Скрытые резервы повышения зимостойкости абрикоса

Скрытые резервы повышения зимостойкости абрикоса

 

А. М. Голубев, учёный-агроном, биотехнолог, биохимик

г. Саратов

 

Зимостойкость – это суммарный, полигенный признак. От вклада каждой её составляющей складывается уровень устойчивости генотипа. Тщательный анализ количественного проявления каждой составляющей устойчивости, в исходном селекционном материале, позволит конструировать сорта с заданной зимостойкостью.

     Используя ступенчатую гибридизацию, насыщая перспективные формы разными элементами устойчивости, можно создать сорта абрикоса, не уступающие по зимостойкости лучшим сортам сливы и вишни. Рассмотрим подробнее повреждающие факторы зимнего периода и способы защиты растений от них.

     Основным повреждающим фактором растений в зимний период является разрыв клеточных мембран образующимися кристаллами льда. Основные причины снижающие зимостойкость генотипов абрикоса следующие:

      Плохое вызревание тканей.
      Низкое накопление запасных веществ, слабая их полимеризация и интеграция.
      Короткий и неглубокий эндогенный покой.
     Избыток свободной и недостаток связанной воды в тканях.
      Высокая чувствительность гидролитических ферментов к теплу.
      Низкий уровень накопления ингибиторов     гидролитических ферментов.
      Низкий уровень и темпы экспрессии стрессовых белков.
     Низкая устойчивость к патогенам.

 

 

Пути повышения зимостойкости:

  1. Селекция на повышенное содержание лигнина - Ф и более полное вызревание тканей.
  2. Отбор форм с более глубокой полимеризацией запасных питательных и структурных веществ.
  3. Создание генотипов с увеличенным накоплением веществ, определяющих эндогенный   покой.
  4. Отбор форм с наивысшим соотношением связанная /свободная вода и повышенным содержанием   белка - дегидрина.
  5. Селекция на повышенное накопление ингибиторов гидролитических ферментов.
  6. Создание сортов с более требовательными   к   теплу   гидролитическими ферментами.
  7.    Поиск и создание генотипов с ускоренными темпами экспрессии генов стрессовых белков.

VIII.      Создание сортов с повышенной устойчивостью к патогенам, ослабляющие зимостойкость растений.

 

Процессы вызревания побегов.

        

Морозостойкость дерева всецело зависит от полноты прохождения всех стадий вызревания тканей побега. Процессы вызревания тканей, повышающие устойчивость растений к неблагоприятному зимнему периоду, начинаются в середине лета и заканчиваются с окончанием эндогенного покоя. Именно по этому, наибольшую свою морозостойкость, генотипы развивают к концу эндогенного периода покоя или в начале вынужденного покоя, когда ещё не произошло обводнение тканей, но уже снято ингибирование с активных защитных механизмов – синтеза стрессовых белков.

     Вызревание тканей – это локальный процесс, не требующий передвижения первичных ассимилятов. Начинается, как правило, у основания годичного прироста, то есть там, где складываются благоприятные условия для окислительной полимеризации биополимеров, а именно: истощаются запасы азота и окислительно-восстановительной системы, состоящей из трипептида – глутатиона и аскорбиновой кислоты, накапливаются ингибиторы роста, за счёт оттока из истощённых, желтеющих нижних листьев и уже дифференцировалась ксилема.

Рассмотрим основные процессы, задействованные в вызревании тканей побегов.

 

      Остановка роста побега, закладка апикальной почки и дифференциация ксилемы.
      Биосинтез лигнина М и Ф.
      Биосинтез суберина.
      Интеграция лигнина и суберина   в   защитный от воды и кислорода слой склеренхимы.
      Биосинтез покровного кутина и воска.
      Закупорка проводящих сосудов полисахаридными (каллозными) пробками.
 

Остановка роста побега, закладка апикальной почки и дифференциация ксилемы.  

