ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В РАСТЕНИЯХ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Павлова В.А.¹, Нефедьева Е.Э.², Булгакова Е.В.³

¹Аспирант, ²доктор биологических наук, профессор ³аспирант, Волгоградский государственный технический университет

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В РАСТЕНИЯХ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Аннотация

В статье рассмотрено влияние метода предпосевной обработки семян импульсным давлением на физиологические процессы, протекающие во взрослых растениях. Установлена дозовая зависимость влияния действующего фактора на продуктивность семян гречихи.

Ключевые слова: импульсное давление, продуктивность, гречиха.

Pavlova V.A.¹, Nefedieva E.E.², Bulgakova E.V.³

¹Post-graduate Student, ² PhD in Biology, Professor, ³Post-graduate Student

PHYSIOLOGICAL PROCESSES IN PLANTS AFTER THE TREATMENT OF PULSE PRESSURE

Abstract

The article was shown the influence of pre-sowing treatment method of pulse pressure on the physiological processes that occurs in plants. Dependence of dose influence on the productivity of buckwheat seeds was found.

Keywords: pulse pressure, productivity, buckwheat.

Целью исследований является разработка научных основ эпигенетического управления морфогенезом растений на основании выявленной зависимости биохимических, морфофизиологических, цитогенетических особенностей и продуктивности растений от параметров ИД и создание на этой базе на­учно обоснованной технологии повышения продуктивности растений.

Предложен метод предпосевной обработки семян ИД, отличающийся высокой интенсивностью, проникающей способностью и точностью дозировки. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что ИД в интервале 3-35 МПа не приводит к острой летальности, определяемой по уровню фосфоресценции семян, и элиминации малопродуктивных особей, но способствует стимулированию физиологических процессов в семенах и растениях, ведущих к увеличению урожая, и отбору форм (в дозах, снижающих всхожесть), устойчивых к воздействию [1].

Новым научным положением, направленным на раскрытие механизма реакции на внешнее воздействие на уровне растительного организма, является выявление контрастирующих дозовых стратегий, развивающихся под влиянием доз ИД, позволяющих получить непрерывную зависимость физиологических функций от его величины.

Экспериментально доказано, что действие на семена ИД 5-20 МПа в течение чрезвычайно малого времени (12-25 мксек) не вызывает их острой летальности, а способствует полимодальному изменению динамики широкого спектра физиологических процессов растений [2].

Показано существование в дозовой зависимости на уровне целого растения трех контрастирующих зон: общей стимуляции – гормезиса, переходного состояния и стресса. В первой зоне при действии ИД 5-20 МПа увеличение устойчивости и продуктивности растений на 15-25% является результатом преимущественного накопления гормонов-активаторов и стимуляции физиологических процессов без изменения динамики. В стрессовом состоянии под действием ИД свыше 26 МПа обнаружены изменения структуры опытной партии, нарушение нормальной динамики физиологических процессов растений, преобладание гормонов-ингибиторов, приводящее к торможению роста, изменение донорно-акцепторных отношений с преимущественным оттоком ассимилятов в плоды, приводящее к 2-3-кратному увеличению продуктивности. Доказано, что увеличение вариабельности признаков на целостном уровне при ИД 20-26 МПа соответствует переходному состоянию от гормезиса к стрессу. Показано, что основная регуляторная роль в реакции на ИД принадлежит фитогормонам.

Выявлено, что переход в состояние стресса на организменном уровне заключается в интеграции сигналов на уровне апикальных меристем, что приводит к усилению их формообразовательных и акцепторных свойств. Анализ взаимосвязи биохимических, биофизических, анатомо-морфологических и физиологических особенностей растений позволил создать гипотетическую модель запуска реакции на организменном уровне в зависимости от дозы ИД, что открывает новые подходы к исследованию продукционного процесса и выживаемости растений в неблагоприятных условиях.

Экспериментально обнаружены ранние и поздние реакции растений гречихи на ИД и их взаимосвязь: торможение роста за счет метаболического ингибирования деления клеток и последующее усиление роста, развития и продукционного процесса. ИД 11-17 МПа задерживают рост в течение 2-5 суток, а 23 и 29 МПа вызывают гибель части семян за счет нарушений трофических процессов зародыша, выявленных по изменению активности ферментов и поглощения веществ зародышем. Скорость восстановления и величина стимуляции роста растений прямо пропорциональны степени угнетения роста в начале онтогенеза, что указывает на различные механизмы стимуляции продукционного процесса при действии низких и высоких доз ИД.

Установлены основные закономерности морфофизиологических и регуляторных изменений, ведущая роль в которых принадлежит апикальным меристемам. Продемонстрировано отсутствие аберраций хромосом в меристемах при используемых дозах ИД. Показано усиление делений в корневых апикальных меристемах и формирования латеральных органов в побеговых апикальных меристемах при стимулирующих дозах воздействия, приводящие к увеличению их аттрагирующей и ростовой активности.

В полевых и производственных опытах обнаружены два максимума увеличения продуктивности растений гречихи, ячменя, томатов, огурца, соответствующих ИД 3-20 и 23-35 МПа. Продуктивность растений в области первого максимума возрастает на 15-25%, второго максимума – в 2-3 раза преимущественно за счет увеличения количества плодов. Результаты работы внедрены в сельскохозяйственное производство.

Литература

1. Хрянин В.Н. Действие импульсного давления на содержание фитогормонов, процессы роста и развития гречихи / В.Н. Хрянин, Е.Э. Нефедьева, Н.Г. Мазей // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: Биология. - 2001. - С. 102-106.
2. Veselova T.V. Investigation of atypical germination changes during accelerated ageing of pea seeds/ T.V. Veselova, V.A.Veselovsky // Seed Science and Technology. v. 31. P. 517-530.

References

1. Hrjanin V.N. Dejstvie impul'snogo davlenija na soderzhanie fitogormonov, processy rosta i razvitija grechihi / V.N. Hrjanin, E.Je. Nefed'eva, N.G. Mazej // Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N.I. Lobachevskogo. Serija: Biologija. - 2001. - S. 102-106.
2. Veselova T.V. Investigation of atypical germination changes during accelerated ageing of pea seeds/ T.V. Veselova, V.A.Veselovsky // Seed Science and Technology. 2003. v. 31. P. 517-530.