Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №46 (июнь) 2017
Разделы: Биология
Размещена 10.06.2017.

Оценка морфологической реакции ячменя на острое УФ-облучение в разные фазы онтогенеза

Манин Константин Владимирович

к.б.н.

ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии ФАНО

н.с.

Цыгвинцев П.Н., к.б.н., зав. лаб. №4, ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии ФАНО; Гончарова Л.И., к.б.н., старший научный сотрудник, ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии ФАНО


Аннотация:
На основе анализа результатов вегетационного эксперимента выявлено, что все изученные этапы органогенеза растений ячменя оказались в разной степени чувствительными к УФ-воздействию, в зависимости от спектра действия и выбранного критерия. Острое УФ-В облучение растений, проведенное на всех изученных этапах органогенеза по сравнению с УФ-А облучением оказало наиболее ярко выраженное негативное действие. Особенно отрицательное действие УФ-В радиации проявилось на формировании продуктивных стеблей при облучении на III- IV этапах органогенеза (негативный эффект составил в среднем около 40%).


Abstract:
Based on the analysis of the results of the vegetation experiment, it was revealed that all the stages of organogenesis of barley plants studied were found to be differently sensitive to UV exposure, depending on the action spectrum and the criterion chosen. Acute UV-B irradiation of plants, carried out at all the studied stages of organogenesis in comparison with UV-A irradiation had the most pronounced negative effect. A particularly negative effect of UV-B radiation was manifested in the formation of productive stems during irradiation during the III-IV stages of organogenesis (the negative effect averaged about 40%).


Ключевые слова:
острое облучение; уф-в радиация; морфофизиологические показатели; продуктивность.

Keywords:
acute irradiation; UV-B radiation; morphological parameters; the loss of crops.


УДК 633/635;579.64

Введение

Среди глобальных экологических факторов, воздействующих на наземные экосистемы и, соответственно, на агросферу, особое место занимает ультрафиолетовое излучение (УФИ), интенсивность которого может повышаться при снижении концентрации стратосферного озона. Известно, что УФ излучение находится в диапазоне длин волн от 100 нм до 400 нм и разделяется на спектры: УФ-С {100 нм ≤ λ < 280 нм}; УФ-В {280 нм ≤ λ < 315 нм}; УФ-А {315 нм ≤ λ < 400 нм} [1]. К концу 20 столетия сокращение концентрации озона в стратосфере над странами Европы составляло примерно 1% в год [2]. На современном этапе биосферных явлений, в связи с образованием весной 2011 года, ранее небывалой арктической «озоновой дыры» [3], отмеченная тенденция может усиливаться. Уровни УФ-В-излучения (280–320 нм), варьирующие и достигающие максимальных значений весной и летом могут существенно влиять на высшие растения и урожай сельскохозяйственных культур [4].

Исследования, выполненные в конце ХХ столетия, базировались на предположении о том, что негативные последствия истощения озона для растений, главным образом, связаны с воздействием УФ-В радиации [5; 6]. Большая часть проведенных экспериментов выполнялась с использованием искусственных источников УФ излучения, которые моделировали уровни снижения озона в соответствие с обобщенным спектром биологического действия, не учитывающим биологическую эффективность ультрафиолета области А. В 2003 г. [2] был получен «новый» спектр действия, более адекватно характеризующий биологическое действие УФ-радиации на морфофизиологические показатели и рост растений. Было показано, что уровни истощения озона, которые моделировались в экспериментах с использованием «старого» спектра действия, на самом деле были значительно меньше [2]. В связи с этим, отмеченное обстоятельство требует пересмотра части ранее полученных данных и более строгой постановки дальнейших экспериментальных исследований с использованием ламповых систем, включающих УФ-А спектр.

Особенное внимание важно уделить изучению чувствительности растений на разных этапах органогенеза в связи с продолжающимся истощением озонового слоя [7]. При этом, важное значение исследование реакции вегетирующих растении на острое УФ-облучение в различные этапы органогенеза приобретает для получения направленных изменений морфологического характера в зависимости от срока облучения, т.е. обращает на себя внимание фазовость ответной реакции организма на стресс [8]. Поэтому в данной работе будет предпринята попытка определить морфологическую реакцию ячменя на острое УФ-облучение (областей А и В) при действии в разных фазах онтогенеза.

