Фотосинтез і розподіл асимілятів при зміні донорно-акцепторних відносин у рослин з недетермінованим типом росту

Мета роботи полягала у встановленні закономірностей регуляції активності фотосинтетичного апарату, ростових процесів та розподілу асимілятів при зміні донорно-акцепторних відносин на організменому рівні у рослин з недетермінованим типом росту на прикладі цукрового буряка та квасолі.

Об'єктом дослідження була проблема донорно-акцепторних відносин між асиміляційним апаратом рослини та господарсько-цінними органами.

Предметом дослідження були процеси фотосинтезу, росту і запасання у рослин з недетермінованим типом росту.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети використовували газометричні та біохімічні методики. Для експериментальної зміни донорно-акцепторних відносин застосовували затінення, видалення окремих органів або їх частин та обробку фізіологічно активними речовинами. Рослини вирощували в умовах вегетаційного досліду при оптимальних мінеральному живленні та водопостачанні.

Завдання досліджень.

1. Дослідити особливості продукційного процесу рослин цукрового буряка різних генотипів.

2. Вивчити особливості донорно-акцепторних відносин між листковою розеткою і коренеплодом при обмеженні забезпеченості рослин асимілятами за умов затінення.

3. Вивчити вплив обмеження росту листкової розетки цукрового буряка шляхом редукції листків, дефоліації або видалення апекса на продуктивність коренеплодів.

4. Дослідити закономірності регуляції активності фотосинтетичного апарату при зменшенні попиту на асиміляти з боку атрагуючих органів шляхом часткової редукції коренеплоду у цукрового буряка та квіток і бобів у квасолі.

5. Вивчити роль проміжного депонування асимілятів у донорно-акцепторній системі рослин квасолі.

6. Експериментально встановити шляхи перерозподілу пластичних речовин у бік господарсько-цінних частин рослини при штучних змінах донорно-акцепторних відносин.

7. Узагальнити власні та літературні дані й встановити основні закономірності, що характеризують взаємозв'язки між органами – постачальниками та споживачами асимілятів і регуляцію їхньої активності й розподілу пластичних речовин при зміні донорно-акцепторних відносин у рослин з недетермінованим типом росту.

Наукова новизна і теоретичне значення роботи. Встановлено, що у рослин з недетермінованим типом росту діють ефективні механізми перерозподілу пластичних речовин у донорно-акцепторній системі, що стабілізує роботу фотосинтетичного апарату. Експериментальне втручання у донорно-акцепторні відносини цих рослин дозволяє цілеспрямовано керувати їхнім продукційним процесом.

Виявлено, що рослина цукрового буряка першого року вегетації має два потужних конкуруючих між собою акцептори асимілятів – коренеплід та апекс з листками, що ростуть. За нормальних умов це практично виключає можливість виникнення надлишку асимілятів та інгібування активності фотосинтетичного апарату кінцевими продуктами фотосинтезу. Видалення апекса супроводжується збільшенням інтенсивності фотодихання, а часткова редукція коренеплоду – крім того, поступовим гальмуванням інтенсивності фотосинтезу.

Доведено, що фотодихання відіграє роль альтернативного акцептора, запобігаючи порушенню роботи фотосинтетичного апарату при виникненні надлишку асимілятів внаслідок гальмування їх відтоку через зменшення атрагувальної сили основного акцептора.

Вперше експериментально показано, що активність фотосинтетичного апарату цукрового буряка може збільшуватися, якщо попит на асиміляти перевищує його продуктивність або внаслідок обмеження надходження ФАР, або при виникненні суттєвої диспропорції між площею листкової поверхні та атрагувальною силою коренеплоду. Цей ефект стабільніший і сильніший у листках, що сформувалися в умовах підвищеного попиту на асиміляти за відсутності листків-донорів, ріст яких закінчився. Фотосинтетичний апарат цукрового буряка має потенційний запас підвищення продуктивності за рахунок збільшення інтенсивності фотосинтезу одиниці площі листкової поверхні, який, однак, не реалізується внаслідок надлишкової кількості листків.

З'ясовано, що проміжне депонування асимілятів у квасолі відіграє важливу роль в оптимізації функціонування донорно-акцепторної системи рослини, розширенні періоду активної роботи фотосинтетичного апарату і забезпеченні асимілятами генеративних органів, котрі мають найвищий пріоритет. Однак за відсутності останніх депонуючі органи стають альтернативними акцепторами, стабілізуючи роботу фотосинтетичного апарату.

Вперше показано, що генеративні органи квасолі на початку свого розвитку можуть стимулювати активність фотосинтетичного апарату за допомогою фітогормонального сигналу для створення проміжного запасу пластичних речовин.

Встановлено, що перші 20 листків здатні повністю забезпечити продукційний процес цукрового буряка. При усуненні конкуренції за асиміляти між листковою розеткою і коренеплодом шляхом видалення апекса за наявності на рослині 18-22 листків потенціал перерозподілу в коренеплід пластичних речовин у донорно-акцепторній системі не реалізується внаслідок зменшення забезпеченості рослини ауксином. Корекція фітогормонального балансу декапітованих рослин обробкою полістимуліном А суттєво підвищує продуктивність коренеплодів.

Практична цінність роботи. Показано, що цукровий буряк успішно пристосовується до умов затінення, при цьому цукристість його коренеплоду набагато стабільніша за масу. Це є фізіологічною підставою створення загущених посівів для збільшення виходу цукру з одиниці площі посіву.

Експериментально доведено, що у рослин цукрового буряка маса черешків є надлишковою і може бути скорочена шляхом обробки ретардантом паклобутразолом, внаслідок чого відбувається перерозподіл пластичних речовин на користь коренеплоду.

Проведені дослідження свідчать, що питання про підвищення продуктивності сільськогосподарських культур шляхом збільшення питомої інтенсивності фотосинтезу слід розглядати у комплексі з оптимізацією розподілу асимілятів у донорно-акцепторній системі цілої рослини.

Новизна та практична значимість роботи захищена патентом України № 41162А.

Особистий внесок здобувача. Дисертант самостійно обґрунтував тему, мету, основні завдання наукових досліджень, а також опрацював і узагальнив отриманий експериментальний матеріал і сформулював висновки. Нові теоретичні та експериментальні ідеї дисертації належать автору. Основні експериментальні матеріали роботи одержані автором самостійно. У виконанні окремих експериментів брали участь співробітники відділів фізіології та екології фотосинтезу, а також генетичної інженерії Інституту фізіології рослин і генетики НАН України, та співробітники Вінницького державного педагогічного університету ім. М. Коцюбинського. У проведенні досліджень, викладених у дисертації,