WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 8 |

Первое направление исследований связано с изучением длительного (в течение светового периода и всего времени выращивания растений) действия повышенной (0,1%) концентрации углекислоты в воздухе на фотосинтетический аппарат и ростовые процессы огурца (рис. 1).

Растения выращивали одновременно в 4 вегетационных камерах при одном уровне интенсивности света (50, 105 или 175 Вт м-2), температуре 25/20оС день/ночь и периодическом, 1, 3, 6 часовом повышении [CO2] в вегетационной камере (рис. 2). В контрольном варианте растения находились при естественной концентрации углекислоты в воздухе. Фотопериод начинали при естественной [CO2], после чего, через 1, 3, 6 часов (по вариантам опыта) концентрацию СО2 повышали до 0,1% и затем цикл повторяли (то есть, например, 1 час при естественной [CO2], затем 1 час при повышенной [CO2] и т. д.). В результате, независимо от периода подачи СО2, растения в течение дня находились при повышенной [CO2] в течение 6 часов. В начале и в конце периодов с естественной и повышенной концентрациями углекислоты

Схема эксперимента

Интенсивность света при выращивании растений

Температура, оС: Температура, оС: Температура, оС:

Концентрация СО2 в воздухе: 0,03%; 0,1% СО2

Рис. 1. Схема постановки эксперимента по изучению влияния повышенной [CO2] на фотосинтетический аппарат и рост растений огурца. (В квадратах указаны температурные режимы день/ ночь)

Второе направление исследований обусловлено выяснением ответной реакции фотосинтетического аппарата растений на действие кратковременного в течение нескольких часов, ежесуточного периодического повышения концентрации углекислоты в воздухе в начальный период онтогенеза (рис. 2).

Схема эксперимента

1 часовой период

3 часовой период

6 часовой период

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Рис. 2. Схема постановки экспериментов по изучению влияния периодического повышения [CO2] в течение фотопериода. (Стрелки указывают начало и конец подачи СО2 в камеры)

проводили исследования активности фотосинтетического аппарата путем построения углекислотных кривых поглощения СО2, определения активности световых и темновых реакций, накопления пигментов и содержания углеводов по органам растений. В конце периода выращивания определяли накопление сухого вещества растениями.

Для выяснения общих временных закономерностей ответной реакции растений на периодическое изменение факторов среды использовали действие переменных уровней интенсивности света и температуры: интенсивность света – 50 или 105 Вт м-2 при температуре день/ночь 25/20оС; температурный режим 20/20 – 25/20оС при интенсивности света – 105 Вт м-2). Эти параметры изменяли через 1, 3, 6 часов в течение 12 часового фотопериода. При таком подходе растения получали одинаковую дозу света и температуры, но с различной периодичностью.

Третье направление исследований связано с изучением временных параметров ответной реакции фотосинтетического аппарата при действии на растения УФ–радиации, сернистого газа или обработки листьев раствором метанола на фоне естественной или повышенной [CO2]. Действие УФ-радиации изучали на проростках пшеницы, выращиваемых в контролируемых условиях при непрерывном освещении лампой ДРИ 2000, при интенсивности света 90–110 Вт/м2, температуре 22–25оС. 7-10 дневные проростки облучали ультрафиолетом в течение 2, 5 или 10 минут с помощью установки ЛОС–2, и интерференционных светофильтров, имеющих максимумы пропускания 320 и 250 нм. Интенсивность УФ–радиации на уровне проростков составляла 10 Вт м-2. Oблученные растения помещали в прежние условия и после различных периодов экспозиции на свету проводили измерение скорости фотосинтеза при естественной или повышенной [CO2], а также, определение скорости восстановления ДХФИФ и накопления углеводов.

Изучение влияния сернистого газа на фотосинтетический аппарат хвои сосны осуществляли путем обработки хвои SO2 в концентрациях 0,5; 2,5; 5,0 мг м-3 с последующим экспонированием хвои на свету или в темноте в течение 10–360 мин. Фотосинтез измеряли при естественной или повышенной [CO2].