Цель исследований состояла в изучении морфофизиологической реакции ячменя на острое  УФ-А и УФ-В облучение на разных фазах онтогенеза.

Материалы и методы

Объектом исследования служил ячмень (Hordeum vulgare L.) сорт Зазерский 85.  Для моделирования УФ-В радиации использовали люминесцентные эритемные лампы ЛЭР-40 (Лампа Эритемная Рефлекторная).  Облучение проводили в фазы третий лист, кущения, выход в трубку и нижний узел соломы по 5 ч при мощности дозы 5 Вт/м2. Суммарная доза составляла 90 кДж/м2. Изменение морфофизиологических показателей и показатетелей урожайности у растений ячменя определяли в фазе полной спелости. Достоверность различий вариантов опыта устанавливали по t-критерию Стъюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

По мнению ряда авторов [9; 10] уменьшение площади листьев, сухого веса, фотосинтетической активности является реакцией растений на воздействие хронических доз УФ В радиации на организменном уровне. Изменение ростовых показателей в сторону снижения зависит от дозы и длительности воздействия [11]. Изменение морфофизиологических показателей и продуктивности ячменя при действии острых УФ-А и УФ-В радиаций показано на рис 1-4.

Рисунок - 1 Влияние острого УФ-А и УФ-В облучения на высоту растений ячменя по отношению к контролю.

Рисунок - 2 Влияние острого УФ-А и УФ-В облучения на количество колосков в колосе  ячменя по отношению к контролю.

Рисунок - 3 Влияние острого УФ-А и УФ-В облучения на количество зерен  в колосе  ячменя по отношению к контролю.

Рисунок - 4 Влияние острого УФ-А и УФ-В облучения на массу зерна главного колоса ячменя по отношению к контролю.

Несмотря на наличие большого экспериментального материала по эффектам хронических уровней ЭМИ на растительный организм и растущий интерес к исследованиям эффектов острого УФ облучения, сама проблема острого воздействия остается дискуссионной (рис. 5). Одни авторы придерживаются мнения, что для острого ультрафиолетового воздействия на организм достаточно от 30 секунд до 120 минут [12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22]. Другие исследователи отдают предпочтение длительности воздействия от 4 до 72 часов [23; 24; 25; 26; 27; 28].

Рисунок - 5 Соотношение между хроническим и острым облучением в базе данных за период 2011-2015 гг.

При действии УФ-А радиации установлено незначительное увеличение высоты растений на стадиях кущения и нижний узел соломы, тогда как УФ-В облучение увеличивает высоту растений только на стадии третий лист (рис. 1).

При действии УФ-А радиации установлено незначительное увеличение числа колосков в колосе только на стадии третий лист, тогда как УФ-В облучение вызывает снижение данного показателя в фазы кущения, выход в трубку и нижний узел соломы  (рис. 2).

При действии УФ-А радиации установлено снижение числа зерен в колосе на всех стадиях развития, тогда как УФ-В облучение вызывает значительное снижение данного показателя только в фазу кущения (рис. 3).

При действии УФ-А УФ-В облучений установлено снижение массы зерна главного колоса во всех фазах онтогенеза аналогичное количеству зерен в колосе (рис. 4).

Таким образом, по показателям продуктивности (число колосков в колосе, количество зерен в колосе и масса зерен главного колоса) установлено снижение в фазу третий лист и незначительное их увеличение в последующие стадии.

При действии УФ-В радиации установлено увеличение высоты растений в фазе третий лист, которое затем сменяется уменьшением данного показателя относительно контроля в последующие стадии развития. По показателям продуктивности (число колосков в колосе, количество зерен в колосе и масса зерен главного колоса) установлено значительное снижение данных показателей в фазу кущения относительно контроля. В фазу третий лист число зерен в колосе не отличалось от контрольных значений.

