127550, г.Москва, ул.Прянишникова,31а
Тел. (499) 976-37-50
Тел./Факс (499) 976-37-39
E-mail:  info@vniia-pr.ru

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение
«Всероссийский научно-исследовательский
институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова»
(ФГБНУ «ВНИИ агрохимии»)
Агрополигон в Барыбино
ВНИИА им Прянишникова

Главная страница ВНИИА >> Лаборатории института >> Лаборатория агрохимии фосфора и калия >> Особенности реакции биотипов ячменя на алюминиевую токсичность

Все статьи автора:



Лаборатория агрохимии фосфора и калия

Особенности реакции биотипов ячменя на алюминиевую токсичность

Пухальская Н.В. Собачкин А.А.
Всероссийский НИИ агрохимии им Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии Москва, ул. Прянишникова д. 31а


Исследован биотипический состав генотипов ячменя коллекции МоВИР. Во всех сортах были выделены биотипы по параметру ацидофицирующей активности корневой системы (ААКС). Показано различие в реакции на алюминиевую токсичность биотипов генотипов ячменя, выделенных среди "устойчивых" и "малоустойчивых к действию ионов алюминия " сортов.

Введение

Природа токсического действия ионов алюминия понятна сегодня дале-ко не до конца. Токсическое действие ионов алюминия приводит к наруше-нию клеточного деления [1], В экспериментах Pellet, Grunes, Kochian [2] полу-чен и описан эффект разрушения корневого чехлика корня кукурузы в раство-ре, содержащем ионы алюминия

Условия развивающейся в растении алюминиевой токсичности наибо-лее часто методически диагностируются по снижению роста корневой систе-мы. Широкомасштабные исследования проблемы кислотности почв прове-денные Авдониным Н.С. [3] позволяют выделить генотипическую и физиоло-гическую составляющую устойчивости растений к такому виду стресса как эдафический. Повсеместный метод борьбы с кислыми почвами - известкова-ние - универсален, однако не дает ответа на вопрос о механизмах реализации устойчивости к ионам алюминия у устойчивых видов и сортов растений.

Особенно интересна проблема генотипической разнокачественности ре-акции сортов на ионы алюминия. Так по данным Ryan et al. [4] начальный эф-фект изменения физиологических реакций после добавления алюминия в сре-ду варьирует. У 20% исследуемых растений наблюдали изменение потенциала (Erev) в позитивном направлении и активацию поглощения [6]. В 30% случаев мембрана протопласта начинала резко снижать проницаемость, и активация тока "внутрь" наступала только после определенной паузы. У оставшихся 50% клеток эффекта от добавления ионов алюминия не наблюдали. При до-бавлении ионов алюминия можно было наблюдать резкое изменение мем-бранного потенциала, снижение проводимости для ионов кальция.

В некоторых исследованиях установлено компенсаторное действие ио-нов калия токсичному эффекту, вызываемому ионами алюминия [5], полагают наличие конкуренции при поглощении катионов Al3+ и К+. Однако этот вопрос чрезвычайно дискуссионный, поскольку ионы калия не только снимают нега-тивное действие ионов алюминия, но в некоторых условиях и усугубляют его.

Возможен механизм, аналогичный механизму при котором калий про-тиводействует ингибированию ферментов ионами Na+.

Возрастающее внимание уделяется изучению механизмов ингибирую-щего действия алюминия на физиолого-генетическом уровне. Количество подвижного алюминия в почвах дерново-подзолистого типа находится в пре-делах 3-30 мг на 100 г почвы. Сегодня алюминий - основной токсический фактор на кислых почвах, доля которых составляет более 40% всех пахотных земель в мире.

Знания об адаптации сортов к неблагоприятным факторам позволяет вести направленную селекцию на устойчивость растений к стрессам.

Исследования Al-устойчивых генотипов, проводимые на ячмене алюми-ниевой устойчивости (Alp2) локализован в длинном плече хромосомы 4Н [6]. Существует несколько предположений: возможно, что один единственный ген управляет разнообразными механизмами толерантности. Также возможно, что алюминиевая толерантность обусловлена аллельной серией этого гена.

Однако физиологическое проявление устойчивости или явление чувст-вительности к иону алюминия пока не описано с точки зрения их механизмов.

До сих пор не является очевидным, каков механизм реализации меха-низма устойчивости, одинаковы ли изменения метаболизма у устойчивых и чувствительных генотипов. Какова стратегия избегания токсического влияния ионов алюминия у устойчивых и неустойчивых генотипов? Какова степень ионной проницаемости мембран корня, определяющая пассивный поток иона в клетки тканей, и отличается ли степень изменения активности ионных кана-лов при изменении ионного состава почвенного раствора у таких генотипов?

