Влияние различных физиологически активных веществ на процесс корнеобразования

К настоящему времени накоплен большой фактический материал о действии физиологически активных веществ на растения. Наиболее хорошо изучено влияние их на такие общие функции и жизненные процессы, как фотосинтез, дыхание, накопление запасных отложений, рост, изменения в органообразовании и т.д. Всем физиологически активным веществам практически присуще стимулирующее и ингибирующее действие, характер которого зависит от комплекса факторов – от дозы активного начала природы, возраста и физиологического состояния растений, условий внешней среды. При этом однозначность действия на организм разных групп физиологически активных веществ можно объяснить тем, что они действуют на одни и те же звенья и пути метаболизма. Каждое из них может влиять на разные ферменты, реакции и т.д., в чем и заключается специфичность действия того или иного физиологически активного вещества (Полевой, 1965).

Наиболее изученными природными стимуляторами роста являются ауксины (Максимова, 2001).

Ауксины – это вещества индольной природы. Основным фитогормоном типа ауксина является индолилуксусная кислота (ИУК). Открытие ауксинов связано с исследованиями Ч. Дарвина (1860). Дарвин установил, что, если осветить проросток злака с одной стороны, он изгибается к свету. Однако если на верхушку проростка надеть непроницаемый для света колпачок и после этого поставить в условия одностороннего освещения, изгиба не происходит. Таким образом, органом, воспринимающим одностороннее освещение, является верхушка растения. Сам изгиб происходит в нижней части проростка. Из этого Ч. Дарвин заключил, что в верхушке проростка под влиянием одностороннего освещения вырабатывается вещество, которое передвигается вниз и вызывает изгиб (Якушкина, 1980). Однако в то время его работы были подвергнуты резкой критике физиологов. Лишь в 1910 гБойсен – Йеисон, а затем в 1919 г. Паал пришли к выводу, что верхушка колеоптиля представляет некий носитель информации о направлении света и что перемещение этого носителя определяет фототропический изгиб колеоптиля. Ф. Вент (по Якушкиной, 1980), а в нашей стране Н. Г. Холодный (по Якушкиной, 1980) в конце 20 -ых гг. ХХ века действительно обнаружили наличие такого вещества, которое диффундировало из верхушек колеоптилей в блок из агар – агара, куда они помещались. Ученым удалось объяснить природу тропизма как результат межклеточного взаимодействия, приводящего к регуляции скорости роста под действием этого вещества - ауксина (Баскаков, 1982).

Локальной обработкой ауксином в высокой концентрации у многих растений можно вызвать образование придаточных корней в любом месте (Либберт, 1976). Бэр в 1949 г. впервые высказал мысль, что ауксин в растительных клетках взаимодействуют с нуклеопротеидами, в результате чего усиливается синтез белков. Во многих работах было показано, что обработка целых растений большими или гербицидными концентрациями ауксинов приводит к временной активации синтеза нуклеиновых кислот и белков в осевых органах (Полевой, 1965).

Открытие ауксинов привлекло внимание химиков. Оказалось, что ИУК синтезирована ими еще в 1885 году. Но не подозревали, что это вещество образуется в растительных тканях и играет столь важную роль в процессах роста. Начались интенсивные исследования влияния синтетической ИУК на разные растения и их органы. Оказалось, что ауксины резко усиливают образование корней у черенков, предотвращают опадение завязей, способствуют образованию так называемой партенокарпических плодов, то есть полученных в результате разрастания завязи связи с оплодотворением. Партенокарпические плоды бессемянные, но нередко содержат больше сахаров и сухих веществ по сравнению с нормальными плодами (Артамонов, 1991).

При работе с изолированными культурами тканей была выявлена регулирующая роль ауксинов в процессах связанных с ростом и дифференциацией клеток. В опытах Зильберга и Скуга (по Полевому, 1965) ИУК в концентрации 0, 014 мг / л индуцировала синтез ДНК в дисках, вырезанных из сердцевины стебля табака, что сопровождалось увеличение сырого веса дисков. Тиман и Луз (по Полевому, 1965) показали, что а - нафтилуксусная кислота (10мг/л) активирует синтез белков и поглощение воды срезами клубней картофеля и артишока (Полевой, 1965).

