности капусты на другую, связаны с четко выраженными изменениями в биохи­ мических свойствах, которые определили появление у изменен­ ной формы новых важных физиологических свойств, таких, как повышение холодостойкости и устойчивости к болезням. Рис. 7. Зараженное Botrytis cinerea расте­ ние сорта ’Геркулес’. Т а б л и ц а 1 Содержание полифенолов у исходных сортов и измененной формы капусты (мг на 1 г абсолю тно сухого вещ ества) Фракции полифенолов Сорт Органы водно- щелочно­ Сумма растворимая растворимая 1 Краснокочанная ’Каменная головка’ листья 17 10 27 (подвой) кочаны 10 14 24 Брюссельская ’Геркулес’ листья 18 12 30 (привой) кочанчики 8 14 22 Измененные семьи: семья № 8 листья 25 22 46 кочанчики 12 10 22 семья № 20 листья 25 22 47 кочанчики 13 14 28 семья № 21 листья 21 22 43 кочанчики 9 9 18 623 ЛИТЕРАТУРА Б о к у ч а е в а М. А. и П о п о в В. Р. Нерастворимая форма чайного тан- нина. Биохимия, т. 10, вып. 3, 234—242, 1945. Б о к у ч а е в а М. А. и П о п о в В. Р. Количественное определение нераст­ воримого в воде таннина. Биохимия чайного производства, сб. 5, 32— 40, 1946. И с с а к о Л. Я. Об изменении биохимических свойств растений в результате прививок. Тезисы докладов V Международного биохимического кон­ гресса, М., т. 2, 108—109, 1961. И с с а к о Л. Я. Влияние подвоя на содержание витамина С у генеративного потомства привоев овощных культур. Труды Биохимической конферен­ ции Прибалтийских республик и Белоруссии, посвященной 20-летию Латвийской, Литовской, Эстонской Советских Социалистических Рес­ публик, Тарту, 242—247, 19616. К у р с а н о в А. Л. Определение различных форм дубильных веществ в рас­ тениях. Биохимия, т. 6 , вып. 3, 312—325, 1941. М е д в е д е в а Р. Т. О выборе метода количественного определения дубиль­ ных веществ. Аптечное дело, 7, 3, 74—78, 1958. Р у б и н Б. А., А р ц и х о в с к а я Е. В. и П р о с к у р н и к о в а Т. А. Окис­ лительные превращения фенолов и их роль в явлениях устойчивости картофеля к Phytophtora infestans. Биохимия, т. 12, вып. 2, 141—152, 1947. Р у б и н Б. А. Биохимические основы иммунитета растений. Агробиология, № 6 , 894—907, 1959. Р у б и н Б. А. и А к с е н о в а В. А. Участие полифенольной системы в за­ щитных реакциях картофеля против Phytophtora infestans. Биохимия, т. 22, вып. 1—2., 202—209, 1957. Р у б и н Б. А. и И в а н о в а Т. М. Динамика фенолов в тканях капусты при заражении Botrytis cinerea. ДАН, т. 131, № 2, 445—448, 1960. I s s а к о L. Pookealuse mõju kapsa (Brassica olerea L.) generatiivsetele järglastele. Eesti NSV TA Eksperimentaalbioloogia Instituudi uurimused I, Tallinn, 69—90, 1960. I s s a k o L. Pookealuse mõjul saadud perspektiivne rooskapsa vorm. Vaba­ riiklik konverents taimefüsioloogia ja -geneetika alal, Tallinn, 302—307, 1963. М Е Т О Д И К А П Р И В И В К И Д О П О Л Н И Т Е Л Ь Н О Г О Э Н Д О С П Е Р М А П Р О Р О С Т К А М К У К У Р У З Ы О. Ф. Михайлов, X. Т. М икк Днепропетровский госуниверситет и Тартуский госуниверситет За последние годы в отечественной и иностранной литера­ туре появляется все большее количество работ, посвященных техническим приемам и методам вегетативной гибридизации растений. Это обстоятельство обусловливается все возрастаю­ щим интересом исследователей к различным теоретическим и практическим вопросам, которые могут быть разрешены и раз­ решаются с помощью вегетативных гибридов. 624 Большой популярностью у современных исследователей пользуется уже сравнительно не новый, но дающий интересные результаты, метод трансплантации, или пересадки, эндосперма одного сорта или вида злаковых растений на другой. Интерес к такого рода пересадкам возник, с одной стороны, в связи с фор­ мообразовательной ролью эндосперма, а, с другой стороны, в связи с вопросом о его происхождении (Ф. М. Куперман, 1939, 1953; И. Г. Плотников, 1939, 1940; П. Ф. Секун, 1947; Ф. Л. К а ­ линин, 1948; И. И. Презент, 1948', 1954; Г. Ф. Никитенко, 1951; Л. А. Головцев, 1952; И. А. Петров, 1953; М. Струн, 1955; В. Н. Ржавитин, 1960; М. Л. Кравченко, 1960; Н. А. Соболев, 1961 и др.). Как было показано И. И. Презентом (1948), Я. С. Модилевским (1950), С. К. Овечкиным (1955), А. Г. Арара- тяном (1956) и др., эндосперм в значительной степени опреде­ ляет не только фенотипические, но и генотипические особенности растительного организма, в силу чего выявляется и биологиче­ ское значение этого специфического органа. В свою очередь, спе­ цифика эндосперма как своеобразного биологического и генети­ ческого ментора, создававшегося в процессе эволюции покрыто­ семенных растений, раскрывает и биологическую сущность двой­ ного оплодотворения. Таким образом, эндосперм, по мнению этих авторов, оказа л­ ся важнейшим аппаратом для увеличения экологической пла­ стичности и в то же время типичности особей вида и сорта по­ крытосеменных растений. Видимо, это свойство эндосперма и определяет двойственную природу и функцию семени, т. е. вос­ произведение и расселение вида. Мы целиком согласны с подобным объяснением биологиче­ ской специфики эндосперма, которое находило себе подтвержде­ ние в ряде работ одного из авторов этой статьи как с эндоспер­ мом (О. Ф. Михайлов, Т. Орав, 1959), так и с биологическим аналогом его — семядолями семян, не сохраняющих эндосперм к моменту созревания (О. Ф. Михайлов, 1952, 1957, 1958, 1959; О. Ф. Михайлов и Л. X. Ару, 1962). На основании этих работ нам представляется, что биологическая специфика эндосперма и семядолей безэндосперменных семян и, следовательно, их структурные и физико-химические особенности характеризуются тем, что: Во-первых, эти структурные особенности и составляющий их комплекс питательных веществ имеют не случайное проис­ хождение, а обусловлены всей историей данного вида (сорта). Во-вторых, используемые развивающимся растением в на­ чальных этапах онтогенеза эмбриональные питательные веще­ ства определяюще влияют на развитие видовых (сортовых) признаков организма. В-третьих, эти вещества в процессе их использования заро­ дышем не остаются неизменными. Будучи сосредоточены в жи- 40 Зак аз № 4752 625 вых клетках эндосперма или семядолей, они находятся в со­ стоянии беспрерывных изменений и превращений в результате жизнедеятельности этих клеток, в свою очередь связанной са­ мым тесным образом с жизненными отправлениями и ходом развития зародыша. Последнеее обстоятельство, по-видимому, способствует тому, что молодое растение в начальный момент своего развития, вместе со свойством устойчивости против не­ благоприятных воздействий внешней среды, обладает известной лабильностью. Эксперименты вышеприведенных исследователей, а также наши собственные и ряда других показали, что растения, выра­ щиваемые из зародышей, лишенных эмбриональных питатель­ ных веществ (эндосперма или семядолей у безэндосперменных семян) уменьшают биологическую типичность вида (сорта). То обстоятельство, что зародыш, лишенный, например, эндосперма, только уменьшает в процессе своего развития биологическую' типичность, а не полностью изменяет ее, объясняется, на наш взгляд, тем, что в изолированном зародыше все же остается довольно большое количество эмбриональных питательных ве­ ществ, достаточное, при благоприятных условиях, для дости­ жения зародышем такого состояния, когда он начинает само­ стоятельный синтез продуктов питания. Зародыши, лишенные своего эндосперма или