Влияние искусственного ультрафиолетового облучения на продуктивность и фотосинтетическую активность картофеля

Ковалева О.А.

Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф.Купревича НАН Б, г. Минск,  Беларуси

Световой режим (интенсивность, спектральный состав и длительность облучения) является наиболее важной группой физических факторов среды, влияющей на процессы роста и развития растений. Лучистая энергия солнца определяет энергетические, регуляторные, ростовые и формативные процессы зеленых растений. Значимостью этого фактора в жизни растений объясняется большое внимание к реакциям, вызываемым действием световой энергией, со стороны экологов, физиологов, морфологов.

В последнее время в связи с происходящими изменениями в экологической обстановке, возобновились исследования, направленные на выяснение механизмов повреждающего действия ультрафиолетового (УФ) света, являющегося важным компонентом солнечной радиации. К такого рода изменениям следует в первую очередь отнести повышение уровня загрязненности окружающей среды, увеличивающее вероятность протекания фотосенсибилизированных деструктивных реакций в клетках, и рост интенсивности биологически наиболее активных УФ лучей солнца в биосфере вследствие частичного разрушения озонового слоя атмосферы.

Однако до сих пор, несмотря на обширные фотохимические и фотобиологические работы и огромное количество экспериментальных данных, остаются невыясненными механизмы биологического действия ультрафиолетовой радиации (УФР) на живые организмы и, в частности, особенностей действия различных областей (а, b и с диапазонов) УФР на высшие растения. Это связано не только с большой сложностью самого механизма первичного действия УФ света, но и со специфичностью тех многообразных отношений, которые возникают на различных уровнях организации растительной клетки при воздействии на нее светом.

В связи с этим знание природы естественной чувствительности к УФР и механизмов ее регуляции у различных сельскохозяйственных культур приобретает большое теоретическое и практическое значение.

Влияние повышенных уровней УФР можно исследовать с помощью системы ламп и фильтров, моделирующих солнечное излучение в определенной области УФ спектра, что позволяет контролировать условия опыта и дозировать интенсивность излучения.

На протяжении 10 последних лет в литературе можно найти сведения, рассматривающие действие УФР в определенных дозах как инициатора, триггера защитных свойств растительного организма. Эти вопросы представляют большой научный интерес. Все более возрастает использование искусственного УФ облучения как метода повышения урожайности, стимулирующего воздействия на рост и развитие различных сельскохозяйственных культур. Исследования многих авторов показали большие преимущества растений, выросших из семян после УФ облучения. Так, например, зерновые культуры отличаются большей скоростью роста и развития, физиологической лабильностью, повышенной зерновой продуктивностью и большой устойчивостью к неблагоприятным внешним условиям.

В связи с актуальностью изучения механизмов действия УФ излучения на с.-х. культуры была поставлена задача, установить физиологические эффекты действия УФР на рост, развитие и продуктивность картофеля в искусственных контролируемых  условиях.

Объектами исследования служили растения картофеля (Solanum tuberosum L.) среднеранних сортов Скарб, Явар – белорусской селекции, Никита – голландской селекции.

В лаборатории растения выращивали на биотехнических комплексах для круглогодичного использования под лампами ДНаТ – 400, при температуре 20⁰, фотопериоде 16 часов. Освещенность в течение вегетации поддерживали на уровне 100 Вт/м². В качестве корнеобитаемой среды использовали искусственный ионообменный цеолитсодержащий субстрат. Источником УФ служила лампа ДРТ-1000, обладающая суммарным УФ спектром. Облучали 1- и 3-дневные регенеранты  растений картофеля в течение 10 мин. каждые 5 суток (доза облучения - 10 Дж/м²).

Исследование проводили при использовании биофизических методов для характеристики скорости электронного транспорта в хлоропластах листьев:  измерения переменной флуоресценции (определение активности работы ФС II), реакции Хилла с феррицианидом (определение фотохимической активности хлоропластов), а также определение  ?рН (протонный градиент), характеризующий скорость реакции фотофосфорелирования. С помощью морфометрических методов характеризовали скорость роста и развития, скорость ризогенеза регенерантов и структуру урожая, включающую качество полученных мини-клубней.

Получены следующие результаты:

1. Установлено, что амплитудно-кинетические изменения переменной флуоресценции листьев и фотодинамического протонного градиента хлоропластов, облученных УФР листьев черенковых регенерантов изученных сортов, характеризуют более высокую скорость транспорта электронов в ЭТЦ двух сопряженных фотосистем, по сравнению с необлученным контролем.
2. Скорость ризогенеза была максимальной в условиях УФ облучения рассады и к  третьим-четвертым суткам наблюдалось появление первых корешков на сбалансированных ионообменных субстратах.
3. При УФ облучении происходит стимуляция ростовых процессов, увеличивается число и вес листьев, содержание хлорофилла а и b.
4. Содержание сухого вещества в клубнях, полученных из облученных УФ регенерантов,  на 11 % выше по сравнению с контролем.
5. У облученных УФ растений урожайность была, в среднем, на 20 – 25 % больше, чем в контроле.
6. УФ облучение резко стимулирует окислительные процессы в тканях, чем повышает иммунологическую реактивность растений и одновременно создает условия, неблагоприятные для деятельности протеолитических ферментов, развития патогенной микрофлоры, так как уменьшается количество восстановительных соединений и снижается уровень гидролитических процессов.

Таким образом, исследования по выявлению влияния УФР на физиологические процессы растений, выращенных в искусственных условиях, дадут возможность использовать УФ для оптимальной стимуляции и направленного синтеза органических веществ в растениях, влиять на аттрагирующую способность растений, изменять длительность физиологических фаз их развития. Основной задачей изучения действия УФ на высшие растения является выяснение закономерностей этого действия, расшифровка физиолого-биохимических процессов, определяющих степень адаптации, и на этой основе создание методов прогнозирования влияния УФ на формообразовательный и продукционный процессы.

 

Литература

1. Дубров А.П. Генетические и физиологические эффекты действия ультрафиолетовой радиации на высшие растения. - М.: Наука, 1968.
2. Дубров А.П. Действие облучения семян и проростков ультрафиолетовой радиацией на содержание в листьях витаминов группы В // Физиология растений. - 1969. - Т.16, вып. 5. - С. 926.
3. Савин В.Н., Канаш Е.В., Осипов Ю.А. Влияние экологической ультрафиолетовой радиации на рост и продуктивность ячменя и пшеницы //Физиология и биохимия культ. растений. - 1985. - Т. 17. № 6.- С. 561.
4. Фрайкин Г.Я. Некоторые проблемы современной ультрафиолетовой фотобиологии // Физиология растений. - 1987. - Т. 34, вып. 4. - С. 712.