М. Я. Школьником (1965) было изучено и доказано увеличение под действием ауксинов проницаемости стенок клеток для воды. Влияние ауксинов на дифференциацию клеточных стенок тоже может быть объяснено действием ауксинов на биосинтез нуклеиновых кислот. В.В. Полевой (1965) отмечал, что ауксинов в оптимальных для роста концентрациях усиливает включение Р 32, АДФ –8-С 14 и меченых пиримидиновых оснований в нуклеиновые кислоты различных растительных объектов. ИУК активирует синтез целлюлозы. Однако в слабогипертонической среде, где поглощение воды и растяжение клеточных стенок ингибированы, новообразования целлюлозы не наблюдается, хотя в этих условиях ауксин способствует размягчению клеточных стенок, активирует дыхание (Полевой, Леонова, 1964). Таким образом, усиление синтеза целлюлозы является следствием растяжения клеточных стенок, индуцированного ауксином. Отмечено действие ауксина на включение меченых пиримидиновых оснований в нуклеиновые кислоты отрезков колеоптилей кукурузы. Проведенные измерения в опытах с отрезками колеоптилей свидетельствуют о том, что мИУК в гипотонической среде в 2 раза увеличивает прирост отрезков колеоптилей в длину.

И. В. Зеленевой, В. В. Полевым (1965) изучалось влияние ИУК на активность рибонуклеазы в отрезках мезокоптилей кукурузы. Они пришли к выводу, что мИУК значительно повышает интенсивность роста отрезков мезокоптилей. Если в воде конечный вес составляет 132%, то в варианте с мИУК-203% от начального веса.

Ряд исследователей считает, что одной из важнейших реакций, вызываемых ауксинами, является изменения в процессах дыхательного обмена (Якушкина, Кулакова, 1949).

В литературе имеются данные о влиянии ауксина на самые разные стороны дыхательного процесса: на процессы гликолиза, на сопряженность окисления и фосфорилирования. Немало работ о влиянии ауксина на процессы превращения кислот трикарбонового цикла. Значительный интерес представляет собой изучение активности дегидрогеназ цикла трикарбоновых кислот на фоне ростовой реакции и изменения интенсивности дыхания под влиянием ауксина (Куликова, Шевякова, 1973).

А.А. Тарасенко (1973) отмечает влияние обработки ИУК на рост и содержание гормонов в проростках кукурузы, выращенных в стерильных и не стерильных условиях. Им выяснено, что эффективность влияния ИУК заметно выше в проростках, выращенных в стерильных условиях. Причиной большей эффективности ИУК стерильных условиях может являться более быстрое поступление ИУК, что связано с меньшим содержанием ее в тканях стерильных проростков.

Замачивание семян в растворах ИУК оказало положительное влияние на рост проростков кукурузы. Внесение ИУК в большей степени сказалось на накоплении сырого и сухого веса растений. Ряд исследователей склоняется к мысли, что влияние ИУК на рост растений осуществляется через изменение в энергетическом обмене (Тарасенко, 1973).

К. З. Гамбургом (1964) выяснено, что ауксины могут стимулировать и растяжение, и деление клеток. При погружении корней в растворы ауксина рост надземной части уменьшался. При этом происходило утолщение корней, усиленное образование боковых корешков, но их вытягивание было подавлено. При опрыскивании ауксином стебель несколько удлинялся и увеличивался сырой вес надземной части зеленых проростков. У этиолированных проростков ауксин также вызывал утолщение стебля, который наиболее четко выражен в верхней части проростков. Ауксин действует стимулирующе на рост в месте его нанесения (Гамбург, 1964).

По мнению Зединга (1955), ауксин принимает участие в следующих процессах, из которых складывается рост растяжением: в усилении поглощения воды клетками; увеличении пластической растяжимости (размягчение) клеточных стенок; активировании дыхания.

В ряде работ отмечается усиление синтеза компонентов клеточных стенок под влиянием ИУК. Отмечено влияние ИУК на увеличение пластичности клеточных стенок и усиление поглощения воды клетками (Реймерс, 1964).