семядолей, но с привитым к ним эндоспермом или, соответственно, семядолями другого сорта (вида) начинают адекватно изменять свои приз­ наки и свойства, что проявляется и на взрослых особях. Таким образом, метод пересадки, или трансплантации, эндо­ сперма может выступить, при соблюдении определенных усло­ вий, в качестве весьма эффективного способа управления формо­ образовательными процессами у растений. Известен целый ряд способов трансплантации на зародыш эндосперма, предложенных Ф. М. Куперман (1939), И. Г. Плот­ никовым (1939), Л. А. Головцевым (1952), И. А. Петровым (1953) и др., и для трансплантации на зародыш семядолей (М. М. Арончук, 1946; Э. И. Заар, 1953; Э. В. Гвоздева, 1954;. A. Е. Коварский, Ф. Д. Коган, 1955; С. М. Колесников, B. В. Крылова, 1955; В. И. Ржавитин, 1960; А. С. Кружилин, 1960; О. Ф. Михайлов, 1961; Л. X. Ару, 1960; О. Ф. Михайлов, Л. X. Ару, 1962 и др). Анализируя различные известные нам способы прививки на зародыш эндосперма другого сорта или вида, можно отметить, что в основном они разрабатывались для ограниченного числа видов растений, главным образом, хлебных злаков. Кроме того, все эти способы находят себе применение только для прививки количественно лишь одного эндосперма. Вместе с тем, зачастую' возникает необходимость прививки на один зародыш двух или более эндоспермов. Следует отметить, правда, что Ф. М. Купер- 626 ман (1939), И. Г. Плотников (1940), Б. И. Хмелев (1950) и др. предложили своеобразный метод «прививки» нескольких эндо­ спермов хлебных злаков на один зародыш, однако этот метод обладал рядом несовершенств, ограничивавших его применение. В частности, в этом методе «прививки» соединение эндоспермов осуществлялось подклеиванием их друг к другу предварительно срезанными поверхностями. В результате, только в отдельных местах по периферии эндоспермов происходило срастание кле­ ток алейронового слоя, да и то сравнительно редко. Что же касается основной массы тканей эндоспермов, то там, естест­ венно, у хлебных злаков никакого срастания не наблюдалось. По мнению авторов метода, что вполне достоверно, использо­ вание зародышем дополнительно привитых эндоспермов осуще­ ствлялось диффузным путем. К сожалению, такое диффузное «выедание» привитых эндоспермов происходило не во всех слу­ чаях и могло контролироваться только косвенным образом, на глаз, по уменьшению и сморщиванию привоя. Последнее обстоя­ тельство весьма затрудняет в ряде случаев истинную оценку результатов. Наконец, то обстоятельство, что прививаемые эндо­ спермы не имеют анатомического контакта друг с другом и с зародышем, свидетельствует о несколько ином механизме влия­ ния привоев, чем это имеет место при сращивании. В целях устранения указанных и некоторых других недо­ статков вышеописанного метода, мы разработали свой метод прививки дополнительного эндосперма, проверенного нами на кукурузе. Разработка нового метода прививки эндосперма возникла на базе необходимости провести исследование по выяснению влия­ ния на развивающееся растение кукурузы количества эмбрио­ нальных питательных веществ. Ф. М. Куперман еще в 1939 г., а затем в 1948— 1950 гг. про­ вела исследование этого вопроса на зерновках мягкой пшеницы ’Лютесценс 62’. Опыты показали, что молодые растения пше­ ницы, даже уже перешедшие к фотосинтезу, продолжают пи­ таться эмбриональными питательными веществами из двух и более «привитых» эндоспермов. Наши опыты, носящие пока предварительный характер, про­ водились на прорастающих семенах кукурузы сорта ’Стерлинг’, урожая 1960 года. Семена проращивались обычным лабора­ торным способом в течение нескольких дней до достижения эмбриональным стебельком длины около одного сантиметра. Опыты показали, что при более позднем развитии проростка процент удачных прививок оказывается значительно меньшим. У пророщенных таким образом семян в относительно сте­ рильных условиях бритвенным ножичком продольно срезалась часть эмбрионального стебелька в области гипокотиля, без повреждения точки роста. Затем к месту среза одного про- 40* 627 ростка прикладывался аналогично сделанным срезом другой проросток. В целях создания лучшего контакта срезанных по­ верхностей компонентов прививки и для придания механической прочности соединенные друг с другом стебельки довольно туго обматывались шерстяной или бумажной ниткой, концы которой завязывались. Испытанные нами различные другие способы скрепления компонентов прививки оказались менее целесооб­ разными. Таким образом, оказывалось, что после проведения проце­ дуры прививки каждый из компонентов ее обладал своими соб­ ственными не поврежденными точкой роста, эмбриональным корнем и эндоспермом. Аналогичным способом можно осуществить и тройную при­ вивку, т. е. соединить друг с другом три компонента. Такой вариант мы делали, хотя он технически и сложнее. Значительно сложнее соединить друг с другом четыре и более компонентов, однако возможно и это, для чего необходимо один из компонен­ тов, избранный в качестве подвоя, прорастить значительно больше остальных, с тем, чтобы на его более длинном стебле можно было разместить необходимое количество привоев. Привитые тем или иным способом проростки размещаются в чашках Петри с водой так, чтобы в воде находились только корешки их. Д л я этих целей корешки пропускались через отвер­ стия картонного диска, покрывающего чашку Петри. Остальная часть прививки — эндоспермы и соединенные друг с другом сте­ бельки — оставались снаружи в воздушной среде. После этого, в течение нескольких дней чашки Петри оставались в обычных лабораторных условиях до более мощного развития главных корней и образования боковых. К этому времени обычно уже происходило частичное сращивание компонентов прививки. По достижении компонентами прививки сравнительно развитых корневых систем и после визуальной проверки сращиваемости молодые растеньица высаживались в бумажные мешочки с землей. В описываемых опытах, как это уже отмечалось, нас инте­ ресовало только влияние увеличенного количества эмбриональ­ ных питательных веществ на развитие растения кукурузы. По­ этому прививаемые в том или ином количестве эндоспермы не отличались друг от друга, так как принадлежали не только тому же самому сорту, но зачастую брались с початков одного и того же растения. Для удобства изложения предлагаемой методики прививки мы пока ничего не говорили о том, почему у всех компонентов прививки оставались и стеблевые и корневые точки роста. Ины­ ми словами, какой же из двух компонентов является подвоем и какой — привоем. Вместе с тем, это весьма важный вопрос, в котором, собственно говоря, заключается вторая особенность 628 нашего метода. Дело в том, что, как показали опыты, лучшие результаты сращивания получаются тогда, когда тот компонент или компоненты, которые будут привоями, некоторое время про­ должают самостоятельное существование. Поэтому обычно до момента срастания мы оставляли второму компоненту прививки и стеблевую точку роста и корень. Кроме того, варьируя время удаления у привоя корней и стеблевой точки роста, можно, тем самым, регулировать силу его влияния на подвой. В этом случае сила влияния привоя может регулироваться и неодновременным, раздельным удалением корня и почечки. Возможность описанной регулировки влияния привоя на под­ вой в нашем методе и ее особенности имеют весьма большое значение в тех случаях, когда в