АНАЛІЗ РОСТУ КОРЕНІВ КУКУРУДЗИ ПІД ВПЛИВОМ ВИСОКИХ КОНЦЕНТРАЦІЙ 6-БАП ТА a-НОК НА КЛІТИННОМУ РІВНІ

О.Цвілинюк, О.Терек, Н.Романюк

Львівський національний університет імені Івана Франка,

вул. Грушевського, 4, 79005 Львів, Україна

e -mail: biofr@franko.lviv.ua

Рослина чутливо реагує на зміну чинників середовища, і така реакція в багатьох випадках фіксується візуально, бо зовнішній чинник впливає на морфогенетичні шляхи її розвитку [4; 5]. Питання про те, у якому місці орган рослини реагує на зовнішні чинники, остаточно не з¢ясоване. Недавно з¢явилися повідомлення, що у лабораторії Barlow в коренях рослин виявлено нову зону, названу перехідною, або зоною ізодіаметричного росту клітин. Її автори вважають сенсорною і високореактивною щодо відповіді на подразники [9].

Нашою метою було дослідити шляхи і механізми перепрограмування росту і розвитку коренів кукурудзи, яку вирощували в умовах впливу високих концентрацій 6-БАП та a-НОК.

Об¢єктом наших досліджень стали корені паростків кукурудзи (Zea mays L.) сорту Закарпатська жовта зубоподібна. Сухе насіння кукурудзи розкладали на обгорнене фільтрувальним папером скло, поміщали в кювети, заливали водою до рівня скла. Зверху кювети нещільно накривали склом і ставили в темний термостат на 42 год при 27^оС.

Паростки з довжинами коренів 2,5-3,5 см висаджували на посудини місткістю 500 мл. Рослини вирощували на дистильованій воді (К) і розчинах БАП та НОК різних концентрацій у темряві при 27^оС. Показники знімали через 24, 48 та 72 год впливу досліджуваних речовин.

Для побудови концентраційних кривих впливу БАП та НОК паростки кукурудзи вирощували на їхніх розчинах у діапазоні концентрацій від 1·10^-3 до 1 ·10^–11 М. Різниця між концентраціями була десятикратною.

У зазначені вище часові проміжки вимірювали довжину головного кореня (L), визначали його середній приріст (∆L) за відрізок часу, який дорівнював різниці між значеннями L наприкінці і на початку цього відрізка.

Довжину меристеми вимірювали на постійних препаратах поздовжніх зрізів апексів коренів [6]. Метод визначення довжини меристеми за гістограмами довжин послідовно розміщених клітин у поздовжніх рядах кори нам виявився непридатним, бо за меристему прийнята відстань від ініціалей до зони збільшення цих показників, а дослідні речовини змінюють розміри меристематичних клітин. На постійних препаратах визначали також кількість меристематичних клітин у четвертому поздовжньому ряді периблеми, а також їхню довжину на відстані 200 мкм від ініціалей. Мітотичну активність виражали через мітотичний індекс (МІ), який визначали на тиснених препаратах.

Довжину зони розтягу кореня вимірювали на живих поздовжніх зрізах, зроблених від руки і зафарбованих калькафлюором [2]. Базальну межу зони розтягу коренів визначали за появою кореневих волосків та дозрілих елементів протоксилеми [1]. Звичний спосіб визначення зони розтягу за межею клітин, що закінчили ріст, неприйнятний щодо речовин, які впливають на процес розтягу. На цих же зрізах за допомогою окулярної лінійки мікроскопа вимірювали довжину та ширину клітин, що закінчили ріст.

б

a

На підставі аналізу концентраційних кривих впливу БАП та НОК виявили, що чим триваліший час впливу, тим сильніше пригнічення росту коренів у довжину [7]. Під впливом концентрацій 1·10^-8-1·10^-5М змінюється не тільки довжина, а й зовнішній вигляд коренів паростків кукурудзи (рис.1).

