Главная страница
qrcode

Курсова робота


НазваниеКурсова робота
Дата04.07.2019
Размер0,89 Mb.
Формат файлаdocx
Имя файлаKhar4_kursova3--7.docx
ТипДокументы
#76712
Каталог

Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
КУРСОВА РОБОТА

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ВИСОКОЇ ТЕМПЕРАТУРИ (32°С) НА КІЛЬКІСТЬ МЕЖОВИХ КЛІТИН ГОРОХУ В ВОДНІЙ КУЛЬТУРІ

Виконала:
Керівник:

Харків 2019


ЗМІСТ


Актуальність теми. У процесі росту кореня формується ризосфера, яка є важливою частиною кореневої системи. У формуванні ризосфери велику роль відіграють так звані межові клітини кореня (root border cells). Вважають що ці клітини екскретують речовини у середовище і тим самим забезпечують захист кінчика кореня, приваблюють або «відлякують» різноманітні мікроорганізми. Однак вплив високої температури, що інгібує ріст коренів, на кількість і характеристики межових клітин залишається поки нез’ясованим.

Знання про особливості розвитку і функціонування межових клітин може бути корисним у низці галузей, у яких ці клітини можуть застосовуватися. Зокрема, це розробка методів захисту рослин від паразитів, адже вважається, що межові клітини відіграють у захисті рослин важливі роль; отримання з межових клітин різноманітних біологічно активних хімічних речовин, які специфічно підтримують ріст певних мікроорганізмів і перешкоджають росту інших (створення кореневих біотехнологій); вивчення на межових клітинах взаємодій рослинних клітин з бактеріями та грибами. Взагалі межові клітини є досить зручним об`єктом для різноманітних мікробіологічних досліджень, від проведення тестів на стійкість рослин до грибних токсинів до вивчення механізмів антиген-специфічного зв`язування на клітинних мембранах еритроцитів.

Мета роботи: дослідити вплив високої температури на ріст коренів на ранніх етапах росту рослини та на кількість межових клітин кореня.

Завдання:

Визначити довжину коренів гороху, що культивувалися у водному середовищі за температури 24-25ºС у 1, 2, 3-добових проростків.

Визначити довжину коренів гороху, що культивувалися у водному середовищі за температури 32ºС у 1, 2 ,3-добових проростків.

Визначити кількість межових клітин коренів, що культивувалися у водному середовищі за температури 24-25ºС у 1, 2, 3-добових проростків.

Визначити кількість межових клітин коренів гороху, що культивувалися у водному середовищі за температури 32ºС у 1, 2, 3-добових проростків.

1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1. Взаємозв’язок між підвищенням температури та змінами в інтенсивності росту коренів


Доведено, що існує взаємозв`язок між інтенсивністю росту коренів рослин та температурою середовища їх росту. До прикладу, в одному з досліджень було показано, що швидкість росту коренів проростків сосни є найбільшою за температури ґрунту 25°С, а при підвищенні температури до 35°С знижується в 25 разів [1]. Температури, що перевищують 35°С, у даному дослідженні не розглядалися, оскільки ці температури є близькими до вже відомої летальної температури 44,3°С для коренів інших хвойних (є летальною при знаходженні коренів при даній температурі протягом 5 годин) [2].

1.2. Межові клітини коренів рослин, їх характеристика та особливості. Особливості онтогенезу межових клітин гороху


Межові клітини (root border cells), які спочатку вважалися клітинами кореневого чохлика, що злущуються, – це живі клітини, запрограмовані на відділення від поверхні кореневого чохлика у зовнішнє середовище, щоб утворити хімічний, фізичний і біологічний бар’єр між коренем і навколишнім середовищем [3]. Традиційно межові клітини розглядалися як конститутивний продукт кореневого чохлика [4,5], але останнім часом багато доказів свідчить про їх генетично регульований розвиток [6]. Термін "межові клітини" був запропонований частково тому, що, за визначенням, вони не є частиною кореневого чохлика, тому неправильно називати їх клітинами кореневого чохлика. Крім того, підтекст словосполучення «клітини, що злущуються» як «такі, що вмирають», «відпрацьовані» перешкоджає об’єктивній передачі справжніх властивостей цих клітин, оскільки насправді вони є метаболічно активними і можуть виживати доти, доки отримують відповідні поживні речовини і захищені від паразитів або інших стресових факторів. Життєздатність популяцій межових клітин, як правило, перевищує 90%, і в культурі клітини можуть ділитися і диференціюватися в організовану тканину [3].

