Активность каталазы семена гороха в связи с реакцией НА

семена гороха

Длительное хранение семян в жизнеспособном состоянии является важной проблемой сохранения генетических ресурсов растений. В связи с ней актуальным является исследование физиологических процессов, связанных с выносливостью семян к стрессовым факторам хранения. Существенным фактором нарушения целости клеточных мембран и гибели клетки в стрессовых условиях, в частности, семена, сохраняется при повышенных температурах, является пероксид водорода. Одним из ключевых ферментов, что обеспечивает стрессоустойчивость, является каталаза. Этот фермент из класса ок-сидоредуктаз расщепляет перекись водорода на воду и молекулярный кислород, и таким образом устраняет его [1,2]. Активность каталазы, как и других ферментов, обусловленная генотипом [2], следовательно, ее изучение будет способствовать пониманию причин различной выносливости семян к хранению у разных сортов одной культуры.

В соответствии с международными стандартами [3], оптимальными условиями для длительного хранения семян является его подсушивания невысоких температур до уровня влажности, специфического для каждого вида и хранения в герметично закрытой таре при температуре ниже-10оС. С другой стороны, как показали исследования, процесс старения семян при хранении можно смоделировать путем выдержки семян в герметично закрытой таре в течение определенного времени при повышенной температуре, так называемым методом «ускоренного старения» [4]. Сравнение активности каталазы у семян разных сортов, подвергавшихся воздействию ускоренного старения и промораживания, которые характеризуются разной выносливостью к факторам старения, позволило бы

© Ю. А. Линник, 2011.

ISSN 0582-5075. Селекция и семеноводство. 2011. Выпуск 99.

лучше понять роль каталазы как фактора этой выносливости.

Целью нашего исследования была сравнительная оценка влияния ускоренного старения и промораживания на уровень активности каталазы у семян различных сортов гороха.

Материалом для исследований послужило семян 6 сортов гороха посевного: сортов овощного (Адагумский, V sade, вгы ^ ОИ) зернового направления использования (Банан, цукатами и Ростовский высокобелковые), урожая — 2008 и 2009 гг Семенной материал был выращен в опытном хозяйстве « Элитное »Института растениеводства им. В. Я. Юрьева НААН. Ускоренное старение и промораживания семян проводили в Институте растениеводства им. В.Я. Юрьева НААН. Исследование активности каталаз проводили на базе кафедры физиологии и биохимии растений биологического факультета Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина.

Условия лет изучения характеризовались следующими особенностями.

В 2008 г. на ранних фазах развития растений гороха имела место пониженная температура при повышенной влажности. Средняя температура воздуха за месяц составляла 13,7 ° С, что на 2,4 ° С ниже средней многолетней. Количество осадков составляла 45,3 мм, или 104% нормы. Достаточное количество влаги способствовала получению дружных всходов и развития растений гороха, но обусловила также развитие болезней. На поздних фазах развития растений повышенная температура воздуха и жесткая засуха способствовали ускорению созревания и позволили получить семена оптимальной влажности.

Условия 2009 г. оказались неблагоприятными за температурным режимом и влагообеспеченностью, что негативно повлияло на характер роста и развития растений гороха и формирования урожая зерна. Значительная весенняя засуха (в апреле выпало 7 мм осадков, что составляет 19% от средней многолетней нормы, а температура на 0,3 ° С выше) негативно повлиял на равномерность всходов. В июне и июле также наблюдались значительная засуха и повышения температуры воздуха. Такие погодные условия неблагоприятно повлияли на продуктивность растений. В этих условиях природный инфекционный фон листовых болезней был очень низким. Период уборки урожая характеризовался повышенными температурами и низкой влажностью, что способствовало формированию здоровых семян.

Таким образом, погодные условия двух лет репродукции семян гороха несколько отличались, что обусловило его различные биологические свойства.

Исследуемое семян распределяли на три партии. Первую подвергали ускоренному старению по методике Б. С. Лихачева (выдержка семян в герметичной таре в течение месяца при температуре 37 ° С) [4]. Вторая партия семян такой же срок, также в герметичной таре, выдерживалась при температуре — 20 ° С. Третья — контрольная партия такой же срок выдерживалась за нерегулярно-ное условий (комнатная температура). Влажность исследовательского семян была на уровне 6-7%. Активность каталазы исследовали по методике [5]. Вместе с исследованием каталазной активности, определяли энергию прорастания и всхожесть семян по стандартным методикам [6]. Повторность опыта трехкратная.

Степень изменения показателя активности каталазы в вариантах опыта по сравнению с контролем определяли по индексу изменчивости (И%), который рассчитывали по формуле:

где Ад — средний показатель исследовательского варианта, Ак — средний показатель контрольного варианта [7].

Вероятность разницы между показателями вариантов опыта определяли с помощью наименее существенной разницы (НИР), которую рассчитывали по результатам дисперсионного анализа [7].