Исследования в наших экспериментах были посвящены поиску разли-чий в физиологической реакции генотипов, отличающихся по устойчивости к ионам алюминия генетической коллекции Московского отделения ВИР: ус-тойчивых стародавних сортов МК 9316, МК 5824 и сортов современной се-лекции Челябинский, Зазерский 85, Данута.

Методика

В генотипах ячменя коллекции Московского отделения ВИР: Зазерский 85, Челябинский, Данута , МК9316 (стародавний сорт), МК 5824 (стародавний сорт) были выделены биотипы по ацидофицирующей активности корневой системы (ААКС). Для выделения биотипов предварительно проращивали се-мена на растворе CaSO4 0.1mM и в последующем переносили их на раствор, содержащий ионы калия (KCl 1mM) на сутки. Через 24 часа измеряли измене-ние рН каждым семенем ячменя, помещенным в отдельный стаканчик на 25 мл (выборка: дважды по 150 семян). На основании величины ?рН (изменение рН за суки) строили диаграмму распределения внутри сорта, которая позволя-ет выделить группы растений, отличающиеся функционально по ацидофици-рующей активности корневой системы.

Рассчитывали удельную ацидофицирующую активность корневой сис-темы (УААКС) путем пересчета ААКС на длину корневой системы, что по-зволяет получить параметр, отражающий активность единицы длины корне-вой системы без учета неодинаковости поглощающей деятельности разных участков корневой системы.

Для получения данных по реакции корневой системы на ионы алюми-ния, корневые системы растений после суточного нахождения в растворе, со-держащем ионы калия, вновь на сутки помещали в раствор CaSO4 0.1mM . За-тем в раствор, содержащий такую же концентрацию ионов калия, как и в пер-вом случае, но с добавлением ионов алюминия (KCl 1mM + AlCl3, 12мг/л). Через сутки вновь измеряли индивидуально изменение величины рН корневой системой каждого семени. Оценку реакции сортов на алюминиевую токсич-ность проводили по физиологическому показателю - степени снижения по-глощения ионов калия в растворе, содержащем ионы алюминия. Изменение величины рН является косвенным показателем поглощения, поскольку отра-жает комплекс процессов: дыхательную активность корней, выделение орга-нических кислот в раствор, содержащий ионы алюминия (специфическая ре-акция на Al3+ корневой системой), степень поглощения калия посредством обмена К+/Н+. Несмотря на это именно этот показатель был выбран нами для тестирования, поскольку данный показатель в основе своей несет информа-цию об изменении поглощения, а все сопутствующие влияния однонаправле-ны и являются косвенными характеристиками устойчивости к алюминиевой токсичности.

Протестированные вышеописанным способом растения высаживали в вегетационные сосуды с почвой. Вегетационный опыт был заложен в вегета-ционном домике и включал 2 варианта: "фон" (дерново-подзолистая почва с высоким уровнем плодородия), "Al" (та же почва с добавлением соли AlCl3 12 мг/кг). Длительность эксперимента - 40дней. Повторность опыта четырех-кратная. В вегетационном опыте измеряли динамику изменения площади ас-симиляционной поверхности. Оценивали содержание хлорофилла по обще-принятым методикам.

Результаты

Изучение ацидофицирующей активности корневых систем 5-и сортов ячменя генетической коллекции МоВИР позволило выделить биотипы по этому показателю во всех сортах рис. 1.

Во всех сортах ячменя выделено по 2 биотипа, отличающихся между собой по ААКС. Однако процентный состав биотипов в сортах разный. Био-типы, показавшие большее изменение рН в растворе KCl обладают большей ацидофицирующей активностью корневой системы. При этом биотипы Б у всех биотипов имеют относительно более длинную корневую систему, это по-видимому, и является основой большей величины ААКС, но при расчете удельной ацидофицирующей активности для этих биотипов получена мень-шая активность единицы корневой системы. Исключение составляет сорт За-зерский 85, УААКС которая у биотипов А и Б не различается существенно.

Характеристики выделенных биотипов приведены в таблице 1.

Данные таблицы позволяют утверждать, что к биотипу Б относятся рас-тения, обладающие более активной корневой системой, с более высокой ско-ростью роста корневой системы и вегетативной части, но меньшей удельной активностью корневой системы.




Рис. 1. Биотипический состав пяти сортов ячменя, выделенный по ацидофи-цирующей активности корневой системы (DpH - ААКС).



Таблица 1. Характеристики биотипов сортов ячменя генетической коллекции МоВИР на 9 день вегетации.

Здесь и в других таблицах приведены средние арифметические для выделен-ного биотипа, ± интервал (стандартное отклонение х критерий Стьюдента на 95% уровне значимости)


След. страница >>


Всероссийский Научно-исследовательский институт Агрохимии имени .Д.Н. Прянишникова    Контакты

Разработка и теххподдержка сайта "Лаборатория Сеомакс"

Яндекс.Метрика