Исследование реакции фотосинтетического аппарата на обработку растений раствором метанола проводили с сахарной свеклой в возрасте 40–65 дней. Интенсивность света в середине дня при выращивании растений составляла 1200–1400 мкмоль фотонов м-2 с-1. В 10 часов утра измеряли газообмен листьев, после чего растения опрыскивали раствором 40% метанола, содержащего 1мМ глицин и 200 ppm Silwet, рН 6,8. Контрольный вариант обрабатывали этим же раствором, но без метанола. В последующие 9 дней эксперимента объем воды для полива уменьшали. В результате, во время опыта растения находились в условиях высоких интенсивности освещения, температуры и нарастающего дефицита воды в почве.

Методы исследований. В работе использовали газометрические установки открытого и/или закрытого типа, в зависимости от задач в каждом эксперименте. Измерение СО2 газообмена целого растения проводили с помощью установки открытого типа, созданной нами на основе газоанализатора Infralit 4. Вся установка была размещена в вегетационной камере КВ-1Р, что позволяло регулировать температуру и световой режим в ассимиляционной камере в заданных пределах. Результаты по углекислотному газообмену пересчитывали на экспозиции с 12 часовыми периодами дня и ночи. Полученные расчетным путем результаты были близки к результатам экспериментального определения фотосинтеза и дыхания в течение дня и ночи, что позволило нам ограничить проведение опытов несколькими часами. Отдельные измерения скорости фотосинтеза и транспирации листа растения проводили с помощью СО2/Н20 инфракрасного газоанализатора Ciras-2 (Великобритания), соединенного с листовой камерой-прищепкой площадью 2.5 см2 с прикрепленным к ней источником света. С помощью микропроцессора устанавливали уровни интенсивности света от 0 до 1200 мкмоль фотонов м-2 сек-1 и [CO2] в воздухе от 0 до 2400 мкмоль СО2 моль-1.

Анализ световых кривых СО2 газообмена проводили с использованием уравнений (Prioul, Chartier, 1977; Walker, 1989); анализ углекислотных кривых СО2 газообмена – по модифицированной модели Фаркьюхара (Farquhar et al., 1980) с помощью программы Photosyn assistant (Parsons, Ogston, 1998).

Выделение хлоропластов. Изолированные хлоропласты из листьев растений получали по методу (West, Wischih, 1968); cодержание хлорофилла в суспензии хлоропластов определяли по методу (Bruinsma, 1965); скорость электронного транспорта измеряли по восстановлению ДХФИФ и НАДФ при 620 и 340 нм по разности оптической плотности до и после освещения суспензии хлоропластов (Мухин, Чермных, 1977); cодержание АТФ в суспензии хлоропластов определяли методом сопряженной системы ферментных реакций гексокиназы и глюкозофосфатдегидрогеназы. При измерении скоростей восстановления НАДФ и фотофосфорилирования в одной пробе, количество НАДФН, восстановленного хлоропластами при освещении, вычитали из общего количества НАДФН, получаемого после завершения гексокиназной-глюкозофосфатдегидрогеназной реакции (Geller, 1973). Абсолютные значения скоростей вычисляли по калибровочным кривым.

Замедленную флуоресценцию измеряли с помощью прибора, разработанного и созданного в Институте фундаментальных проблем биологии РАН (Ананьев, Закржевский, 1978) и содержащего фотоумножитель ФЭУ-100, предварительный усилитель электрического сигнала 544 УД1А, оптический светофильтр КС-10, светонепроницаемую шлюзовую камеру с круглой кюветой из кварцевого стекла марки КУ-1, в также ксеноновую лампу-вспышку ИСШ-400. Растительный материал – высечку из листа помещали в специальный держатель импульсного фосфороскопа и выдерживали в течение 3 минут в темноте. После темновой экспозиции лист освещали последовательно серией из 1, 2, 3, 4 и 20 вспышек и записывали сигнал послесвечения на двухкоординатном самописце ЭНДИМ 622.001 в течение 3 минут после каждой серии. Эксперименты проводили в 2–3 кратной биологической повторности и 4-6 кратной аналитической повторности.