качестве привоя используется генетически иной компонент. Причем, чем более разнородными будут подвой и привой, тем больший эффект будет иметь воз­ можность регулировки влияния привоя. Более того, в этом по­ следнем случае наличие в течение некоторого времени у обоих компонентов прививки собственных корней и точек роста и даже листьев создает обстановку своеобразного предварительного сближения, преодолевающего в какой-то степени явление несов­ местимости. В опытах с генетически однородными подвоем и привоем, где привитый добавочный эндосперм должен был оказывать только количественное влияние на развитие проростка кукурузы, мы удаляли и корень и почечку у привоя вскоре после срастания компонентов. При этом подвоем избирался тот из компонентов прививки, который к этому моменту обладал более мощной кор­ невой системой. В ряде случаев мы удаляли у привоя только точку роста. В результате, оставшуюся точку роста питали два эндосперма и две корневых системы. Предварительные результаты показы­ вают, что при соответствующих условиях это вызывает дополни­ тельный эффект повышения процента полной срастаемости ком­ понентов прививки и усиления интенсивности роста молодых растений. Анализ проделанных за два года предварительных опытов показывает, что предлагаемый нами метод прививки дополни­ тельных эндоспермов проросткам кукурузы технически не вы­ зывает особых трудностей. Процент частичной срастаемости компонентов прививки весьма высок и достигает 80. Полная срастаемость, как это видно по таблицам 1 и 2, лежит в преде­ лах от 20 до 63%. Мы умышленно разделяем срастаемость компонентов при­ вивки на частичную и полную, так как при неполной, частичной их срастаемости влияние привоя на подвой в ряде случаев резко снижается. При частичной срастаемости, как правило, связь сосудистых систем обоих компонентов оказывается значительно 629 Таблица 1 Полная срастаемость компонентов прививки сорта ’Стерлинг’ (по данным 1961 г.) Количество прививок С одним дополнительным С двумя дополнительными Время эндоспермом эндоспермами прививки Полностью Полностью Всего срослось Всего срослось шт. в % шт. в % 1 13 марта 20 6 30 20 5 25 2 20 марта 20 13 65 10 3 30 3 3 апреля 20 5 25 10 2 20 меньшей. Учитывая вышеизложенное, мы и приводим данные только по полной срастаемости. Как видно из прилагаемых таб­ лиц, полное срастание компонентов прививки находится в из­ вестной зависимости и от времени ее проведения. Несколько меньший процент полного срастания в начале марта увеличи­ вается к середине этого месяца, где он, по-видимому, достигает максимума. Затем начинается постепенное снижение, достигаю­ щее своего минимума к концу апреля. Таблица 2 Полная срастаемость компонентов прививки сорта ’Стерлинг’ (по данным 1962 г.) Количество прививок Серии Время полностью сросшихся опытов прививки общее шт. в % 1 6 марта 20 9 45 2 7 марта 20 8 40 3 10 марта 30 19 63 4 19 марта 25 11 44 5 26 марта 35 13 37 6 11 апреля 55 18 33 7 18 апреля 50 17 34 Учитывая меньшую эффективность прививок с частичным срастанием, мы использовали для дальнейших опытов только те растения, где срастание было полным. Отметим, что в опытах 1961 г. из 100 привитых растений было отобрано только 34, ка­ чество срастания у которых нас полностью удовлетворило. 630 Серии опытов В 1962 г. из 235 — 95 прививок. Иными словами, в первом слу­ чае 34%, а во втором 40%. Отобранные растения, находившиеся, как мы уже отмечали ранее, в бумажных стаканчиках с землей, вначале росли в лабо­ раторных условиях, до развертывания листьев, способных к фотосинтезу. Затем молодые растеньица постепенно переноси­ лись в полевые условия и высаживались вместе со стаканчиками в грядки. Одновременно, с теми же процедурами, высаживалось и соответствующее количество контрольных растений. Каковы же общие результаты влияния на развивающееся растение кукурузы дополнительных эндоспермов, привитых на проростки по нашему методу? Прежде всего следует отметить, что рост молодых растений с привитыми к ним дополнительными эндоспермами был замет­ но более интенсивным, чем рост контрольных. Средняя высота растений с одним дополнительным эндоспермом была, напри­ мер, 9 апреля (3 серия опытов; время пересадки 10 марта 1962 г.) равна 45 см. Диаметр стебля — 0,55 мм. В это же самое время высота контрольных растений была 29 см и сред­ ний диаметр стебля — 0,3 мм. Корневая система опытных растений мощно развита и зна­ чительно превосходит по своей мощности контрольные. Более мощно развиты и листья, число которых также больше, чем у контрольных растений. У нас создалось впечатление, требующее еще дополнитель­ ной проверки, что на интенсивность роста растений в длину существенно влияет дополнение только одного эндосперма. При большем количестве привитых эндоспермов интенсивность роста стебля заметно не увеличивается. Зато большее количество до­ полнительных эндоспермов, видимо, прямо пропорционально оп­ ределяет общую мощность вегетативной массы, а, возможно, и продуктивность растений. Видимо, очень важным обстоятельством является то, что в опытах 1961 г. у всех растений с привитыми дополнительными эндоспермами (вне зависимости от их числа) сформировались хорошо выполненные початки, большинство из которых достигло полной зрелости. Несколько недозрели початки тех растений, прививка эндо­ сперма которым делалась сравнительно поздно, например, серия 3; прививка 3/IV. Более ранние, мартовские прививки начали формирование своих генеративных органов и продолжали раз­ витие их в более благоприятных температурных условиях. Что же касается контрольных растений, то ни у одного из них созре­ вание початков не наблюдалось. Взрослые, уже прекратившие рост, опытные растения также значительно отличались от контроля по богатству вегетатиьнои 631 массы. Средняя высота их была 150 см. Высота контрольных растений — около 120 см. В опытах 1962 г. высадка в полевых условиях всех серий опы­ та была произведена по техническим причинам весьма поздно (29 мая) , что, видимо, не позволяло надеяться на успешное дозревание початков. Однако еще более ухудшило обстановку то, что в районе г. Тарту (Эстонская ССР) в июне 1962 г. про­ изошло резкое понижение температуры воздуха (6 июня, на­ пример, ночью было —2,6°). Это обстоятельство послужило при­ чиной того, что все опытные и контрольные растения сорта ’Стерлинг’ погибли. Интересно, что все опытные растения дру­ гого гибридного сорта ’Одесский Г, данные об опытах с которым мы за недостатком места не приводим, прекрасно пережили эти же заморозки. Но контрольные растения этого сорта тоже час­ тично погибали, а сохранившиеся резко затянули свое развитие. Резюмируя, мы можем констатировать, что предлагаемый нами метод прививки дополнительных эндоспермов проросткам кукурузы представляет очевидный интерес как для специальных теоретических исследований, так и для селекционных целей. Начатые нами в Тартуском гос. университете исследования по разработке этого метода ныне успешно продолжаются в Дне­ пропетровском гос. университете ассистентом А. Н. Винниченко. ЛИТЕРАТУРА А р а р а т я н А. Г. О биологической роли различной пищи, получаемой заро­ дышем у растений. Изв. АН Армянской ССР, серия биол. и с-х. наук, т. 9, № 5, 1956. А р о н ч у к М. М. Изменение вегетативного периода у сои путем вегетатив­ ной гибридизации. Агробиология, № 3, 1946. А р у Л. X. О роли семядолей в росте и развитии подсолнечника. Ученые за­ писки Тартуского гос. ун-та, вып. 93. Труды по ботанике IV, 1960. Г в о з д е в а В. В. Методика прививки подсолнечника и клещевины. Земле­ делие, №1 1 , 1954. Г о л о в ц е в Л. А. Прививка злаковых растений. Агробиология, № 5, 1952. 