Действие ауксина на размягчение наблюдается как в том случае, когда клетка имеет возможность поглощать воду, так и в том случае, когда поглощение воды ингибирование. Таким образом, действие ИУК на увеличение пластичности является более ранней реакцией растительных клеток на введение ИУК в среду, а поглощение воды оказывается следствием увеличения пластической растяжимости, индуцируемой ауксином. Действие ИУК на рост растяжением складывается как бы из двух этапов. Это хорошо показано в работе Боннера, Ордина и Клелана (1964). Эти исследователи помещали отрезки колеоптилей овса после 30-минутного предварительного выдерживания в растворах 0, 4 Мманнита с добавлением или без добавления ИУК. Авторы приходят к заключению, что ИУК в первой фазе опыта увеличивает пластичность клеточных стенок, что и реализуется во второй фазе в анаэробных условиях, в которых сама ИУК уже не способна действовать на ростовые процессы. Эти результаты можно объяснить «размягчением» клеточной стенки под действием ИУК. Однако дальнейшая работа показала, что клеточные стенки в присутствии ИУК не только увеличивают пластическую растяжимость, но и растут. По-видимому, снижение содержания кальция и усиление метилирования является причиной «размягчения» и необратимого роста клеточных стенок способствует поглощению воды и растяжению клеточных оболочек, что сопровождается усилением синтеза целлюлозных мицелл.

ИУК вызывает изменение в обмене веществ клеточных стенок. Поглощение воды является следствием этого процесса. ИУК кроме действия на свойства клеточных стенок и поглощение воды также способна активировать дыхание. ИУК усиливает дыхание отрезков колеоптилей кукурузы на 23-40%, причем это усиление поглощения кислорода под влиянием ИУК обнаруживается в первые же минуты после внесения ИУК в среду (Полевой, Гамбург, 1959).

И.А. Кулакова (1973) изучала изменения положения изоэлектрической точки цитоплазмы клеток стебля гороха в процессе корнеобразования. Известно, что действие фитогормонов типа ауксина наиболее ярко проявляется при переходе клеток в фазу растяжения. Вместе с тем, исследования показывают, что ауксин влияет не только на клетки, находящиеся в фазе растяжения, но и деление клеток. Одним из доказательств действия ауксина на деление клеток может служить способность этого гормона усиливать корнеобразование. И. Г. Холодным впервые была показана возможность усиления образования корней под влиянием ауксина. Изучение процесса корнеобразования во времени показало, что как в контроле, так в опытном варианте корнеобразование началось через 80 часов после начала опыта. Однако интенсивность корнеобразования была выше в варианте с ИУК (213% к контролю). В дальнейшем количество корней на контроле остается практически постоянным, тогда как под влиянием ауксина расширяется и зона образования корней. Таким образом, изучение таких морфологических показателей, как время и интенсивность появления корней и корневых бугорков, их число, зона образования корней дает основание считать, что под влиянием ИУК резко усиливается процесс корнеобразования стеблевых черенков гороха (Кулакова, 1973).

Г. Н. Фирсанова, И.А Кулакова (по Якушкиной, 1973) отмечают, что развитие корней у растений, прежде всего, выражает их способность к регенерации. Под влиянием обработки фитогормонами типа ауксина в черенках происходит усиление передвижения воды и питательных веществ к нижним обработанным концам, наблюдается изменение в метаболизме (повышается активность пироксидазы, содержание аскорбиновой кислоты, глютатион). Все эти изменения способствуют проявлению меристематической активности и обуславливают процесс корнеобразования. Особую роль в активации деления клеток играет глютатион и его наиболее активная часть – сульфгидрильная группа – SH.

Изменение физиологических процессов в черенках при образовании каллуса корней сопровождается серией изменений анатомической структуры, вызванных переходом клеток постоянных тканей в меристематическое состояние.

Из литературных данных известно, что образование придаточных корней в большой степени зависит от структуры тканей побега и степени развития механических элементов. Имеются сведения, что наряду с образовательными тканями в развитии придаточных корней могут участвовать и другие ткани, способные к переходу в меристематическое состояние: паренхима сердцевинных лучей и первичной коры, недифференцированные элементы проводящих тканей (Фирсанова, 1973).