Выводы

Таким образом, для большиества исследуемых показателей при остром УФ-А и УФ-В облучениях характерно снижение с фазы третий лист до нижнего узла соломы по отношению к контролю.

Отличительной особенностью острого УФ-В облучения является увеличение высоты растений в фазу третий лист. Влияение острого УФ-А облучения незначительно увеличивает данный показатель в фазы кущения и нижний узел соломы.

Библиографический список:

1. Дубров А.П. Действие УФ-радиации на растения. - М.: Изд-во Академии Наук СССР, 1963. - 124 с.
2. Caldwell M.M., Ballare C.L., Bornman J.F., Flint S.D., Bjorn L.O., Teramura A.H., Kulandaivelu G., Tevini M. Terrestrial ecosystems increased solar radiation and interactions with other climatic factors // Photochem. Photobiol. Sci. 2003. Vol. 2. P. 29-38. (doi: 10.1039/b211159b).
3. Nature: Unprecedented ozone hole over the Arctic in the spring of 2011. World Meteorological Organisation (WMO). Press release No. 912. Geneva. April 5, 2011. Available at http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature10556.html (verified on 4 October 2011 11:07).
4. Манин К.В., Козьмин Г.В. Методические аспекты оценки агроэкологических последствий истощения озона стратосферы // Вестник РАЕН. 2011. № 2. - С.48-52.
5. Стржижовский А.Д. Влияние ультрафиолетовой радиации повышенной интенсивности на растения: вероятные последствия разрушения стратосферного озона // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. T.39, № 6. - C. 683-692.
6. Зяблицкая Е.Я., Козьмин Г.В., Паршиков В.В., Белова Н.В., Симоненкова Е.Д., Лой Н.Н., Свириденко Д.Г. Влияние повышенных уровней УФ-В радиации на отдельные компоненты агрофитоценоза // Радиационная биология. Радиоэкология. 1997. Т. 37, № 1. - С. 117-123.
7. «Dangerous increses in Ultraviolet radiation measured in California». //The HAARP Report to the Fundamentals of Environmental Measurement section: «Solar radiation and Photosynthetically active radiation». Published on October 15, 2015.
8. Батыгин Н.Ф., Потапова С.М., Кортава Т.С., Алиев И.М. Перспективы использования факторов воздействия в растениеводстве. (Обзорная информация). – М.: ВНИИТЭИСХ, 1978. - С. 1-52.
9. Канаш Е.В., Осипов Ю.А. Диагностика физиологического состояния и устойчивости растений к действию стрессовых факторов среды (на примере УФ-В радиации). Методические рекомендации. СПб. РАСХН Россельхозакадемии, 2008.
10. Акназаров О.А., Худжаназарова Г.С. В кн.: Действие УФ радиации на ростовые процессы и анатомию листа растений. Душанбе, 2004: 93-105.
11. Ракитин В.Ю., Прудникова О.Н., Карягин В.В., Ракитина Т.Я., Власов П.В., Борисова Т.А., Новикова Г.В., Мошков И.Е. Выделение этилена, содержание АБК и полиаминов в Arabidopsis thaliana при УФ-В стрессе // Физиология растений. 2008. Т. 55, №3. - С. 355-361.
12. Коломиец И. И. «Влияние органических люминофоров на баланс конкуренции среди отдельных компонентов фитоценоза при ультрафиолетовом стрессе»: Автореферат на соискание ученой степени кандидата биологических наук. - Кишинев, 2006. - 130 с.
13. Ковалёва О. А. «Влияние УФ радиации на фотодинамические характеристики переменной флуоресценции и содержание флавоноидов в листьях картофеля в условиях закрытого биотехнического комплекса» // Вопросы естествознания: сборник научных статей студентов, магистров, аспирантов и молодых ученых факультета естествознания. / Министерство образования Республики Беларусь, Белорусский государственный педагогический университет им. Максима Планка, 2007. - С. 44-45.