3 а а р Э. И. Прививка черешчатого дуба точкой роста прорастающего семени. Ботанический журнал, т. 38, № 3, 1953. К а л и н и н Ф. Л. Развитие зародыша озимой ржи на эндосперме яровой пшеницы. ДАН СССР, т. 9, № 5, 1948. К о в а р с к и й А . Е. и К о г а н Ф. Д. Роль семядолей при межвидовой и меж­ родовой вегетативной гибридизации зернобобовых культур. Труды Ки­ шиневского с-х. института, т. 3, 1955. К о л е с н и к о в С. М. и К р ы л о в а В. В. Новое в технике вегетативной гибридизации травянистых растений. Труды Кишиневского с-х. инсти­ тута, т. III, 1955. К р а в ч е н к о М. Л. Цитоаналитические особенности сращивания тканей за­ родышей злаков, трансплантированных на сухом зерне. Журнал общ. биологии, т. 21, № 5, 1960. К р у ж и л и н А. С. Взаимовлияние привоя и подвоя растений. Изд. АН СССР, 1960. 632 г К у п е р м а н Ф. М. О технике прививки у злаковых. Яровизация, № 5—6 , 1 УоУ. К у п е р м а н Ф. М. Биологические основы культуры пшеницы. Изд. Моск. ун-та. М., 1953. М и х а й л о в О. Ф. Биологическая специфика семядолей в семенах растений, не сохраняющих эндосперм. Научные труды, поев. 150-летию Тартуского гос. ун-та. Таллин, 1952. М и х а й л о в О. Ф. Метод культуры тканей и получение новых форм расте­ ний. Ученые записки Тартуского гос. ун-та, № 46, 1957. М и х а й л о в о й . Ф. Проблема детерминации и патологический морфогенез растений. Ученые записки Тартуского гос. ун-та, вып. 64. Труды по бо­ танике I, 1958. М и х а й л о в О. Ф. Методы культуры растительных тканей и формообразо­ вательные процессы. Сб. Наследственность и изменч. раст., животных и микроорг. Труды конф., посвящ. 40-летию Великой Октябрьской соц. рев., т. II, Из-во АН СССР. М., 1959. М и х а й л о в О. Ф. О потенциальных возможностях клеток семядолей и эндосперма. Труды конф. по морфогенезу растений, т. И, изд. Моск. ун-та, 1961. М и х а й л о в О . Ф. и А р у Л. X. Замена семядолей зародыша растений как метод вегетативной гибридизации. Агробиология, № 1, 1962. М и х а й л о в О. Ф. и О р а в Т. Растения-новообразования пшеницы, по­ лученные из лишенных зародыша зерновок, и некоторые их морфо­ физиологические особенности. Известия АН ЭССР, т. 8 , сер. биол., № 4, 1959. М о д и л е в с к и й Я. С. Современное состояние вопроса об эндосперме у покрытосеменных растений в связи с формированием зародыша, семени и плода. Известия АН СССР, сер. биол., № 2, 1950. Н и к и т е н к о Г. Ф. О некоторых особенностях вегетативной гибридизации злаков методом трансплантации зародыша. ДАН СССР, т. 76, № 2, 1951. О в е ч к и н С. К. Эндосперм — ментор зародыша злаков. Тр. Ин-та генетики и селекции АН УССР, т. 4, 1955. П е т р о в И. А. Направленное изменение природы зерновых культур. Бот. ж., т. 38, № 6 , 1953. П л о т н и к о з И. Г. Техника прививок у злаковых. Яровизация, № 3, 1939. П л о т н и к о в И. Г. Вегетативная гибридизация злаковых культур и ее зна­ чение для селекционной работы. Соц. зерновое хозяйство, № 6 , 1940- П р е з е н т И. И. Биологическое значение двойного оплодотворения. Агробио­ логия, № 5, 1948. П р е з е н т И. И. Двойное оплодотворение и жизненность. Известия АН СССР, сер. биол., № 1, 1954. Р ж а в и т и н В. Н. Вегетативная гибридизация растений. Мордовское кн изд., Серенек, 1960. Се к у н П. Ф. Влияние подвоя на привой при прививках злаковых растений. Агробиология, № 6 , 1947. С о б о л е в Н. А. Методика инъекции чужеродного эндосперма. Сборник труд, аспирантов и молод, научн. сотр. ВИР, № 2/6, 1961. С т р у н М. Пересадка зародышей злаковых на чужие эндоспермы. Известия АН СССР, сер. биол., № 5, 1955. Х м е л е в Б. И. Влияние величины и количества эндоспермов-подвоев на рост вегетативных гибридов злаков. Селекция и семеновод., № 3, 1959. 633 О М Е Т О Д Е С Е Р О Л О Г И Ч Е С К О Г О А Н А Л И З А В Ы С Ш И Х Р А С Т Е Н И Й Л. X. Ару Тартуский госуниверситет Серологический анализ до сих пор находит более широкое применение в зоологии и гуманмедицине, чем в ботанике. Одна­ ко исследование растительных белков этим методом особенно существенно, так как приходится обращать значительно больше внимания не только на наследственность признаков, но и на наследственность белковых комплексов. Серологическая харак­ теристика белков дает также возможность разрешить некоторые связанные с эволюцией растений вопросы и проследить измене­ ния, происходящие у них в процессе онтогенеза. Хотя примене­ ние серологических методов в вышеназванных целях имеет место только в последнее десятилетие, они являются необходимым до­ полнением к другим методам анализа. Из более ранних исследований с использованием серологиче­ ского метода следует упомянуть работы школы кенигсбергских ботаников (Alexnat, 1922; Hoeffgen, 1922; Kirstein, 1922; Mallig- son, 1922; Worseck, 1922; Kohz, 1923; Guttman, 1924; Lange, 1924; Saltzmann, 1924; Mischke, 1925; Steinecke, 1925; Mielinski, 1926; Neuhoff u. Ziegenspeck, 1926; Reuter, 1926; Ziegenspeck,, 1925, 1926, 1927; Ankermann, 1927; Ottensooser, 1927) во главе с Карлом Мецом (1926а, 19266). Результатом почти двадцати­ летней их деятельности было создание «кенигсбергского родо­ словного дерева» растительного мира. Их схема в некоторой степени отличается от признанного в систематике филогенети­ ческого дерева, что, по-видимому, и послужило одной из причин, почему серологический метод не нашел более широкого исполь­ зования. Кроме того следует учесть недостатки серологического мето­ да, имевшие место при его применении в то время (Gilg и. Schürhoff, 1926; Huhn, 1927; Zarnack, 1927). Вага (1945), Роза­ нова (1946), К о з о - П о л я н с к и й (1950) и Благовещенский (1962) считают этот метод неконструктивным, так как при помощи его все же невозможно построить родословное дерево. По их мне­ нию, серологический метод является дополнением к сравни­ тельно-морфологическим и биохимическим методам. Однако по Алтухову (1962), серологический метод является подходящим при исследовании проблем микроэволюции. Он считает необхо­ димым сравнение морфологических признаков антигенной струк­ турой их белков. Несмотря на то, что серологический метод еще далеко не совершенен (Стэкмен, Харрар, 1959), он применяется также и в фитопатологии (Федотова, 1939а, 19396, 1940, 1948а, 19486). 