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

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень, що включені до дисертації, були представлені на: ІІІ Всесоюзній координаційній науково-методичній нараді з фізіології, біохімії та біотехнології цукрового буряка (Київ, 1988) ; ІІ Всесоюзній нараді “Фотосинтез как основа продукционного процесса и продуктивности растений” (Саратов, 1989) ; ІІ Всесоюзному з'їзді фізіологів рослин (Минск, 1990) ; виїзному науковому семінарі секції “Фотосинтез і продукційний процес” Українського товариства фізіологів рослин (Мелітополь, 1991) ; ІІ з'їзді Українського товариства фізіологів рослин (Київ, 1993) ; міжнародній нараді “Актуальні питання фізіології рослин в аспекті екологічних проблем України” (Чернівці, 1995) ; на ІХ, Х, ХІ and ХІІ Congresses of the Federation of European Societies of Plant Physiology (Brno, 1994, Florencia, 1996, Varna, 1998, Budapest, 2000) ; на XI International Congress on Photosynthesis (Budapest, 1998).

Матеріали дисертації неодноразово доповідались на засіданнях і наукових семінарах відділу фізіології та екології фотосинтезу, науково-теоретичних семінарах Інституту фізіології рослин і генетики НАН України.

Публікації. Наукові результати за темою дисертації опубліковано у 36 друкованих працях, серед яких 1 глава у монографії та 21 стаття у провідних фахових виданнях, у тому числі 7 – без співавторів. Отриманий 1 патент України.

Об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, 8 експериментальних розділів і висновків. Список використаних джерел містить 493 найменування. Дисертацію викладено на 344 сторінках, ілюстровано 34 таблицями та 64 рисунками.

 

Об'єкти досліджень. В якості модельного об'єкту з недетермінованим типом росту в наших дослідах було обрано рослини цукрового буряка (Beta vulgaris L.) на першому році вегетації. Ця культура являє собою спрощену донорно-акцепторну модель, в якій постачальники асимілятів – листки – розміщені безпосередньо на потужному акцепторі – коренеплоді, що, проте, теж є вегетативним органом. Більшість досліджень виконано з сортом Білоцерківський однонасінний 45. В окремих дослідах використано сорт Ялтушківський однонасінний 30, гібриди Ювілейний, Примахіл, Льговсько-Верхнячський ЧС-21, Роберта.

В якості модельної рослини з іншою організацією донорно-акцепторної системи слугувала квасоля (Phaseolus vulgaris L.). З точки зору концепції донор-акцептор одна з основних відмін квасолі від системи, представленої цукровим буряком, полягає у більш пізній появі головних споживачів асимілятів – бобів, коли асиміляційний апарат набуває максимальних розмірів. Друга відміна пов'язана з наявністю проміжної ланки між донором та акцептором асимілятів – стебла, якому може бути притаманна не лише провідна функція. Для дослідів було обрано кущову форму квасолі сорту Альфа.

Загальні умови проведення дослідів. Рослини вирощували за умов вегетаційного досліду в посудинах Вагнера місткістю 16 кг грунту із внесенням під буряки поживної суміші ВНІС, під квасолю – суміші Кнопа. Посудини розташовували на стелажах вегетаційного майданчика під поліетиленовою плівкою при природному освітленні. Тривалість вегетаційного періоду становила 120-150 діб для цукрового буряка і 100-120 діб для квасолі (залежно від конкретного досліду, що точно вказується при обговоренні результатів). Рослини поливали водопровідною водою, підтримуючи вологість грунту в межах 60-70% повної вологоємності.

У дослідах із затіненням екрани виготовляли із білої полотняної тканини в один або декілька шарів. Освітленість вимірювали прибором ДАУ-81. Особливості проведення окремих досліджень та детальний опис дослідних варіантів наводяться при обговоренні відповідних результатів.

Вимірювання вуглекислотного газообміну та транспірації рослин. Здобувачем була розроблена та змонтована установка на базі двох інфрачервоних оптико-акустичних газоаналізаторів ГІАМ-5М для вимірювання вуглекислотного газообміну та транспірації рослин у безперервному режимі за контрольованих умов температури та освітленості. Розрахунки показників вуглекислотного газообміну, опорів дифузії СО2 в листок та концентрації СО2 у міжклітинниках мезофілу проводились за загальноприйнятими методиками [Гуляев, 1984; Мокроносов, 1989].

Фітометричні та біохімічні методики. Фітометричні вимірювання та біохімічні аналізи рослинного матеріалу на вміст суми розчинних цукрів, крохмалю, загального та білкового азоту, сахарози у коренеплодах виконували за Починком (1976). Вміст хлорофілу в листках визначали за модифікованим методом Арнона [Hiscox, Israelstam, 1979]. Вміст у листках фітогормонів визначали методом високоефективної рідинної хроматографії [Савинский с соавт., 1991]. Отримані дані обробляли статистично за загальноприйнятими методиками [Доспехов, 1985].

Дослідження двох сортів і двох гібридів цукрового буряка, вирощених за звичайних умов вегетаційного досліду, виявили певні розбіжності між ними за параметрами вуглекислотного газообміну при різній освітленості й температурі (рис. 1). Так, сорт Ялтушківський одн. 30 мав найвищу питому інтенсивність фотосинтезу та найнижчий опір дифузії СО2 мезофілу, тоді як сорт Білоцерківський одн. 45 – найнижчу інтенсивність фотосинтезу та найвищий мезофільний опір. Гібриди Примахіл та Ювілейний займали проміжне положення.

Аналіз елементів продуктивності показав, що маса і цукристість коренеплоду були найбільшими у Білоцерківського одн. 45, а у Ялтушківського одн. 30 – найменшими (табл. 1). Водночас за масою цілої рослини різниця між досліджуваними генотипами була незначною. Виявилося, що у Ялтушківського одн. 30 відношення маси гички до коренеплоду було найбільшим, а в самій гичці частка черешків перевищувала цей показник у інших генотипів. Отже, низька господарська продуктивність Ялтушківського одн. 30 обумовлена недосконалою схемою розподілу асимілятів між органами і частинами рослини внаслідок їх непродуктивних витрат на розростання гички, що не компенсується навіть досить високою питомою інтенсивністю фотосинтезу.

Таким чином, не заперечуючи аксіому, що фотосинтез є основою продуктивності рослинного організму, не менш важливим постає питання оптимізації використання утворених асимілятів.