14. Singh A., Majumder A., Goyal A. «Mutagenesis of Leuconostoc dextranicum NRRL D-1146 for higher glucan production» // The Internet Journal of Microbiology. 2008. Vol. 7, №1. - P. 1-5.
15. Тоайма В.И.М., Радюкина Н.Л., Дмитриева Г.А., Кузнецов Вл.В. «Оценка антиоксидантного потенциала лекарственных растений при действии УФ-В-облучения» // Вестник РУДН, серия Агрономия и животноводство. 2009. №4. - С. 12-20.
16. Samira Shahbazi, Khodayar Ispareh, Mahsa Karimi, Hamed Askari and Mohammad ali Ebrahimi «Gamma and UV radiation induced mutagenesis in Trichoderma reesei to enhance cellulases enzyme activity» // International Journal of Farming and Allied Sciences. May 2014. Vol. 3(5). - P. 543-554. (ISSN 2322-4134).
17. Yu Ran Moon, Min Hee Lee, Altanzaya Tovuu, Choon-Hwan Lee, Byung Yeoup Chung, Youn-Il Park, Jin-Hong Kim «Acute exposure to UV-B sensitizes cucumber, tomato, and Arabidopsis plants to photooxidative stress by inhibiting thermal energy dissipation and antioxidant defense» // Journal of Radiat. Res. 2011. Vol. 52. - P. 238-248.
18. Donato Castronuovo, Giuseppe Tataranni, Stella Lovelli, Vincenzo Candido, Adriano Sofo, Antonio Scopa «UV-C irradiation effects on young tomato plants: preliminary results» // Pakistan Journal of Botany. 2014. Vol. 46, № 3. - P. 945-949
19. Ron de Leeuw, Aleisha Hatakka, Kevin Lim, Eva Tam, Justin Wallace «UV intensity and duration of exposure affects the reversion frequency of his G46 in Salmonella typhimirium TA 100» // Journal of Experimental Microbiology and Immunology (JEMI). April 2003. Vol. 3. - P. 60-66.
20. Muhammad Akram, Paul Rubock «Working Safety with Ultraviolet Radiation». Columbia University Health Sciences Division, May 2005.
21. Али-заде Г.И. «Влияние УФ-С и УФ-В излучений на первичные процессы фотосинтеза и каталазную активность в клетках Dunaliella» // Современные проблемы науки и образования. 2009. №4. - С. 18-25.
22. Mpoloka S. W. «Effects of prolonged UV-B exposure in plants» // African Journal of Biotechnology. December 2008. Vol. 7 (25). - P. 4874-4883.
23. Селезневой Е.М., Зяблицкой Е.Я., Гончаровой Л.И. «Чувствительность зерновых культур к УФ-В-стрессу на различных этапах органогенеза» // Доклады Россельхозакадемии. 2000. №5. - С. 7-9.
24. Гончарова Л.И. «Действие ультрафиолетового излучения и теплообеспеченности на продуктивность яровой пшеницы» // Сельскохозяйственная биология. 2008. №5. - С. 65-69.
25. Hanna H. Abd EL-Baky, Farouk K. EL Baz, Gamal S. EL-Baroty «Production of antioxidant by the Green Alga Dunaliella salina» // International Journal of Agriculture and Biology. 2004. Vol. 6, №1. - P. 49-57.
26. Ali-zadeh G.I. «Low temperature stress increases Dunaliella cells population resistance to the effects of chronic dozes of UV-B radiation» // CIB Tech Journal of Biotechnology. 2012. Vol. 1. - P. 36-39.
27. Claudio Inostroza-Blancheteau, Patricio Acevedo, Rodrigo Loyola, Patricio Arce-Johnson, Miren Alberdi, Marjorie Reyes-Díaz «Short-term UV-B radiation affects photosynthetic performance and antioxidant gene expression in highbush blueberry leaves» // Plant Physiology and Biochemistry. 2016. Vol. 107. - P. 301-309.
28. Andrea Sonnino, John Ruane La innovación en agricultura como herramienta de la política de seguridad alimentaria: el caso de las biotecnologías agrícolas // Biotecnologías e innovación: el compromise social de la ciencia», 2013.




Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх