Концевая И.И., Янченко Е.Н.
УО «Гомельский государственный
университет им. Ф. Скорины», Беларусь
E-mail: ikantsavaya@mail.ru
Влияние УФ-облучения на
семена сосны обыкновенной
Проблемы
сохранения семян лесных культур и повышения их качества, посевных кондиций, а
также защита семян от болезней и вредителей составляют актуальные задачи
лесовыращивания. В системе лесного хозяйства Республики Беларусь для этих целей
предложено использовать ультрафиолетовые установки по предпосевной обработке
семян. По сведениям разработчиков, УФ-облучение повышает всхожесть семян сосны
обыкновенной на 15–20%, оздоравливает посевной
материал на 70–80%, улучшает рост и развитие растений. Однако,
как известно, УФ-облучение может являться мутагенным фактором, хотя его действие на семена растений
расценивается неоднозначно [1]. Индуцированная УФ-лучами патология митоза и изменение других
цитогенетических характеристик зависят не только от дозы облучения, но и от
сроков хранения обработанных семян до их посева [2]. В связи с этим важное значение приобретает оценка и
прогнозирование генетической опасности УФ-облучения, применяемого при
предпосевной обработке семян.
Целью настоящего
исследования является оценка влияния УФ-облучения на посевные качества и степень
инфицированности семян сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), цитогенетические параметры
меристематических клеток корешков проростков.
Материал и методы исследования. Объект исследования – посевные качества семян и
цитогенетические параметры клеток образовательной ткани корешков проростков сосны обыкновенной.
В качестве материала
использовали партию семян популяционного сбора от фенотипически нормальных
деревьев сосны обыкновенной архивно-маточной плантации. Опыт проводили в мае–июне. Семена выкладывали тонким
слоем на дно стерильной чашки Петри, которую в открытом виде помещали в прибор Hoefer UVC 500 Ultraviolet Crosslinker
(λ = 254 нм). Мощность УФ-облучения семян и время экспозиции указаны в
таблице 1.
Таблица 1
Варианты опыта
|
Варианты опыта |
Мощность УФ, мДж/см2 |
Время экспозиции, ч |
|
контроль |
– |
– |
|
вариант I |
999,0 |
2 |
|
вариант II |
500,0 |
4 |
|
вариант III |
999,0 |
4 |
|
вариант IV |
500,0 |
6 |
После облучения семена помещали в
холодовую камеру, где выдерживали до проращивания 1, 2, 3 месяца. Одну партию
семян поставили на проращивание на следующий день после облучения. Проращивание
семян и учет результатов этого процесса проводили согласно рекомендации [3].
Опыт выполняли в трех повторностях, на каждый вариант использовали по 150
семян. По результатам учета проросших семян определяли за 7 дней энергию их прорастания,
за 21 день – всхожесть. Интенсивность роста плесневых грибов оценивали
визуально по четырехкрестной системе. Давленые препараты для цитогенетического
анализа изготавливали по общепринятой методике [4].
Препараты
анализировали на микроскопе XSP–136 (Ningbo teaching instrument Co., LTD) при общем увеличении х600. На вариант просматривали по 10–25 проростков. В каждом
препарате учитывали все клетки на стадии профазы, метафазы, анафазы и телофазы.
Влияние УФ-облучения на клеточном уровне оценивали по митотическому индексу
(МИ), который определяли с учетом профазных клеток. Для определения возможной задержки митоза на стадии метафазы
использовали метафазно-профазный индекс (МПИ) [5]. Патологию митоза (ПМ) подсчитывали как отношение числа клеток с
нарушениями митоза к общему числу делящихся клеток [5] и классифицировали
отдельно для каждого корешка по И.А. Алову [6].
Статистическую
обработку результатов выполняли с использованием программ Excel. Для определения значимости различий между средними
значениями использовали t-критерий Стьюдента.