634 Серологические методы были значительно усовершенствованы (Grabar , Williams, 1955; Grabar, 1957; Грабар, 1957; Maška, 1958, Абелев, Перова, Храмкова, 1963; Кудряшов, Андреенко, Кукушкина, 1959; Зильбер, Абелев, Авенирова, Энгельгарт, Б ай ­ дакова, 1959; Kloz, 1960; Клоз, 1962; Ouchterlony, 1962) в тече­ ние двух последних десятилетий. Более широкое применение наряду с реакцией кольцепреципитации находит и реакция пре­ ципитации в агаровом геле (Гусев, Цветков, 1961; Шурыгин, 1961; Хавкин, 1961), некоторые модификации которой оказались довольно подходящими для исследования растительного мате­ риала (Wunderly, 1957). Таким способом представляется воз­ можным выяснить отдельные компоненты белкового антигена. Следовательно, метод иммуноэлектрофореза дает возможность различать близкие по структуре комплексы белка (Кретович, Бундель, Мелик-Саркисян, 1954; Gell, 1956, 1960; Гофман, 1958, 1960; Потапов, 1962; Клименко, Березовиков, 1963). Сравнительно интенсивные исследования проведены О. Хал­ лом (1959), который при помощи иммуноэлектрофореза иссле­ довал ржано-пшеничные гибриды. По данным упомянутого ав­ тора иммуноэлектрофорезом прослеживаются различия между протеинами ржи и пшеницы; также при помощи его в составе ржано-пшеничных гибридов выявляются определенные протеи­ ны пшеницы. Ржано-пшеничные гибриды не в состоянии проду­ цировать характерные для ржи протеины. В гибридах не было обнаружено протеинов, которые были бы характерны только для них. Далее остановимся на некоторых методических затруднениях, имеющих место при работе серологическим методом на расти­ тельном материале. Основными недостатками рассматриваемого метода следует считать: 1) токсическое влияние растительного материала на организм кролика и 2) в случае пользования не­ достаточно очищенным белковым препаратом может наблюдать­ ся неспецифическая реакция преципитации и с нормальной сы­ вороткой. Во избежание названных затруднений, необходимо приготовить белковый препарат, который был бы более или ме­ нее очищен от добавочных веществ. Белковый антиген нами выделялся по следующей методике. Зерна ячменя измельчали в лабораторной мельнице и затем экстрагировали их петролейным эфиром и 0,85% раствором NaCl (pH 7,5). Солевой раствор центрифугировали и применяли его как в качестве антигена, так и в качестве преципитиногена. Выяснилось, что при изготовлении белкового антигена по данному методу, иногда под влиянием нормальной сыворотки происходила неспецифическая реакция, которой можно было из­ бежать путем дополнительного центрифугирования белкового раствора. Поэтому рекомендуется центрифугировать белковый 635 раствор по меньшей мере два раза по 15 мин. при 4000 об./мин. При таком способе подготовки белкового препарата неспецифич­ ная реакция отсутствовала. Кроликов иммунизировали несколько раз через 1—2 дня. Общая доза вводимого азота составляла Юг/мл. Спустя 7— 10 дней после последней инъекции у подопытных животных бралась кровь из ушной вены. Иммуноэлектрофорез на агаре проводили по методу Вундер- ли (1957). Для характеристики полученных иммуноэлектрофоре- грамм приводится рисунок 1. Рис. 1. Результаты иммуноэлектрофореза белков из зерен ячменя сорта ’Тамми’. В заключение следует отметить, что при проведении имму­ ноэлектрофореза приходится особое внимание обращать на при­ готовление белкового антигена. Результаты опытов зависят так­ же от способа приготовления раствора агара. ЛИТЕРАТУРА А б е л е в Г. И., П е р о в а С. Д., Х р а м к о в а Н. И. Эмбриональный сыво­ роточный альфаглобулин и его синтез перевиваемыми гепатомами мы­ шей. Биохимия, 28, 4, 1963. А л т у х о в Ю. П. Цитофизиологический и серологический анализ межвидо­ вой дифференциации бычков Азовского моря. Роль клеточных реак­ ций в приспособлении многоклеточных организмов к температуре среды. Тезисы докладов. Изд. АН СССР, М.—Л., 1.962. Б л а г о в е щ е н с к и й А. В. Эволюция белковых комплексов семян и эво­ люция цветковых растений. Известия АН СССР, сер. биол., 6 , 1962. 636 Г о ф м а н Ю. Я. Исследование растительных белков электрофорезом на бу­ маге. Труды по химии природных соединений I. Кишиневский гос. ун-т, 1958. Г о ф м а н Ю. Я., В а й н т р а у д И. А. О применении электрофореза на бу­ маге для проверки однородности белков семян. Биохимия 25, 6 , 1960. Г р а б а р П. Иммуно-электрофоретический анализ белков человеческой сы­ воротки. Биохимия, 22, 1-2, 1957. Г у с е в А. И. и Ц в е т к о в В. С. К технике постановки реакции микро­ преципитации в агаре. Лабор. дело, 2, 1961. З и л ь б е р Л. А., А б е л е в Г. И., А в е н и р о в а 3. А., Э н г е л ь - г а р т Н. В. и Б а й д а к о в а 3. Л. О различиях антигенной структуры цито­ плазматических гранул печени и гепатомы мышей. Доклады АН СССР, 124, 4, 1959. К л и м е н к о В. Г. и Б е р е з о в и к о в А. Д. Превращение белков и не­ белковых азотосодержащих веществ при созревании семян кормовых бобов ( Vicia Faba L.). Биохимия 28, 2, 1963. К л о з И. Белковые признаки растений, их качественный анализ и количе­ ственное определение степени их структурной подобности при помощи серологических методов. Физиол. раст., 9, 4, 1962. К о з о - П о л я н с к и й В. М. Значение различных методов в систематике рас­ тений, преимущественно Anthophyta. Пробл. бот., I, 1950. К р е т о в и ч В. Л. , Б у н д е л ь А. А., М е л и к - С а р к и с я н С. С. О так называемых запасных белках семян. Биохимия, 19, 1954. К у д р я ш о в Б. А., А н д р е е н к о Г. В., К у к у л ь к и н а В. Г. Электро­ форетические свойства некоторых белковых компонентов свертывания крови. Докл. АН СССР, 124, 2, 1959. П о т а п о в М. И. О филогенезе групповых антигенов человека. Журн. общ. биол., 23, 6 , 1962. Р о з а н о в а М. А. Экспериментальные основы систематики растений. Изд. АН СССР, М.—Л. 1946. С т э к м е н Э. и Х а р р а р Дж. Основы патологии растений. Изд. иностр. лит., М., 1959. Ф е д о т о в а Т. И. Применение упрощенных серологических реакций в опре­ делении устойчивости сортов к заболеваниям. Вестник защиты расте­ ний, I, 1939а. Ф е д о т о в а Т. И. и К а с п е р о в и ч 3. С. Ускоренный метод определения бактериальной зараженности семян с.-х. растений. Вестник защиты растений, I, 19396. Ф е д о т о в а Т. И. Иммунологические свойства белков у пшениц различных видов и сортов в связи с поражаемостью их ржавчиной (Puccinia tr iticana). Вестник защиты растений, 4, 1940. Ф е д о т о в а Т. И. Значение отдельных белков семени в проявлении устой­ чивости растений к заболеваниям. Сб. трудов Всес. ин-та защиты рас­ тений, I, 1948а. Ф е д о т о в а Т. И. Оценка сортов на устойчивость к заболеваниям по семе­ нам лабораторным методом (серологическим). Сб. трудов Всес. ин-та защиты растений, I, 19486. X а в к и н Ю. А. Методика объективного учета реакции преципитации в агаре. Лабор. дело, 2, 1961. Шу р ы г и н А. Я. К методике электрофореза на агар-агаре. Сб. научн. работ Киргизского н.-и. ин-та туберкулеза, I, Фрунзе, 1961. А 1 е х п а t W. Sero-diagnostische Untersuchungen über die Verwandt­ schaftsverhältnisse innerhalb der Sympetalen. Bot. Arch., 1, 3, 1922. A n k e r m a n n Fr. Die Phylogenie der Monokotylen. Bot. Arch., 19, 1927. G e l l P. G. H., W r i g h t S. T. C., H a w k e s J. G. Immunological Methods in Plant Taxonomy. Nature, 177, 4508, 1956. 637 G e l l P. G. H., W r i g h t S. T. C., H a w k e s J. G. The application of immunological methods to the taxonomy of species within the genus Solanum. Proceed. Roy. Soc., 151, 944, Ser. B., 1960. G i 1 g E. und S c h ü r h o f f P. N. Die Serodiagnostik in der botanischen Verwandtschaftsforschung. Bot. Jahrb. 60, 1926. G r a b a r P. et W i l l i a m s C. Methode immuno-žlectrophoretique d’analyse de melanges de substances antigeniques. Biochim. Biophys. Acta, 17, 1955. G r a b a r P. Etudes immunochimiques sur le biere European Brewery Con­ vention. 1957. G u t t m a n n F. Sero-diagnostische Untersuchungen über die Verwandt­ schaftsverhältnisse der Archegoniaten. Bot. Arch., 6 , 1924. H a l l O. Immuno-electrophoretic analyses of allopolyploid ryewheat and its parental species. Hereditas, 45, 1959. H о e f f g e n Fr. Sero-diagnostische Untersuchungen über die Verwandtschafts­ verhältnisse innerhalb des Columniferen-Astes Dicotylen. Bot. Arch., 1, 2, 1922. H u h n K. Uber die Verwertbarkeit der Serodiagnostik in der Botanik, erläutert an den Sympetalen. Cohns Beitr. z. Biol. d. Pfl. 15, 1927. К i r s t e i n K. Sero-diagnostische Untersuchungen über die Verwandt­ schaften innerhalb der Pflanzengruppe der Gymnospermae. Bot. Arch^ 2, 2, 1922. К 1 о z J. The Quantitative Ring (Layering) Precipitation Reaction. Folia biol., 6 , 4, 1960. К о h z K. Sero-diagnostische Untersuchungen über die Verwandtschaften innerhalb des Rosales-Astes der Dikotylen. Bot. Arch., 3, 1, 1923. L a n g e L. Sero-diagnostische Untersuchungen über die Verwandtschaften innerhalb der Pflanzengruppen der Ranales. Bot. Arch., 5, 1924. M a 1 1 i g s о n F. Sero-diagnostische Untersuchungen über die Verwandt­ schaften innerhalb des Centrospermen-Astes des Pflanzenreichs. Bot. Arch., 1, 1, 1922. M a š k a J a r o m i r a . Naße zušenosti s mikromodifikaci immunoelektrofo- resy. Cs. epidemiol., mikrobiol., imunol., 6 , 1958. M e z C. Die Bedeutung der Serodiagnostik für die stammesgeschichtliche Forschung. Bot. Arch., 16, 1, 1926a. M e z C. Die Theorien der Phylogenetik. Bot. Arch., 16, 1926b. M i e 1 i n s к i K. Ueber die Phylogenie der Bryophyten mit besonderer Berücksichtigung der Hepaticae. Bot. Arch., 16, 1, 1926. M i s с h к e W. Sero-diagnostische Untersuchungen über strittige Verwandt­ schaftsverhältnisse innerhalb der Gymnospermen und über den Anschluss von Ceratophyllum. Bot. Arch., 11, 1925. N e u h о f f W. und Z i e g e n s p e c k , H. Morphologisch-serologische Bear­ beitung des Systems der Basidiomyceten. Bot. Arch., 16, 1926. O t t e n s o o s e r F. Serologische Differenzierung von Hefen. Bot. Arch., 17, 1927. O u c h t e r l o n y Ö. Diffusion—In—Gel Methods for Immunological Analysis, II. Progress in Allergy, VI, Basel., 1962. R e u t e r K. Die Phylogenie der Parietales. Bot. Arch., 16, 1926. S a l t z m a n n B. Ergänzende sero-diagnostische Untersuchungen. Bot. Arch., 8 , 1924. S t e i n e c k e F. Der Stammbaum der Algen nach sero-diagnostischen Unter­ suchungen dargestellt. Bot. Arch., 10, 1925. V a g a A Taimesüstemaatika alused. Tartu, 1945. W o r s e c k E. Sero-diagnostische Untersuchungen über die Verwandtshafts- verhältnisse der Monocotyledonen. Bot. Arch., 2, 4, 1922. W u n d e r 1 у Ch. Die Immunoelektrophorese in Agar-Gel. Methode und Ergebnisse. Experimentia, 13, 11, 1957. Z a r n a c k H. G. Untersuchungen über die Brauchbarkeit der Serodiagnostik für die botanische Verwandtschaftsforschung erläutert an der Reihe der Ranales. Cohns Beitr. z. Biol. d. Pfl. 15, 1927. Z i e g e n s p e c k H. Die Stelärtheorie und der serologische Stammbaum. Bot. Arch. 10, 1925. Z i e g e n s p e c k H. Kritisches und Strittiges. Eine experimentelle Antwort auf R. Wettstein: Die Bedeutung der serodiagnostischen Methode für die phylogenetische Forschung. Bot. Arch., 16, 1926. Z i e g e n s p e c k H. Die systematische Bedeutung der Haploid-Generationen verglichen mit den Ergebnissen der Sero-Diagnostik. Bot. Arch., 17, 1927. Р Е З О Л Ю Ц И Я В Т О Р О Й Р Е С П У Б Л И К А Н С К О Й К О Н Ф Е Р Е Н ­ Ц И И ПО Ф И З И О Л О Г И И И Г Е Н Е Т И К Е Р А С Т Е Н И Й С 9 по 12 сентября 1963 года в гор. Тарту Эстонской ССР состоялась II Республиканская конференция по физиологии и генетике растений, которая была посвящена 100-летию основа­ ния кафедры физиологии растений в Тартуском университете. В работе конференции приняли участие около 200 ученых и спе­ циалистов из Тартуского, Ленинградского, Киевского, Латвий­ ского, Днепропетровского государственных университетов, Эстонской и Украинской сельскохозяйственных академий, Крас­ нодарского государственного педагогического института и 13 научно-исследовательских институтов и учреждений: Института экспериментальной биологии, Института физики и астрономии, Таллинского Ботанического сада, Института зоологии и бота­ ники АН ЭССР, Эстонского научно-исследовательского инсти­ тута земледелия и мелиорации, Института физиологии растений им. К. А. Тимирязева, Ботанического института им. В. Л. Кома­ рова, Всесоюзного научно-исследовательского института кормов, Института цитологии, Института биологии Башкирского гос. университета, Института биологии Карельского филиала АН СССР, Северо-Кавказского научно-исследовательского инсти­ тута садоводства и виноградства, Института биологии АН Латв. ССР. На пленарном и секционных заседаниях всего было заслушано 94 доклада. Конференция, заслушав и обсудив представленные доклады, с удовлетворением констатировала, что в Эстонской ССР про­ исходит быстрое развитие исследований по физиологии и гене­ тике растений. Конференция отмечает ценность исследований, проводимых на кафедре физиологии растений Тартуского государственного университета по изучению сезонного ритма развития древесных растений, особенно плодо-ягодных культур, в связи со специфи­ кой периода покоя, зимостойкостью и плодоношением. С исполь­ зованием биохимических и оптических методов проводится вы­ яснение физиологических основ вызревания побегов у пло­ довых деревьев в зависимости от условий почвенного питания и светового режима. Начаты работы по изучению динамики содер­ жания и метаболизма регуляторов роста в побегах плодовых 639 деревьев в годичном цикле развития. Результаты этих исследо­ ваний способствуют выработке физиолого-биохимической теории перидда покоя, которая послужит теоретической основой для разработки научно-обоснованной системы ухода за плодоягод­ ными насаждениями, приемов повышения их зимостойкости и продуктивности. Конференция одобряет намечаемое в республике широкое развитие комплексных исследований по фотосинтезу растений в посевах, в которых наряду с Институтом экспериментальной биологии примут участие кафедра физиологии растений ТГУ, Сектор физики атмосферы Института физики и астрономии, Эстонская сельскохозяйственная академия и Институт ботани­ ки и зоологии АН ЭССР. Эти исследования с участием физиков- актинометристов позволят более полно выявить климатические ресурсы республики в отношении растениеводства и будут со­ действовать дальнейшей разработке теоретических основ повы­ шения урожаев за счет лучшего использования солнечной радиации. В области генетических исследований в республике важное место занимают работы по изучению методов направленного из­ менения наследственности растений, выяснению генетических и физиологических причин различной совместимости привоев и подвоев у плодовых деревьев. Развертываются работы по изуче­ нию биохимических основ наследственности. Конференция счи­ тает целесообразным дальнейшее углубление и расширение ис­ следований в этих направлениях. Отмечая интересные и важные для практики растениевод­ ства работы по питанию растений, известкованию почв, приме­ нению минеральных удобрений, ведущиеся учеными Эстонской ССР, конференция считает желательным углубление этих иссле­ дований в направлении более глубокого познания участия мине­ ральных элементов в обмене веществ и энергии в растительном организме с поименением современных методов биохимии, био­ физики и физиологии растений. Конференция считает целесообразным создание проблемной лаборатории по биохимии растений при кафедре физиологии растений ТГУ, что будет способствовать как усилению работ по проблемам фотосинтеза и периода покоя растений, так и улучшению подготовки кадров по биохимии растений в респуб­ лике. Конференция считает необходимым восстановить на кафедре генетики и дарвинизма ТГУ подготовку кадров по специальности генетика и находит желательным, чтобы при кафедре была ор­ ганизована научно-исследовательская группа по изучению явле­ ния наследственности биохимическими методами, Участники конференции обращаются к Ректору ТГУ с прось­ бой издать труды конференции. 