Тим не менш, було висловлено припущення, що межові клітини здатні до активного шляху запрограмованої загибелі. Можливо, що запрограмована загибель клітин відбувається у відповідь на певні подразники. Клітинне самогубство, зокрема, може сприяти швидкому вивільненню специфічних продуктів з межових клітин у ризосферу [3].

Межові клітини вивільняються з кінчика кореня як окремі клітини і невеликі агрегати, або як група прикріплених клітин. Вони відіграють ключову роль у взаємодії коренів з мікроорганізмами ризосфери та сприяють просуванню кінчика кореня в грунті. У міру свого відокремлення від верхівки коренів клітини синтезують і виділяють гідратований слиз (муцигель), який містить полісахариди, вторинні метаболіти, антимікробні білки і позаклітинні ДНК (exDNA) [7]. Також було висловлено припущення, що муцигель містить певний «фактор виживання» межових клітин, адже було виявлено зростання рівня виживання клітин у муцигелі порівняно з рівнем їх виживання у чистій воді. Проте, чи дійсно цей фактор існує, залишається ще підтвердити [6].

Оскільки структурні зв'язки межових клітин з коренем і одна з одною порушуються, межові клітини виділяються в суспензію при зануренні верхівки кореня у воду. Занурення у воду призводить до вивільнення клітин, що виглядає як вихлоп - протягом декількох секунд слиз різко набухає і межові клітини швидко розсіюються в суспензії [3].

Межові клітини виробляються меристемою кореневого чохлика – шаром меристематичних клітин всередині верхівки кореня, який за будовою відрізняється від апікальної меристеми, що дає початок тканині подовжуваного кореня. Всупереч давньому припущенню про те що обидві меристеми працюють безперервно, меристема кореневого чохлика регулюється незалежно від апікальної меристеми. Таким чином, продукція межових клітин може вмикатися і вимикатися незалежно від росту коренів. Після проліферації в меристемі клітини диференціюються протягом кількох стадій розвитку, поки на периферії чохлика вони не сформуються остаточно як межові клітини [8].

При досягненні межовими клітинами зовнішнього краю кореневого чохлика міжклітинні пластинки, що скріплюють оболонки сусідніх клітин, розчиняються спеціальними ферментами, а клітини відокремлюються одна від одної і від кореневого чохлика. Клітини залишаються вільно прикріпленими одна до одної і до кореневого чохлика у водорозчинному слизі, поки не видаляються шляхом м'якого перемішування у воді або механічного стирання [9].

Відділення межових клітин від кореневого чохлика є динамічним процесом, який регулюється розвитком незалежно від росту коренів. Дослідження рослин гороху (Pisum sativum) показали, що клітини вивільняються лише з коренів проростків, які мають довжину більше 5 мм. Більш того, кількість вивільнених межових клітин на корінь зростає зі збільшенням довжини кореня до тих пір, поки корінь не досягне довжини 25 мм. У Arabidopsis вивільнення межових клітин також залежить від віку. Жодні клітини не вивільняються з молодих коренів віком менше п'яти днів. Після 5–7 днів росту шар межових клітин у Arabidopsis складається з одного-двох шарів декількох клітин, а через два-три тижні утворюється і вивільняється до восьми шарів [9].

Особливості онтогенезу межових клітин гороху

Утворення і вивільнення межових клітин відбувається за різними моделями послідовного розвитку серед первинних і вторинних коренів різних видів рослин. У гороху, коли сходи проростають в аеропонній культурі або на вологому фільтрувальному папері, накопичення межових клітин на периферії ковпачка починається тоді, коли корінь досягає довжини 5 мм, а максимальна кількість приблизно 4000 клітин формується до моменту, коли корінь досягає довжиною 25 мм. На цьому етапі накопичення клітин припиняється, і початковий набір межових клітин може залишатися прикріпленим до кореневого чохлика протягом декількох днів, поки корінь продовжує рости (рис. 1.1) [10].


Рис. 1.1. Залежність кількості межових клітин коренів гороху від довжини кореня [10].

Якщо кінчик кореня занурюється у воду, популяція межових клітин миттєво починає відділятися від кореня в суспензію. Протягом п'яти хвилин синтез нового набору клітин ініціюється індукцією мітозу в меристемі кореневого чохлика [11]. Кілька сотень нових синтезованих межових клітини можуть бути зібрані протягом години [3].