Результаты
исследования. Анализ посевных характеристик
семян сосны обыкновенной выявил их низкий класс качества [3]. В половине вариантов опыта наблюдали способность
семян к дружному прорастанию. Однако в конечном итоге всхожесть семян
варьировала от 14,0 до 52,0 %. В
большинстве исследуемых вариантах УФ-облучение повышала в пределах указанных
цифр посевные качества семян, подвергшихся последующему хранению в течение 1–3
месяцев. Всхожесть семян в вариантах опыта этой группы либо оставалась на
уровне контроля, либо возрастала до двух раз. Однако следует констатировать,
что облучение семян сосны УФ-лучами не позволило получить стабильно ожидаемый позитивный
результат в отношении их всхожести и оздоровления. Контаминированность семян в большинстве
вариантов при УФ-облучении, в том числе при увеличении дозы облучения,
практически не снижалась по сравнению с контролем и оценивалась по
четырехкрестной системе от «++» до «++++».
Данные цитологического анализа меристематических
клеток сосны обыкновенной, в зависимости от дозы УФ-облучения семян и периода
их последующего хранения, представлены на рис. 1.
Следует отметить, что митотическая
активность клеток меристемы проростков семян, облученных УФ-лучами, находится
на низком уровне: от 1,0 до 5,0 %. Частота патологических митозов в выборках значительно
варьирует по проросткам, причем, независимо от принадлежности к контролю или – к
одному из вариантов опыта. Установленное значение коэффициента корреляции между
изменениями величин МИ и ПМ (r2 = 0, 0016) указывает на отсутствие связи между ними.
Рис. 1 –
Цитогенетические параметры семян сосны обыкновенной
при УФ-облучении
и последующем хранении
Значения ПМ в опытных вариантах у облученных семян колеблются от 0,1 до 16,2
%, а в вариантах с использованием необлученных семян значения ПМ варьируют от
4,1 до 27,0 %. Характер кривой ПМ
показывает наличие спадов и увеличения частот фиксации мутаций в разные сроки
хранения семян. Причем, изменение частот мутаций имеет совершенно регулярный
характер в вариантах с использованием необлученных семян либо облученных
низкими дозами. Наличие таковой волновой кинетики мутаций указывает на
закономерные изменения в работе ферментов восстановления и появления
метаболитов, способствующих фиксации мутаций. Аналогичные результаты,
подтверждающие наличие волновой кинетики мутагенеза, были получены ранее
другими исследователями [1; 2].
Таким образом, выявлено, что протестированные
дозы УФ-облучения показали низкую эффективность использования для исследуемой
партии семян сосны обыкновенной. В среднем всхожесть семян при облучении
повышалась на ожидаемые 15–20%, однако
инфицированность семян по сравнению с контролем существенно не снижалась.
Установлено наличие волновой кинетики мутации для проросших семян. Полученные
результаты свидетельствуют о необходимости продолжить исследования совместного
эффекта на семена УФ-облучения и срока хранения облученных семян до их посева.
Литература
1 Дубинин, Н.П.
Потенциальные изменения в ДНК и мутации. Молекулярная цитогенетика / Н.П.
Дубинин − М.: Из-во «Наука», 1978. − 246с.
2 Дубинин, Н.П.
Избранные труды. Т. 2. Радиационный и химический мутагенез / Н.П. Дубинин − М.: Наука, 2000.
− С. 314−341.
3 Методика определения
посевных качеств семян сосны обыкновенной: Научно-техническая информация в
лесном хозяйстве. – Минск: РУП «Белгипролес», 2007. − Выпуск № 4 − С. 1−9.
4 Правдин, Л.Ф. Методика кариологического
изучения хвойных пород / Л.Ф. Правдин // Лесоведение. − 1972, № 2. −
С. 67−75.
5. Цитогенетический мониторинг: методы
оценки загрязнения окружающей среды и состояния генетического аппарата
организма / В.Н. Калаев, С.С. Карпова − Воронеж: ВГУ, 2004. – 80с.
6. Алов, И.А. Цитофизиология и патология
митоза / И.А. Алов – М.: Медицина, 1972. − 264с.