640 ОГЛАВЛЕНИЕ I. Период покоя и устойчивость растений Генкель П. А., Окнина Е. 3. Значение состояния покоя для роста и морозоустойчивости растений ........................................................................ 5 Перк А. Я. О причинах и значении периода покоя у растений..................... 16 Ряднова И. М. Покой плодовых деревьев и агромероприятия по управ­ лению и м .............................................................................................................33 Гриненко В. В., Бютнер Е. Г., Бондарева Ю. С., Стеценко И. И. Об условиях формирования устойчивости яблони к неблагоприятным ф а к т о р а м ................................................................................... ......................... 42 Окнина Е. 3., Пустовойтова Т. Н. Физиология цветочных почек плодо­ вых растений в состоянии покоя .............................................................. 51 Лебедева Т. А. Гистохимическое изучение цветочных почек абрикоса в связи с з и м о с т о й к о с т ь ю ..............................................................................56 Барская Е. И. О вызревании древесины в связи с морозоустойчивостью некоторых древесно-кустарниковых п о р о д .............................................. 63 Турецкая P. X., Кефели В. И., Коф Э. М. Активность ауксинов и инги­ биторов в укореняющихся черенках фасоли и и в ы ..................... 75 ■ Сарапуу Л., Вардья Т. Суточная динамика продуктов метаболизма фло- ридзина в однолетних побегах у яблони в связи с подготовкой деревьев к п о к о ю ............................................................................................. 84 Зигангиров А. М. Особенности действия гиббереллина на различные по зимостойкости шиповники .........................................................................94 Каск Л. О метаболизме органических кислот в красном клевере осенью 99 Барская Е. И. Сезонные изменения хлоропластов в корне деревьев . . 106 Пийр Р. О годичном цикле развития почек у древесных пород . . . . 116 Мийдла X., Вардья Т. Влияние замораживания на превращения лигнина и его предшественников в однолетних побегах я б л о н и .....................122 Брайон А. В. Сезонные изменения собственной флуоресценции раститель­ ных т к а н е й ........................................................................................................ 129 Шнюкова Е. И. Выцветание растворов пигментов различных по морозо­ стойкости сортов г р у ш и .............................................................................. 133 Ряхова Д. К. Особенности развития и зимостойкость озимого рыжика . 142 Пустовойтова Т. H., Окнина Е. 3. Некоторые результаты по предпосев­ ному закаливанию плодовых растений к з а с у х е .................................... 149 Гриненко В. В. О значении водного режима в приспособительном мета­ болизме, устойчивости и продуктивности растения .......................... 155 Образцова В. И. Водообмен деревьев и кустарников в жестких условиях водного режима степной зоны У к р а и н ы ...............................................164 % Сергеев Л. И.* Полякова Р. Б. Физиологические исследования влияния 2,4-Д на злаковые и другие высшие р а с т е н и я .................................... 174 Радцева Г. Е. Физиологические основы рационального использования гербицидов группы 2 , 4 - Д ..............................................................................180 641 Барская Т. A., Вичурина Г. А. Влияние почвенных условий на заболева­ ние картофеля р ж а в о с ть ю .............................................................................. 187 Дроздов C. H., Сычева 3. Ф., Ильина И. В., Барская Т. А. К вопросу об устойчивости картофеля к з а м о р о з к а м ..........................................195 II. Минеральное питание и рост растений Ратнер Е. И., Смирнов А. М. Использование метода стерильной куль­ туры изолированных корней для изучения усвоения растениями а м и н о к и с л о т .........................................................................................................204 Ратнер Е. И., Доброхотова И. Н. Некоторые черты обмена витаминов и азотистых веществ у бобовых растений при автотрофном и сим- биотрофном питании в связи с их продуктивностью.......................... 216 Корякина В. Ф. Влияние микроэлементов на ботанический состав луго­ вого травостоя и на содержание белка в р ас те н и ях .......................... 227 Косицын А. В. О некоторых особенностях внутриклеточного распределе­ ния цинка в листьях томатов при различной обеспеченности расте­ ний ц и н к о м ........................................................................................................ 236 Парибок Т. А. Содержание фосфорных соединений при недостатке цинка и других микроэлементов у томатов .......................................................... 242 Карие'X. Э. О влиянии некоторых микроэлементов на ферментативные процессы в больном р а с т е н и и .....................................• ........................... 249 Поргасаар В. О диагностике питания сеянцев сосны обыкновенной по Данным химического анализа хвои .......................................................... 253 Фишере Дж. А. Влияние калия и бора на рост и развитие кормовых бобов в разных условиях освещ ения..........................................................262 Киви К. А. О влиянии некоторых микроэлементов на физиологические процессы в листьях красного клевера .................................................... 268 Валиханова Г... Ж., Гречухина О. А. Рост растений и содержание пиг­ ментов в листьях при недостатке магния и при внесении его кор­ невым и внекорневым п у т е м ......................................................................... 275 Пантелеев A. H., Михалева Н. П. Влияние малоновой кислоты на дыха­ ние и превращение органических кислот у бобовых растений . . 281 Чиркова Т. В. О роли листьев в снабжении корней аскорбиновой кисло­ той и в ее биосинтезе ................................................................. 290 Седенко Д. М., Зайцева М. Г. Отношение дыхания к ингибированию в зависимости от обеспеченности листьев пшеницы некоторыми метаболитами ................................................................................................... 294 Халлер Э. Зависимость роста, развития и урожайности растений от усло­ вий прорастания семян .................................................................................... 302 Райг X. Зависимость урожайности растений от условий питания во время прорастания семян ............................................................................... 312 Тали В., Райг X. О влиянии удобрений на аминокислотный состав люцерны .......................... : ..............................................................................317 Вески Э. И. О динамике усвоения гвоздикой калия из питательного раствора при ее выращивании в гидрокультуре.....................................322 Кремнина А. И. Корневые выделения кукурузы и их использование соей в процессе т р а н с п и р а ц и и ...............................................................................326 Вийлеберг JI. И. Зависимость микробиологической активности почв куль­ турных пастбищ от длительности их использования .......................... 332 Рыыс О. О распространении некоторых свободноживущих азотофикси­ рующих бактерий в профиле почв различной степени окультурен­ ности ................................................................................................................... 338 Каарли J1. О развитии почвенных микроорганизмов в условиях низких температур .........................................................., ........................ ..... 348 642 Клаар Я., Каазик Р. Выживаемость клеток L. plantarum при лиофилиза­ ции и хранении при различных температурах............................... . . 357 Клаар Я. Факторы, влияющие на размножение и сохранность клеток Ь. plantarum и L. a c id o p h i lu m ................................................................... III. Фотосинтез Лебедев С. И., Литвиненко Л. Г. О биосинтезе хлорофилла у высших растений ............................................................................................................. 376 Гречухина О. А., Безшкурая Ю. Г., Валиханова Г. Ж. Влияние внекор­ невой и корневой подкормки азотом на содержание пигментов в листьях растений ............................................................................................. 387 Гончарик М. Н. Особенности оттока ассимилятов у растений картофеля . 394 Молотковский Ю. Г., Морякова В. Ф. Примеры индуцированного синтеза белка в растениях . . 1...................................................................................401 Сакало Н. Д. Влияние интенсивности освещения на пигментную систему и образование полифосфатных нуклеотидов у растений кукурузы . 409 Сиренко Л. А. О прочности связи хлорофилла с белком у некоторых сине-зеленых в о д о р о с л е й .................................................... ......................... 420 Ларин А. П. О фотосинтетическом использовании солнечной радиации сельскохозяйственными к у л ь т у р а м и ......................................................... 426 IV. Генетика и селекция растений Остапенко Д. И. Физиологические и биохимические особенности форми­ рования урожая у гетерозисных гибридов к у к у р у зы ..........................435 Михайлов О. Ф., Микк X. Т. Биологические и генетические особенности семенных поколений растений-новообразований подсолнечника . . 445 Павел Ю. Г. О специфическом направлении наследственности.....................457 Фадеева Т. С., Лобашев М. Е. Особенности развития признаков у экспе­ риментально полученных полиплоидов .................................................... 464 Кириллова Г. А. Получение мутаций у томатов путем использования индуцированных соматических мутаций у г а п л о и д а ..........................473 Орав Т. А. О влиянии внешних условий на поздний этап процессов м утагенеза ............................................................................................................. 481 Михельсон В. М. Цитогенетические эффекты кислородного последействия при облучении проростков бобов рентгеновыми лучами . . . . 489 Каллак X. О некоторых гистохимических изменениях в процессе регене­ рации р а с т е н и й ...................................................................................................497 Белоконь И. П. Разнока^ественность растительных организмов . . . . 502 Павел Ю. Г., Ярвекюльг Л. Я. О хроматографической характеристике некоторых индуцированных колхицином изменений в проростках я ч м е н я ...................................................................................................................510 Озол А М., Петерсон Э. К. Направленное изменение эколого-физиологи- ческих свойств интродуцированных в Советской Латвии древесных растений . . . . . * ......................................................................... ..... . 514 Прийлинн О. Я. Изменение наследственных свойств кукурузы в новых условиях выращивания при свободном межсортовом переопылении 525 Мауриня X. А. Влияние окислителей и восстановителей на некоторые физиологические процессы у к у к у р у з ы ....................................................531 Аллее П. Влияние биостимуляторов на прорастание пыльцевых зерен красного клевера .............................................................................................. 541 Мауринь А. М. Зависимость качества пыльцы древесных экзотов от условий ее формирования в Латвийской С С Р ............................... 549 Кальман А. Использование метода циклических скрещиваний в селекции к а р т о ф е л я ............................................................................................................. 559 643 Эслон Ю. Работа по сортоизучению и селекции косточковых плодовых культур на Экспериментальной базе Полли Эстонского научно- исследовательского института земледелия и мелиорации . . . . 571 Сарапуу Э. Формирование урожая у наиболее распространенных в Эстонской ССР сортов к р ы ж о в н и к а ......................................................... 577 Сыгел К. О срастаемости и совместимости подвоя и привоя у яблони . 583 М ооритс X. О динамике содержания полифенолов в листьях яблони на различных подвоях ......................................................................................... 592 Таранова Е. А. Роль пыльцы в доминировании отцовской наследствен­ ности у гибридных сеянцев я б л о н и ......................................................... 598 Кристкалне C. X. Некоторые эколого-физиологические особенности люцерны в условиях Латвийской С С Р .................................................... 606 Вески В. И. Об активности некоторых окислительных ферментов в раз­ личных подвоях р о з .........................................................................................613 Иссако J1. Я. Наследственно устойчивые изменения в потомстве брюс­ сельской капусты, возникшие в результате ее прививки на красно- качанную к а п у с т у .................................................... ......................................... 617 Михайлов О. Ф., Микк X. Т. Методика прививки дополнительного эндо­ сперма проросткам к у к у р у з ы ....................................................................624 Ару J1. X. О методе серологического анализа высших растений . . . . 634 Резолюция Второй Республиканской конференции по физиологии и генетике растений .............................................................................................. 639 ТРУДЫ ПО Ф ИЗИ ОЛО ГИИ И БИОХИМИИ РАСТЕНИЙ II На русском языке Тартуский государственный университет ЭССР, г. Тарту, ул. Юликооли. 18 Ответственный редактор А. Я. П е р к Корректор А. Б. П р а в д и н Сдано в набор 4./VI 1965 г. П одписано к печати 6/IV 1966 г. Бумага фабрики «Кохила», 60 X 90 »/м. Печ листов 40.25 4- 4 вклейки. Учетн.-издат. листов 40,47. Тираж 500 экз. Заказ № 4752. МВ-03626. Типография им. Ханса Хейдеманна, ЭССР, г. Тарту, ул. Юликооли, 17/19. II Цена 2 руб 80 коп 2 - 8