         Рост побегов продолжается до тех пор, пока не будет достигнут баланс между цитокининами, синтезирующимися в корнях и ауксинами, образующимися в апексах побегов. В связи с тем, что ростовые процессы обладают некоторой инерционностью, то рост побегов продолжается ещё некоторое время, что приводит к избытку ауксинов по отношению к цитокининам. Следует заметить, что чем интенсивнее росли побеги, тем сильнее проскакивание этого равновесия и тем больше «лишних» ауксинов. Избыток ауксинов приводит во-первых, к индукции роста корней, а во вторых – к индукции биосинтеза этилена. Этилен ингибирует пробуждение почек, а также индуцирует биосинтез абсцизовой кислоты (АБК, ABA), жасмоновой кислоты (ЖК, JA) и дифференциацию ксилемы. Развитие ксилемы вслед за накоплением ауксинов показано рядом исследований (Jacobs, 1952, 1954; TakashiShimomura and KenzoFujihara, 1978;Roni Aloni, 2001).

       Подготовка к покою начинается за долго до его начала и первым процессом на этом пути является переключение азотного – белкового обмена на сахаро-углеводный. Индуктором такого переключения является   короткий фотопериод, приводящий к активации фитохрома и фотоиндукции биосинтеза фенолов. Фенолы служат предшественниками лигнина, с одной стороны, а с другой, ингибиторами азотного обмена (синтеза белка) и фермента разрушающего ауксины – ИУК-оксидазы, что приводит к изменению баланса цитокинины/ауксины в сторону последних и линейный рост побегов прекращается.

Биосинтез лигнина.  

     К моменту дифференциации ксилемы в тканях уже достаточное количество монолигнолов - коумарил-алкоголь, кониферил-алкоголь, синапил-алкоголь, а также их димеров и олиголигнолов, служащих затравкой для полимеризации лигнина.

    Как только дифференцировалась ксилема, начинается отложение М-лигнина (лигнин, окрашивающийся перманганатом с соляной кислотой по методу Меуле). Данный тип лигнина не защищает ткани от губительного действия морозов, но создаёт предпосылку для образования более полимеризованного Ф-лигнина. Ещё раз подчёркиваю, что отложение лигнина в клеточных стенках возможно только после дифференциации ксилемных элементов.

 

 

Транспорт монолигнолов и полимеризация их в лигнин.

 

/Jeffrey S. Amthor. 2003/

При всей сложности биосинтетических процессов образования лигнина, а в них участвуют, по моим подсчетам, более 20 ферментов, лимитирующими являются два – Пероксидаза (ЕС 1.11.1) и Лакказа (EC 1.10.3.2).

       По положительной корреляции степени морозостойкости генотипа с активностью в них пероксидаз, достаточно много работ.

     Для увеличения морозостойкости древесины, следует вести селекционный отбор форм с повышенной активностью, в осенне - зимний период , лакказ и пероксидаз, а так же повышенным накоплением лигнина-Ф.     Содержание лигнина-Ф (лигнин, окрашивающийся флороглюцином) лучше определять гистохимическим методом.

 

Стимулирующие факторы вызревания тканей
 
     Короткий фотопериод - для фитохром-зависимой индукции активности фермента фенилаланин аммиак лиазы (ФАЛ) с последующим   биосинтезом фенолов .
      Дефицит влаги и высокотемпературный стресс - для индукции биосинтеза АБК и торможения линейного роста побегов.
    Ночные похолодания - для процесса полимеризации лигнина.
     После индукции полимеризации лигнина, процесс вызревания тканей   является   автокаталитическим.

 

Степень вызревания тканей абрикоса

         Вызревание – это, прежде всего, степень лигнификации   и суберинизации тканей, а остановка роста и дифференциация ксилемы, являются лишь предпосылками этих процессов.

         Содержание лигнина в Prunus Armeniaca составляет всего 18,28%, что является наименьшим показателем из 34 русских пород деревьев (по данным Шаркова В.И. и Собецкого С.В., 1948 г.), приближаясь лишь к тамариксу (18,29%).

         Морозостойкость древесины, главным образом, зависит от степени её вызревания.

 

Видовые различия в степени вызревания тканей

     Исходя из того, что многие южные культуры – растения короткого дня (абрикос, персик, миндаль, виноград и др.) и на искусственно сокращённом   дне их ткани наиболее полно вызревают, то есть смысл включить в селекционные программы по зимостойкости - отбор генотипов с нейтральной реакцией к фото периоду.   У растений с нейтральным фотопериодом пусковые механизмы остановки роста и вызревания тканей запускаются не коротким днём, а через определённое время с начала вегетации, то есть значительно раньше.  

     Именно отбором генотипов с нейтральной фотопериодической реакцией, после мутагенных обработок, Костиной Галиной Ивановной (Институт сорго и кукурузы, г. Саратов), удалось получить холодостойкие формы типичного короткодневника – Sorghum bicolor.

     Донорами высокой степени вызревания побегов и хорошей приспособленности к более длинному фото периоду, следует искать среди отобранных форм маньчжурского и сибирского абрикосов.

Суберинезация тканей

     После переключения   метаболизма с азотно- белкового на сахаро – углеводный, наряду с полимеризацией сахаров,   начинают усложняться и липофильные соединения.  

     Биосинтез   суберина   идёт параллельно с   биосинтезом   лигнина.  Исходным   веществом для биосинтеза суберина   является   крахмал. Суберин включает как алифатические окисленные жирные кислоты, так и ароматические фенольные соединения – предшественники лигнина, а именно – ферулаты.

 

 

Какими бы сложными не казались биохимические процессы суберинизации(Mark A. Bernards. 2002) , но это очень важный этап в вызревании тканей и разбираться в них придётся.     Липофильные соединения - это основная группа веществ , препятствующая избыточному обводнению тканей и образованию в них внутриклеточных кристаллов льда.

     Пропитка целлюлозо - лигнинового комплекса суберином , делает ткани не проницаемыми не только для воды, но и для кислорода. Возможно это является основной причиной осенне - зимнего перехода   митохондрий   клеток   на низкоэнергетический уровень. Формирование сплошного опоясывающего кольца склеренхимы в побеге, состоящего из целлюлозо – лигнино- суберинового комплекса является хорошим показателем высокой морозостойкости.

Суберинезация клеточных   оболочек приводит к омертвлению ткани (Е.И. Барская, 1967) и формированию защитной пробки коры деревьев.

                 

Биосинтез кутина и воска

Эпидермальные клетки коры и чешуек почек выстланы бесклеточным слоем – кутикулой. Кутикула представляет собой слой из окисленных жирных кислот, обычно связанных слоем воска .

     Основные функции кутина и восков –водонепроницаемость и защита от проникновения патогенов.

     Биосинтез кутина протекает параллельно суберинизации тканей. Образование восков является завершающей стадией формирования кутикулы.

При соскабливании   воска, проницаемость поверхности для воды возрастает в 500 раз. (Т.С. Саламатова, О.А. Зауралов. 1991)

      Ключевым ферментом усложнения и утяжеления жиров является Липоксигеназа.

Отложение 1,3-β- глюкана в проводящих пучках

Каллоза (β-1,3-глюкан) является внеклеточным полисахаридом, нерастворимым в воде.     Во флоэме каллозные отложения свойственны главным образом ситовидным элементам. Каллоза набухает в воде в 6 раз и в набухшем состоянии она перестаёт пропускать воду вследствие плотного смыкания гидратных оболочек, покрывающих её мицеллы.

     Таким образом, отложение каллозы в порах и на поверхности ситовидных пластинок   является эффективным средством ограничивающим   пропускную способность   для растворов.

 

II.   Накопление, полимеризация и интеграция запасных веществ.

     Биосинтез и отложение запасного крахмала. 
     Биосинтез и отложение запасных жиров. 
  Накопление запасных белков древесины.      Накопление в запасной форме активных сахаров и регуляторных фенолов (то есть, накопление гликозидов фенолкарбоновых кислот). 
   Накопление регуляторов роста в форме гликозидов и коньюгатов. 
    Накопление информосом гидролитических ферментов.
      Накопление других соединений.
 

Биосинтез и отложение запасного крахмала.

 

У большинства древесных пород наблюдается два крахмальных максимума, весенне-летний и осенний.

       Наивысшее накопления крахмала в начале июня характерно для сортов с высокой и средней морозостойкостью.

     У морозостойких пород количество крахмала в осенне-зимний период резко снижается.

       Крахмал не является протекторным веществом, те участки ткани, где наблюдается значительное накопление крахмала, погибают быстрее.

 

Биосинтез и отложение запасных жиров.

Уменьшение содержания или полное исчезновение крахмала из тканей происходит в результате его гидролиза и превращения в сахара и жиры.

   Чем полнее происходит переход крахмала в жиры в позднеосенний - зимний период, тем сорт более морозостойкий.

     Обогащение протоплазмы маслами приводит к обезвоживанию протоплазмы, вызывая повышение её морозостойкости.

     Сравнительный анализ гибридного фонда на содержание запасных жиров обещает отбор более адаптированных генотипов.

 

Накопление запасных белков древесины.

 

Работ по запасным белкам древесных пород не так много как хотелось бы, но уже обнаружено отложение таких белков:

- В коре персика и груши белок с мол. м.19 kD, хорошо коррелирующий с длительностью покоя;

- Дегидрин с мол. массой 60 kD.

- Белковый ингибитор протеиназ

- Рибосома - инактивирующие белки

- Белки стрессового ответа – Шапероны, стабилизирующие все структуры клеток.

 

Накопление информосом гидролитических ферментов.

 

Индуцированное этиленом и жасмоновой кислотой накопление белкового ингибитора протеиназ (БИП) приводит к подавлению не только   протеолиза запасных белков, но и ингибированию процессинга (дозревания) белковых предшественников гидролитических ферментов, что позволяет им храниться до окончания эндогенного покоя.

     После инактивации БИП, от белковых предшественников гидролитических ферментов протеазами отщепляется сигнальный пептид и они превращаются в активные ферменты. Именно с этого процесса начинается вегетация.

 

Накопление регуляторов роста в форме гликозидов и коньюгатов.

Для быстрой весенней активации процессов, основные регуляторы роста накапливаются в виде гликозидов. Гиббереллин, кроме того, откладывается в запас ещё и в форме коньюгатов с белком. При снятии ингибирования с протеиназ, его коньюгаты быстро превращаются в активную форму гиббереллина, который индуцирует вторую волну гидролитических процессов, но на этот раз проходя все стадии – транскрипцию, трансляцию и процессинг.

 

Продолжительность эндогенного покоя.

Продолжительность периода покоя среди групп и сортов абрикоса сильно варьирует.

У форм абрикоса маньчжурско - сибирской группы - короткий период покоя.

     Генотипы с длительным периодом покоя следует искать среди сортов и форм среднеазиатской подгруппы P. Armeniaca.    

      Выявлено, что наиболее длительный покой у таких среднеазиатских сортов как: Зард, Оранжево-красный, Ак Лючак, Ахрори, Кеч-пшар, Супханы, Зеравшанский, Токчиан, Джаурафинский, Гулюнги курсадык.

     В европейской подгруппе выделяются сорта: Ананасный Цюрупинский, Никитский , Манитоба.   Лидер в восточно-азиатской группе - Да-Цзе-Син, среди чёрных абрикосов – Тлор Циран и   Мелитопльский чёрный.

 

Нами отобраны формы абрикоса с периодом покоя до 1-й декады февраля : Саратовский рубин, Заводской №1, IV-05-1, IV-05-11, I-05-5, VI-05-11.

       Формы с длительным периодом покоя, как правило, позже расцветают и имеют ежегодную урожайность. Даже после этой экстремальной зимы Саратовский рубин показал хорошую урожайность, тогда как районированный в нашем регионе сорт - Краснощёкий, а также

Триумф северный,   остались без урожая.

       Сортоиспытание Саратовского рубина пока проводится на 2-х госсортоучастках - в Крымске и в Саратове.

 

Саратовский рубин

 

Характеристики   Саратовского рубина

  • Ø      Средне – ранний период созревания – 17- 23 июля;
  • Ø       Средний вес плодов - 40 г., максимальный – 48.5 г.
  • Ø       Высокая устойчивость к клястероспориозу;
  • Ø       Высокая устойчивость к монилиозу;
  • Ø       Высокая морозостойкость древесины и плодовых  

       почек;

  • Ø       Длительный период глубокого покоя плодовых

       почек;

  • Ø       Хорошие вкусовые качества, д.о. - 4.3 - 4,5 баллов;
  • Ø       Привлекательность - 5 баллов;
  • Ø       Высокая устойчивость плодов к растрескиванию;
  • Ø       Высокая транспортабельность - 5 баллов;
  • Ø       Высокая лёжкость плодов > 1 месяца ( при + 5ْ С );
  • Ø       Хорошая отделяемость косточки;
  • Ø       Мелкая косточка (ср. вес- 1.072 г.), - 3.6%;
  • Ø       Высокая и ежегодная урожайность;
  • Ø       Назначение универсальное ( сушка, компоты, для

     употребления в свежем виде и для хранения).

     Сорт промышленного типа.

 

III.     Создание   генотипов   с увеличенным   накоплением   веществ, обуславливающих эндогенный   покой.

Прежде чем вести селекцию на продолжительность эндогенного покоя, необходимо выявить вещества его определяющие. В литературе этот вопрос все старательно обходят.

     Несколько лет работы над этой проблемой, привели меня к убеждению, что за эндогенный покой ответственны наиболее стойкие белки - лектины, а точнее, лектиноподобные белки – ингибиторы протеиназ.

Разнообразие белковых ингибиторов протеиназ

В последние годы очень интенсивно исследуется эта группа веществ, тем не менее, из-за её полифункциональности , разных целей исследований и отсутствия комплексного подхода, эти ингибиторы могут относить к разным группам:

- Proteinase inhibitor proteins

- Mannose-binding lectin – Associated Serine Protease

- Nonspecific lipid transfer protein (PR-14)

- α - Amylase Inhibitor

-   α - Amylase/Protease Inhibitor

Одни и те же это белки или нет – покажут дальнейшие исследования, но про каждый из этих белков можно сказать:

- имеется защитное гликозилирование;

- относится к лектинам и алергенам;

- подавляет протеолитическую активность;

- в конечном счёте, подавляет α- Амилазу;

- инактивируется окислением ;

- индуцируется   низкими температурами,  

   патогенами или раневым стрессом.

Ингибиторы протеиназ - это гликопротеины небольшой молекулярной массы (в пределах от 4000 до 80 000 kDa, но в основном до 40 000), с повышенной устойчивостью к денатурации.

    Большая часть протеиназ вырабатывается растением на раневой стресс, для защиты от поедания их насекомыми   и животными.

Именно в этом направлении сосредоточены все исследования по ингибиторам протеиназ.

     На Ваш суд выносится схема вхождения растений в покой и выхода из него.

     Определяющая роль в поддержании эндогенного покоя отдаётся белковым ингибиторам протеиназ.

Fig. 7. Scheme of the possible ways out of the endogenous dormancy.

 

 

Схема инактивации ингибиторов протеиназ.

     В ситуации, когда вода и кислород не могут проникнуть ни через кору, ни через корни, ингибированы как синтетические, так и гидролитические процессы, дыхание подавлено низкими температурами и фенолами, растению ничего не остаётся делать – как впасть в анабиоз. Растение, ради адаптации к суровым климатическим условиям, загоняет себя в патовую ситуацию, из которой выйти само не в состоянии. Вывести растение из анабиоза способны лишь медленно протекающие свободнорадикальные окислительные процессы инактивации белковых ингибиторов протеиназ, обуславливающих эндогенный покой.

 

Так как для свободнорадикального окисления требуется больше кислорода, чем для дыхания, то обязательным условием процесса   является ингибирование дыхания. Именно таким условиям соответствуют   пониженные положительные температуры, которые прекрасно справляются с выводом растений из состояния эндогенного покоя. После выхода растений из глубокого покоя, сдерживающими вегетацию факторами   являются низкие температуры и такие ингибиторы гидролитических ферментов – как пролин и оксипролин.

Создание форм с повышенным накоплением белковых ингибиторов протеиназ / а-Амилаз неизбежно приведёт к увеличению продолжительности глубокого покоя и повышению морозостойкости   древесины и плодовых почек.

 

Биосинтез индукторов ингибитора протеиназ.

Индуцирующим веществом в экспрессии генов кодирующих белковые ингибиторы протеиназ является жасмоновая кислота, ключевым ферментом биосинтеза которой, так же как и в окислительной конденсации восков, кутина и суберина, является Липоксигеназа. Запускается биосинтез жасмоновой кислоты этиленом, арахидоновой кислотой, ранением и патогенами.

 

 

IV. Отбор форм с наивысшим соотношением связанная /свободная вода и повышенным содержанием   белка - дегидрина.

Уровень содержания свободной воды в зимующих тканях - это основной критерий степени морозостойкости сорта, но не единственный. Известно, что чаще растения зимой погибают от иссушения, а не от образования кристаллов льда.

     Для защиты от летального иссушения, в коре растений накапливается супер- гигроскопичный белок – Дегидрин.   Он не отдаёт свою воду центрам кристаллизации   льда и сохраняет её для ранневесеннего пробуждения.

Дегидрин – это гидрофильный белок с молекулярной   массой около 60 kDa, индуцируемый засухой или низкими температурами.

     В районах с резко - континентальным климатом, уровень содержания связанной воды в зимующих тканях и накопление белка – Дегидрина являются актуальной проблемой.

     В селекционных программах по засухо- устойчивости и зимостойкости необходимо контролировать как содержание прочно связанной воды, так и содержание Дегидрина.

 

V.   Селекция на повышенное накопление ингибиторов гидролитических ферментов.

После того, как ткани многолетних растений или семена выйдут из состояния   эндогенного покоя (пройдут стадию стратификации) и появятся активные формы гидролитических ферментов, сдержать насыщение клеток водой могут только низкие температуры, повышенная требовательность ферментов к температуре активации или ингибиторы гидролитических ферментов.

       Эндогенными небелковыми ингибиторами ферментов являются пролин и оксипролин.

Защитная роль пролина и оксипролина показана во многих работах и при всех видах стресса.

     Многие считают, что механизм защиты связан с поглощением токсичного аммиака при биосинтезе пролина, но только в одной работе обратили внимание на способность пролина ингибировать гидролитические ферменты, именно это его свойство, по нашему мнению, является основным.

Отбор форм с максимальным накоплением пролина и оксипролина, в период вынужденного покоя – это один из путей эффективного сдерживания набухания плодовых почек абрикоса.

 

   В ряде работ была показана возможность отбора   клонов с суперпродукцией пролина в культуре in vitro в присутствии аналога пролина – азетидинкарбоновой кислоты.  

     Нами эта методика была несколько модифицирована, а именно, на ряду с присутствием в среде культивирования аналога пролина - оксипролина, мы применили фактор усиливающий изменчивость - химический мутагенез.

В итоге, на примере сорго и проса, была разработана более эффективная методика получения суперпродуцентов пролина. После полугодовалого культивирования, клоны не теряли способности к суперпродукции пролина.

 

VI. Создание сортов с более требовательными к теплу гидролитическими ферментами.

Если   для   получения   генотипов   с суперпродукцией   пролина необходимо применять   искусственный мутагенез, то для выявления   форм с более требовательными к теплу гидролитическими ферментами достаточно простого тестирования образцов.

Требуется всего одна точечная мутация, с заменой в кодировании только одной аминокислоты , что бы α- амилаза или протеиназа стали более холодостойкими, а почки начали распускаться при более прохладной температуре.

     Формы с более требовательными к теплу ферментами следует искать в Средней Азии.

 

Получая поздноцветущие гибриды в первом поколении, от скрещивания европейских сортов со среднеазиатскими, Костина К.Ф. интуитивно отбирала именно генотипы с повышенной требовательностью гидролитических ферментов почек к теплу.

     Интродукция абрикоса в более северные районы и селекция работа без учёта чувствительности гидролитических ферментов к теплу, привела к утере изоформ α- амилаз и протеиназ требовательных к повышенным температурам активации среди европейской группы абрикосов. На бедный состав изоферментов европейской группы указывают многие исследования.

Скрещивания абрикосов европейской или маньчжурско - сибирской групп с наиболее требовательными к теплу сортами среднеазиатской группы могут восполнить эти потери, но следует помнить, что теплолюбивые сорта дают не только поздноцветущие формы, но и много гибридов с пониженной морозостойкостью древесины. Это надо учитывать при таких скрещиваниях и увеличивать объём выборки.

       В моей работе получена пока одна поздноцветущая форма с высокой требовательностью ферментов к теплу -

XV-03-1 (Оригинал х Лётчик), у других гибридов позднее цветение за счёт длительного периода эндогенного покоя.

 

  

Поздноцветущий   гибрид   XV-03-01   (Оригинал х Лётчик)

 

VII.   Поиск и создание генотипов с ускоренными темпами экспрессии генов стрессовых белков.

 

Стрессовые белки - это основная группа веществ, способная   защитить   активно вегетирующие   растения   от   низких   отрицательных   температур, то - есть повысить   устойчивость   по 1-му и 3-му компонентам   зимостойкости.

       Работая в Оренбурге с селекционером - Сараевым П. Я., нам удалось, за счёт ускорения экспрессии генов стрессовых белков, повысить устойчивость томатов к заморозкам в -15˚С, а огурцов к -12˚С.

 

Ускорить   выработку стрессовых белков можно следующими путями:

  1.  Повысить копийность структурных генов, ответственных за конкретные стрессовые белки селекционными или генно-инженерными методами.
  2.  Превратить индуцибельные низкими температурами гены в конститутивные.
  3.  Генно-инженерными методами заменить медленно работающий промотор оперона стрессового ответа на более быстрый.

Работая в группе биологии стресса над проблемой повышения устойчивости к заморозкам, нам удалось разработать технологию быстрого получения мутантных клонов, устойчивых к низкотемпературному стрессу, на примере сорго. Технология основана на получении мутаций в ДНК, типа транзиций (Ц=>Т), преимущественно в локусах стрессовых генов. В результате индуцируемые стрессом гены становятся конститутивными, обеспечивая биосинтез защитных белков постоянно.

На абрикосе такая работа ещё не велась, но планируется.

 

VIII. Создание сортов с повышенной устойчивостью к патогенам, ослабляющие зимостойкость растений. 

Известно, что поражённые болезнями растения хуже зимуют, а подмерзающие - сильнее поражаются болезнями.

Для абрикоса актуальной проблемой является устойчивость к клястероспориозу, монилиозу, цитоспорозу и вертицилёзному увяданию.

     Для борьбы с некротрофными патогенами в растениях существует системно индуцированная устойчивость (СИУ), запускаемая   жасмоновой кислотой и этиленом, которая предполагает   включение генов, кодирующих ингибиторы протеиназ, рибосома - инактивирующие белки и белкового ингибитора полигалактуроназы (БИПГ).

 

БИПГ подавляет активность полигалактуроназы фитопатогенных микроорганизмов, ключевого фермента разрушения межклеточного пектина, являясь таким образом, важным компонентом устойчивости растений к фитопатогенам.

     Сравнительные исследования выработки селекционными образцами белковых ингибиторов протеиназ и белковых ингибиторов полигалактуроназ помогут в кратчайшие сроки повысить устойчивость создаваемых сортов к болезням.

 

 

Общая картина метаболизма растений при циклических сменах вегетации и покоя

Многолетние растения – это маятник синтетических и гидролитических процессов. Вегетация растений начинается сразу после выхода из состояния глубокого (эндогенного) покоя, причём, с гидролитических процессов. Гидролиз запасных, метаболически не активных, соединений   порождает большую массу осмотически и физиологически активных молекул, именно поэтому наблюдается столь активное весеннее сокодвижение. В след за гидролизом запасных веществ, начинаются биосинтетические процессы, вовлечённые в ростовые процессы. В данный период преобладает азотный обмен. По мере того, как количество выросших и работающих листьев начнёт преобладать над растущими листьями, углеводно-азотный баланс будет сдвигаться в сторону углеводного.

       Подготовка к покою начинается за долго до его начала и первым процессом на этом пути является переключение азотного – белкового обмена на сахаро-углеводный. Индуктором такого переключения является   короткий фотопериод, приводящий к   фотоиндукции биосинтеза фенолов. Фенолы служат предшественниками лигнина, с одной стороны и ингибиторами азотного обмена (синтеза белка) с   другой.

Как только дифференцировалась ксилема, начинается отложение М-лигнина (лигнин, окрашивающийся перманганатом по методу Меуле). Данный тип лигнина не защищает ткани от губительного действия морозов, но создаёт предпосылку для образования более полимеризованного Ф-лигнина. Его образование требует повышенного уровня в тканях пероксидаз и активных форм кислорода, прежде всего, перекиси водорода.   Благоприятная ситуация для образования лигнина Ф в тканях создаётся при постоянных ночных похолоданиях.

   После образования целлюлозно-лигнинового комплекса, начинается   его пропитка гидрофобным веществом – суберином, который предотвращает проникновение вглубь тканей не только воды, но и кислорода. Поверхность побегов и почек покрывается гидрофобным веществом- кутином, а затем и воском.

   По мере полимеризации осмотически активных веществ и ингибирования гидролитических процессов, содержание свободной воды в тканях сокращается. Накопления таких ингибиторов , как - танины, лигнин, АБК, пролин, ингибиторы протеаз и амилаз , на фоне обезвоживания тканей, приводят к почти полной остановке метаболических процессов. Отложение 1,3- β – глюкана (каллозы) в проводящих пучках, прекращает доступ к тканям воды из корней, что является последней точкой в вегетации.

Так как для свободнорадикального окисления требуется больше кислорода, чем для дыхания, то обязательным условием процесса является ингибирование дыхания. Именно таким условиям соответствуют пониженные положительные температуры, которые прекрасно справляются с выводом растений из состояния эндогенного покоя. После выхода растений из глубокого покоя, сдерживающими вегетацию факторами   являются низкие температуры и такие ингибиторы гидролитических ферментов – как пролин и оксипролин.

Источники:

Wm. P. Jacobs. The Role of Auxin in Differentiation of Xylem Around a Wound. American Journal of Botany. Vol. 39, No. 5 (May, 1952), pp. 301-309.

Takashi Shimomura and Kenzo Fujihara. Prevention of auxin-induced vascular differentiation in wound callus by surface-to-surface adhesion between calluses of stock and scion in cactus grafts Plant and Cell Physiology. Volume19, Issue5. (1978) Pp. 877-886

Jeffrey S. Amthor. Efficiency of Lignin Biosynthesis: a Quantitative Analysis. Annals of Botany, Vol. 91, Iss. 6

Pp. 673-695. 2003

 

Mark A. Bernards. Demystifying suberin. Can. J. Bot. 80: 227–240 (2002)

 

 

Экзотика для дома

Яркие краски вашего сада

Профессиональная обрезка сада

Профессиональная обрезка сада

Проектирование

Защита растений. Аптекарский огородик - в Ваш Сад

Защита растений. Аптекарский огородик - в Ваш Сад

Фитодизайн

Комплексный уход за вашим садом

Комплексный уход за вашим садом