ИУК применяется в сельском хозяйстве для ускорения образования корней у черенков различных растений, например, цитрусовых, и их более быстрого укоренения.

ИУК легко образует комплексы с белками, аминокислотами, сахарами и фенолами; при этом возникают физиологически инертные продукты, которые как полагают, представляют собой формы запаса гормона в покоящихся и слабо растущих частях растений (Кретович, 1986).

Ауксины вырабатываются и накапливаются в высоких концентрациях в верхушечных меристемах (конусах нарастания побега и корня), то есть в тех местах, где клетки особенно быстро делятся. Отсюда они перемещаются в другие части растений. Нанесенные на срез стебля ауксины ускоряют образование корней у черенков. Однако в чрезмерно больших дозах они подавляют корнеобразование. Вообще чувствительность к ауксинам у тканей корня значительно выше, чем у тканей стебля, так что дозы этих гормонов наиболее благоприятные для роста стебля, обычно замедляют корнеобразование. Это различие в чувствительности объясняет, почему верхушка горизонтально лежащего побега проявляет отрицательный геотропизм, то есть изгибается кверху, а кончик корня – положительный геотропизм, то есть изгибается к земле. Когда под действием силы тяжести ауксин скапливается на нижней стороне стебля, клетки этой нижней стороны растягиваются сильнее, чем клетки верхней стороны, и растущая верхушка изгибается кверху. По–другому действует ауксин на корень. Скапливаясь на нижней его стороне, он подавляет здесь растяжение клеток. По сравнению с ними клетки на верхней стороне растягиваются сильнее, и кончик корня изгибается к земле.

Ауксины ответственны и за фототропизм – ростовые изгибы в ответ на одностороннее освещение. Поскольку под действием света распад ауксина в меристемах, по-видимому, несколько ускоряется, клетки на затененной стороне растягиваются сильнее, чем на освещенной, что заставляет верхушку побега изгибаться по направление к источнику света. Так называемое апикальное доминирование – явление, при котором присутствие верхушечной почки не дает пробуждаться боковым почкам, – тоже зависит от ауксинов. Результаты исследований позволяют считать, что ауксины в той концентрации, в какой они накапливаются в верхушечной почке, заставляют верхушку стебля расти, а, перемещаясь вниз по стеблю, они тормозят рост боковых почек. Деревья, у которых апикальное доминирование выражено резко, как, например, у хвойных, имеют характерную, устремленную вверх форму, в отличие от взрослых деревьев вяза или клена (Реймерс, 1964).

Гетероауксин – очень физиологический активное вещество, которое было выделено из культуры гриба Rhiropus, мочи животных и высших растений. В результате исследований Дж. Боннэра в настоящее время доказано, что гетероауксин является основным ростоактивирующим веществом. Обработка растений гетероауксином резко активирует корнеобразованием, ускоряет прорастание спящих почек, нарушая нормальное геотропические реакции, в частности подавляет отрицательный геотропизм, свойственный подземным органам растения. Соединение малотоксично (Баскаков, 1982).

Гетероауксин принимает участие в следующих процессах, из которых складывается рост растяжением: в усилении поглощения воды клетками; увеличении пластической растяжимости (размягчение) клеточных стенок; активировании дыхания, активирует синтез белков и поглощение воды срезами клубней картофеля и артишока (Полевой, 1965). Было изучено и доказано увеличение под действием ауксинов проницаемости стенок клеток для воды. Влияние ауксинов на дифференциацию клеточных стенок тоже может быть объяснено действием ауксинов на биосинтез нуклеиновых кислот. Ауксин в оптимальных для роста концентрациях усиливает включение Р 32, АДФ –8-С 14 и меченых пиримидиновых оснований в нуклеиновые кислоты различных растительных объектов (Biswas, Sen, 1959; Key, Shannon, 1964). ИУК активирует синтез целлюлозы. Однако в слабогипертонической среде, где поглощение воды и растяжение клеточных стенок ингибированы, новообразования целлюлозы не наблюдается, хотя в этих условиях ауксин способствует размягчению клеточных стенок, активирует дыхание (Полевой, Леонова, 1964).

Таким образом, усиление синтеза целлюлозы является следствием растяжения клеточных стенок, индуцированного ауксином. Отмечено действие ауксина на включение меченых пиримидиновых оснований в нуклеиновые кислоты отрезков колеоптилей кукурузы.