Під дією обох речовин біля кінця кореня утворюється потовщення. Винятком є концентрації, близькі до летальних (1·10^-4, 1·10^-3М). Вони викликають ослизнення коренів і появу жовто-коричневих некрозних плям. Під впливом БАП та НОК у концентраціях 1·10^-11- 1·10^-9М протягом експозиції досліду (72 год) інгібування росту коренів поступово зникало, на коренях не утворювалося потовщень.

Для з¢ясування причин пригнічення росту коренів у довжину і стимуляції їхнього росту у ширину ми залишили концентрацію 1·10^-6 М обох речовин, оскільки вона викликала максимальне потовщення коренів кукурудзи з мінімальною їхньою довжиною.

Гальмування росту кореня у довжину може бути наслідком порушень поділу клітин у меристемі чи порушень їхнього росту в зоні розтягу, або ж бути пов¢язаним зі змінами обох процесів відразу [3].

У попередніх дослідженнях визначили розміри зон, відповідальних за збільшення довжини кореня. Упродовж експерименту меристематична зона коренів дослідних рослин зменшувалася і становила майже половину від показника контрольного варіанта. Довжина зони розтягу під впливом БАП та НОК уже на початку досліду значно менша від контролю, а до кінця досліду продовжувала зменшуватися відповідно до 20 та 22% щодо контролю [8].

Зрозуміло, що зменшення кількості клітин, які закінчили ріст, пов¢язане зі змінами мітотичної активності клітин меристеми. Під впливом БАП кількість меристематичних клітин в одному поздовжньому ряді меристеми становила 51,1%, а під впливом НОК -55,3% [7].

3

2

1

Вивчення мітотичної активності меристеми виявлено зростання мітотичного індексу у разі дії обох речовин (рис.2).

Рис.2. Вплив різних умов проростання на мітотичний індекс у коренях кукурудзи:

1-контроль; 2-БАП; 3-НОК

Однак, як з¢ясували, це пов¢язано із порушенням співвідношення між фазами мітозу: збільшувалась кількість так званих розсіяних профаз (див. таблицю). Тож зростання мітотичного індексу не можна розцінювати як збільшення швидкості поділу клітин.

Співвідношення між фігурами мітозу

% до загальної кількості клітин, які діляться

Варіанти Досліду	Години впливу	Кількість фігур мітозу
		Профаза	Метафаза	Анафаза	Телофаза
БАП	48	75,8±1,9	9,4±0,7	3,8±0,6	10,8±0,9
	72	83,4±2,4	6,3±0,3	2,8±0,6	7,4±1,8
НОК	48	67,1±2,4	8,4±1,2	4,9±1,1	19,6±1,3
	72	72,9±1,6	8,5±1,0	3,0±0,7	15,6±1,1
Контроль	48	46,3±1,3	16,6±0,5	10,7±0,4	26,4±0,6
	72	48,9±1,2	14,5±0,3	8,9±1,2	21,8±1,3

Як бачимо, під впливом БАП та НОК у концентрації 1·10^-6 М кількість меристематичних клітин у поздовжньому ряді зменшується, а це впливає на кількість клітин, що закінчили ріст.

Отже, ми виявили, що пригнічення росту коренів у довжину під впливом БАП та НОК у концентрації 1·10^-6 М на рівні зони поділу пов¢язане із порушенням мітотичної активності клітин меристеми. Унаслідок цього зменшується кількість клітин, що закінчили ріст. Як з¢ясувалося, зменшення довжини кореня пов¢язане не тільки зі зменшеням кількості меристематичних клітин, а й з деструкцією полярного росту клітин у зоні розтягу. Клітини ростуть більше у ширину, ніж у довжину. Вже протягом першої доби досліджень довжина клітин під впливом БАП сягала лише 42,9% від контролю, під впливом НОК-49,4%. До закінчення досліду довжина клітин продовжувала зменшуватися, у БАП оброблених рослин вона становила 30,8%, у НОК оброблених -34,2% від контролю [11].

Припустимо, що мізерний приріст коренів, який все ж простежується в умовах тридобового впливу високих концентрацій БАП та НОК, відповідно 3,4 та 4,5% щодо контролю, відбувається завдяки полярному розтягу клітин перехідної зони [8]. Ішікава та Eванс припускають, що чутливість цих клітин до стресових чинників нижча, ніж у сусідніх клітин зони розтягу [10].

На підставі аналізу причин потовщення коренів під впливом БАП та НОК, з¢ясували, що це наслідок ізодіаметричного розширення клітин у разі незмінної кількості їхніх шарів [7]. Діаметр коренів кукурудзи під впливом обох речовин починав зростати у базальній частині меристеми, у нововідкритій перехідній зоні ізодіаметричного росту клітин. Саме тут відбувається підготовка клітин до швидкого способу росту-розтягу. В зоні розтягу діаметр продовжував збільшуватися внаслідок деструкції полярності процесу розтягу. Постає питання: чи справді клітини переходять у зону розтягу, чи відбувається розширення меж зони ізодіаметричного росту клітин? Ізодіаметричне розширення клітин сягнуло максимуму у зоні кореневих волосків: у БАП рослин -328,6%, а у НОК рослин -217,1% щодо контролю. Тобто ширина клітин зростала тоді, коли їхня довжина вже не змінювалася. Це свідчить про те, що процеси росту клітин у ширину і в довжину є порявняно незалежними в умовах впливу стресового чинника [8].

Отже, потовщення коренів кукурудзи в умовах росту паростків на розчинах високих концентрацій БАП і НОК є наслідком ізодіаметричного розширення клітин, яке починається в базальній частині меристеми і сягає максимуму в зоні кореневих волосків.

Цитологічний аналіз клітин коренів паростків кукурудзи під впливом БАП та НОК у концентрації 1·10^-6 М виявив, що пригнічення росту коренів у довжину і стимуляція їхнього росту у ширину відбуваються за однаковою схемою, хоча досліджувані сполуки є синтетичними аналогами фітогормонів різних класів.

___________________

1. Данилова М.Ф., Мазель Ю.Я., Телепова М.Н., Житнева Н.Н. Формирование систем поглощения и транспорта ионов в корне кукурузы (Zea mays): Анатомия и ультраструктура корня // Физиология растений.1990. №4. С.629-635.

2. Демкив О.Т., Федык Я.Д., Солук А.Р. Люминисцентномик-роскопические исследования внутриклеточной упорядоченности органелл и микрофибрилл целлюлозы в нитчатых и пластинчатых органах гаметофита лиственных мхов // Цитология. 1982. №8. С.924-930.

3. Иванов В.Б. Пролиферация клеток в растениях // Итоги науки и техники, Сер. Цитология. Т.5. М. 1987.

4. Кулагин Ю.З. Индустриальная дендроэкология и прогнозирование. М., 1985.

5. Кефели В.И. Гормональная регуляция роста растений: рост и устойчивость растений. Новосибирск, 1988.

6. Обручева Н.В. Проростание семян // Физиология семян.-М., 1982.С.223-274.

7. Цвілинюк О.М. Гормональна регуляція клітинної диференціяції та морфогенезу коренів кукурудзи // Вісн. Львів ун-ту. Сер. Біол.-Вип. 24.1997.С.21-27.

8. Цвілинюк О.М. Морфогенез коренів кукурудзи під впливом 6-БАП та a-НОК. Автореферат дис…канд. біол. наук. К.,1997.

9. Baluska F., Volkmann D., Barlow P.W. Specialized zones of development in roots: view from the cellular level // Plant Physiol.-1996. Vol. 112. P.3- 4.

10. Ishikawa H., Evans M.L. Specialized zones of development in roots // Plant Physiol.-1995. Vol.109. P.725-727.

11. Tsvilyniuk O., Terek O. Appearance of bulges on maize roots as affected by 6-benzylaminopurine and a-napthylacetic acid // Biologia Plant.1996. №1. P.33-37.