Результаты. Исходные показатели жизнеспособности семян сортов овощных сортов гороха были близки к зерновых сортов. Энергия прорастания семян составляла от 77 до 87% в репродукции 2008 г. и от 54 до 90% в репродукции 2009 г. Общая показатели сходства у семян репродукции 2008 г составляли от 91 до 99% и были несколько выше, чем в репродукции 2009 : от 69 до 99%. Овощной сорт V sade продемонстрировал низкие энергию прорастания (54%) и сходство (69%) в репродукции 2009

Ускоренное старение вызвало у семян всех сортов обоих репродукций снижение энергии прорастания, причем у семян репродукции 2009 г. это снижение было более существенным, чем в репродукции 2008 г. (табл. 1) Сходство у сортов Адагумский, Gmngold, цукатов, Ростовский высокобелковые репродукции 2008 г. практически не изменилась, а у сортов V sade и Банан незначительно снизилась. Семена репродукции 2009 сортов V sade, Банан, цукаты отличалось пониженной всхожестью; сорта Адагумский и Ростовский высокобелковые практически не изменили ее, а сорт Gmngold повысил на 4%.

Промораживания семян гороха репродукции 2008 г. почти не изменило энергию прорастания у сортов Gmngold, Банан, Ростовский высокобелковые и повысило ее у сортов Адагумский, V sade, цукаты. Всхожесть семян изменилась незначительно и только у сорта Банан повысилась на 3%. Семена репродукции 2009 г. под влиянием промораживания практически не изменило энергию прорастания у сортов Адагумский и Ростовский высокобелковые, у остальных сортов повысило ее на 4 — 9%. Сходство повысилась у сортов V sade (на 10,4%), Gmngold, цукаты на 3% и 3,6% соответственно.

Активность каталазы в ростках во всех вариантах опыта была выше, чем в семенах, и отличалась по сортам (см. табл. 1). Вместе с этим, активность каталазы в семенах тесно и положительно коррелировала с активностью каталазы в ростках в контрольном варианте (г = 0,86) и варианте с ускоренным старением (г = 0,73) и слабо — в варианте с промораживания (г = 0 , 36).

Семена всех исследованных сортов репродукций 2008 и 2009 гг (за исключением сорта Адагумский репродукции 2008 г.) отреагировало на ускоренное старение повышением активности каталазы как в семенах, так и в ростках (см. табл. 1). Отрицательный связь между активностью каталазы и энергией прорастания и всхожестью.

Таблица 1

Влияние ускоренного старения и промораживания на показатели жизнеспособности и активности каталаз в муке из семян сортов гороха репродукции 2008 и 2009 гг *

* Обозначения: Аб — активность каталазы в муке;

Ап — активность каталазы в ростках; Е — энергия прорастания, С — сходство

Итак, негативное влияние ускоренного старения на энергию прорастания сопровождался повышением активности каталазы. Объяснить это повышение можно тем, что неблагоприятные условия ускоренного старения обусловили интенсивное образование пероксидов водорода, что в свою очередь обусловило повышение активности каталазы.

Промораживания по ускоренное старение, у большинства сортов вызвало повышение активности каталазы в целом на такую ??же величину. Обращает на себя внимание, что сорта Адагумский (овощной) и Ростовский высокобелковые (зерновой) практически не изменили активность каталазы в семенах и ростках обоих репродукций. У сорта Ростовский высокобелковые это было связано с наиболее низким уровнем активности каталазы как в семенах, так и в ростках во всех вариантах опыта, у сорта Адагумский — с наиболее высокой активностью в семенах.

Положительное действие отрицательной температуры на жизнеспособность можно объяснить тем, что она подавляет развитие патогенов и стимулирует семян к прорастанию вследствие нарушения целостности семенных оболочек [7]. Вместе с этим, промораживания, очевидно, также является стрессом, на который семян реагирует повышением активности каталазы.

Снижение энергии прорастания и всхожести семян как по сортам, так и по вариантам опыта, связано с повышением активности каталазы в семенах и / или ростках. Об этом свидетельствует отрицательная корреляция между активностью каталазы в ростках с одной стороны и энергией прорастания и всхожестью в контроле (табл. 2): r = -0,55 и -0,58 соответственно варианте с ускоренным старением r = — 0, 50 и -0,46 соответственно.

Обращает на себя внимание высокий положительный уровень корреляции (см. табл. 2) между активностью каталазы в семенах и ростках в контроле и этим показателем в вариантах с ускоренным старением и промораживания; активностью каталазы в семенах в варианте с промораживания и этим показателем в варианте с ускоренным старением. Это свидетельствует о неспецифический характер реакции семян на стресс повышением уровня активности каталазы.

Выводы. Уровень активности каталазы в семенах и ростках из семян сортов гороха зависит от режимов хранения, года репродукции и сортовой принадлежности.

Ускоренное старение снижало, а промораживания повышало энергию прорастания и всхожесть семян по сравнению с контролем у большинства изученных сортов гороха. Оба фактора повышали активность каталазы в семенах и ростках.

Наиболее стабильным по показателям энергии прорастания и всхожести есть сорта Ростовский высокобелковые (зерновой) и Адагумский (овощной). У сорта Ростовский высокобелковые это связано с наиболее низким уровнем активности каталазы как в семенах, так и в ростках во всех вариантах опыта, у сорта Адагумский — с наиболее высокой активностью в семенах.

Таблица 2

Коэффициенты корреляции между показателями жизнеспособности семян сортов гороха и активностью каталазы в семенах и ростках