В литературе имеются данные о влиянии ауксина на самые разные стороны дыхательного процесса: на процессы гликолиза, на сопряженность окисления и фосфорилирования. Ауксин влияет на процессы превращения кислот трикарбонового цикла. Значительный интерес представляет собой изучение активности дегидрогеназ цикла трикарбоновых кислот на фоне ростовой реакции и изменения интенсивности дыхания под влиянием ауксина (Куликова, Шевякова, 1973).

Внесение ИУК в большей степени сказалось на накоплении сырого и сухого веса растений. Выяснено, что ауксины могут стимулировать и растяжение, и деление клеток. При погружении корней в растворы ауксина рост надземной части уменьшается. При этом происходит утолщение корней, усиленное образование боковых корешков, но их вытягивание подавляется. При опрыскивании ауксином стебель несколько удлиняется и увеличивается сырой вес надземной части зеленых проростков. У этиолированных проростков ауксин также вызывает утолщение стебля, который наиболее четко выражен в верхней части проростков. Ауксин стимулирует рост в месте его нанесения (Гамбург, 1964).

В ряде работ отмечается усиление синтеза компонентов клеточных стенок под влиянием ИУК. Отмечено влияние ИУК на увеличение пластичности клеточных стенок и усиление поглощения воды клетками (Реймерс, 1964).

Одним из доказательств действия ауксина на деление клеток может служить способность этого гормона усиливать корнеобразование. Изучение таких морфологических показателей, как время и интенсивность появления корней и корневых бугорков, их число, зона образования корней дает основание считать, что под влиянием ИУК резко усиливается процесс корнеобразования стеблевых черенков гороха (Кулакова, 1973).

Под влиянием обработки фитогормонами типа ауксина в черенках происходит усиление передвижения воды и питательных веществ к нижним обработанным концам, наблюдается изменение в метаболизме (повышается активность пироксидазы, содержание аскорбиновой кислоты, глютатион). Все эти изменения способствуют проявлению меристематической активности и обуславливают процесс корнеобразования. Особую роль в активации деления клеток играет глютатион и его наиболее активная часть – сульфгидрильная группа – SH.

Изменение физиологических процессов в черенках при образовании каллуса корней сопровождается серией изменений анатомической структуры, вызванных переходом клеток постоянных тканей в меристематическое состояние. ИУК применяется в сельском хозяйстве для ускорения образования корней у черенков различных растений, например, цитрусовых, и их более быстрого укоренения. ИУК легко образует комплексы с белками, аминокислотами, сахарами и фенолами; при этом возникают физиологически инертные продукты, которые как полагают, представляют собой формы запаса гормона в покоящихся и слаборастущих частях растений (Кретович, 1986).

Нанесенные на срез стебля ауксины ускоряют образование корней у черенков. Однако в чрезмерно больших дозах они подавляют корнеобразование. Вообще чувствительность к ауксинам у тканей корня значительно выше, чем у тканей стебля, так что дозы этих гормонов наиболее благоприятные для роста стебля, обычно замедляют корнеобразование. При работе с изолированными культурами тканей была выявлена регулирующая роль ауксинов в процессах связанных с ростом и дифференциацией клеток (Максимова, 2001).

Корневин (индолилмасляная кислота) стимулятор корнеобразования. Корневин используется для укоренения саженцев плодовых, ягодных, декоративных и цветочных культур, ускорения корнеобразования при черенковании, улучшения приживаемости рассады овощных и цветочных культур при пересадках. Корневин применяется в сухом виде и в виде раствора.

В сухом виде: Корневую систему саженцев или рассады опудрить перед посадкой. Черенки перед укоренением смочить водой и погрузить их нижнюю часть в препарат.

В виде раствора: Содержимое пакета растворить в 4 л воды. Саженцы и рассаду поливать полученным раствором под корень после посадки. Расход рабочего раствора на 1 растение: - рассада цветочных и овощных культур -30-50 мл; - саженцы кустарников-250-300 мл; - саженцы плодовых и декоративных деревьев-1, 5-3 л (Баскаков, 1982).