Карбоксилазную активность РБФ-карбоксилазы/оксигеназы (РБФК/О) определяли радиометрическим методом в белковом экстракте, выделенном из листьев 12–14 дневных растений, по скорости включения 14С в кислотоустойчивый продукт, в присутствии РБФ (Lorimer et al., 1977; Романова, 1980); cодержание белка определяли по методу (Bradford, 1976) с красителем Coomassie G-250; oпределение углеводов в одной навеске растительного материала проводили по методу (Ястрембович, 1960). Одновременно с определением газообмена для 4-5 растений, определяли накопление сухого вещества по органам и площадь листовой поверхности листьев. Каждый опыт был проведен в двух-трех кратной повторности. Аналитическая повторность для каждой временной точки 4-6-кратная. На рисунках и в таблицах представлены данные одного из опытов. Каждая точка на графиках представляет собой среднюю арифметическую для 4-6 растений и их стандартные ошибки. Достоверность различий между вариантами оценивали по t-критерию Стьюдента при Р0,95.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СО2 НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ И РОСТОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

В данной главе отмечается, что положительное влияние повышенной [CO2] на рост и продуктивность растений наблюдали многие исследователи (Лундегорд, 1937; Чесноков, Степанова, 1956; Ниловская, 1973; Kimball, 1981). Установлено, что во многих случаях в основе повышенной продуктивности растений (на фоне высокой [CO2] лежит увеличение общей площади листовой поверхности или повышение активности атрагирующих органов (Wittwer, Robb, 1964; Gifford, 1977; Андреева и др., 1979; Мокроносов, 1983; Гуляев, 1986;). Предполагалось также, что несоответствие между незначительной активацией фотосинтеза и существенной прибавкой урожая при длительном действии углекислоты на растениe связано с регуляторнoй ролью СО2 (Чмора, Мокроносов, 1994; Bunce, Sicher, 2003; Романова, 2005). Несмотря на значительное количество публикаций, вопрос совместного действия СО2 с другими факторами внешней среды на основные физиологические процессы растений остается в центре внимания исследователей.

3.1. Влияние СО2 на ростовые параметры растений огурца на ранних этапах онтогенеза

Периодическое повышение [CO2] в воздухе днем на протяжении всего времени выращивания растений приводило к увеличению накопления сухого вещества (за исключением варианта 15/20оС), а также к относительному увеличению его распределению в стебли и корни (табл.1). При низкой интенсивности света (50 Вт м-2 и температуре 20/20оС) наблюдалось усиление оттока веществ в стебли и корни на 39% по сравнению с контролем. Повышение интенсивности света до 105 и 175 Вт м-2 вызывало уменьшение оттока. В результате накопление сухой массы в стеблях и корнях при повышенной [CO2] увеличивалось, соответственно, на 28 и 33% по сравнению с контролем. Усиление роста корневой системы при повышенной [CO2] в атмосфере отмечалось и в ряде других работ (Peaz et al., 1980; Phillips et al., 1976), причем, возрастание отношения корни/надземная часть достигало 30% (Bowers 1993). Согласно литературным данным при естественной [СО2] в листьях огурцов остается порядка 70% от общей массы растений при значительном варьировании соотношения массы стебли/корни (Challa, 1976; Палкин, 1986; Сысоева 1991). Подобные величины при естественной концентрации СО2 отмечены и в нашей работе. Повышение [СО2] приводило к увеличению отношения корни/надземная часть, особенно при низкой интенсивности света.

Таблица 1. Накопление и распределение сухой биомассы по органам растений огурца при повышенной [CO2] и различных уровнях интенсивности света и температуры на 16 день с момента действия факторов*

Варианты

Масса растения

Масса органов растения, г

Отношение

г

% от

контроля

Листья

Стебли

Корни

Корни/

Листья

Корни+ стебель/

листья

Интенсивность света – 50 Вт м-2

30/20oC, 0,1%CO2

1,32

177,3

0,91

0,28

0,13

0,14

0,45

25/20oC, 0,1%CO2

2,35

315,5

1,59

0,49

0,27

0,17

0,47

20/20oC, 0,1%CO2

1,22

164,1

0,87

0,21

0,15

0,17

0,40

15/20oC, 0,1%CO2

0,82

110,0

0,64

0,06

0,11

0,17

0,28

20/20oC, контроль

0,75

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 8 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»