1.3. Функції межових клітин коренів рослин


Існує декілька гіпотез про можливі функції, що виконують межові клітини:

Клітини, розташовані на периферії кореня, синтезують і виділяють полісахаридовмісний слиз, який, як вважають, захищає кореневий чохлик, поки він просувається крізь грунт [9].

Беруть участь у модуляції мікробних популяцій в ризосфері, пов’язані з мікоризними асоціаціями кореня, здатні приваблювати або відлякувати корисні або патогенні мікроорганізми, наприклад нематоди, бактерії і ооміцети [7].

Здійснюють захист кінчика кореня від різноманітних патогенів. Наприклад, потрапляння збудника Nectria haematococca на поверхню кінчика кореня гороху призводить до утворення «мантії» з гіфів грибка, слизу та межових клітин, що охоплює кінчик кореня. Примітно, що рухомий кінчик кореня залишається вільним від інфекції після того, як «мантія» від'єднується і залишається позаду [3]. Також межові клітини можуть брати участь в утворенні специфічної “біоплівки”: наприклад, межові клітини мутанта Arabidopsis Quasimodo 1-1 виділяють багатий слиз, в якому вони залишаються укладеними, утворюючи таким чином матрицю, яка нагадує біоплівки бактерій. Така «біоплівка»з межових клітин також виявлена у гороху, рисі, кукурудзі та інших видах. . Біоплівка містить не тільки пектин, але і ряд антимікробних білків [7].

Виділяють у позаклітинний матрикс, або муцигель, різноманітні біологічно активні речовини, що визначають властивості мікоризного оточення:

антимікробні білки,

глікомолекули, пектини - беруть участь в утворенні слизового шару, наприклад гомогалактуронан, ксилогалактуронан,

арабіногалактанові білки - «адгезивні» молекули, які можуть фізично брати участь у побудові та підтримці цілісності біоплівки; є регуляторами взаємодії між коренем і мікробами ризосфери (наприклад, арабіногалактанові білки, що виділяються межовими клітинами гороху, перешкоджають проростанню зооспор Aphanomyces euteiches, патогенного ооміцета, який відповідає за хворобу кореневої гнилі гороху); здатні зв'язувати кальцій і недавно були розцінені як «кальцієві конденсатори», залучені до передачі сигналу на основі кальцію під час росту клітин [7].

комплекси з білків та позаклітинної ДНК, необхідні для позаклітинного захоплення інфекційних агентів (механізм подібний до нейтрофільних позаклітинних пасток, описаних раніше у ссавців) [7].

1.4. Регуляція продукції межових клітин зовнішніми та внутрішніми чинниками


Ранні дослідження показали, що за стандартних лабораторних умов кількість вироблених межових клітин змінювалося від 0 до 10000 на корінь у різних видів. В даний час існують дві точки зору на закономірність розвитку межових клітин. Раніше передбачалося, що утворення межових клітин є конститутивним процесом, і що меристема кореневого чохлика завжди мітотично активна, так що кінчик кореня безперервно вивільняє межові клітини в грунт в процесі росту кореня. Однак група дослідників виявила, що виробництво межових клітин у деяких видів, таких як злаки, бобові та бавовна, є індукованим процесом, який контролюється ендогенними та екологічними сигналами [6]. Всупереч давньому припущенню, що меристема кореневого чохлика та апікальна меристема працюють безперервно, було виявлено що меристема кореневого чохлика регулюється незалежно від апікальної меристеми. Таким чином, продукція межових клітин може вмикатися і вимикатися незалежно від процесу росту коренів [8].

Внутрішні чинники, які визначають кількість межових клітин рослин

Генетична обумовленість. Останнім часом багато доказів свідчить про те, що розвиток межових клітин регулюється генетично [9].

Залежність від типу кореневої апікальної меристеми. Кількість клітин, що відділяються з кореневого чохлика, на один корінь різниться між видами рослин, але зберігається на рівні родини. У дводольних рослинах організація кореневої апікальної меристеми поділяється на три типи: відкриті, проміжні та закриті апікальні меристеми. Закриті кореневі апікальні меристеми мають чіткі лінії клітин-попередників судинного циліндра, попередників кори кореня та попередників кореневого чохлика. Якщо щонайменше дві з перелічених вище тканин мають спільних попередників, апікальна меристема вважається відкритою. Кількості межових клітин, що виділяються щодня з поверхні кореневого чохлика у рослин з різними типами апікальної меристеми значно відрізняються. Наприклад, горох (Pisum sativum (Fabaceae)), вид з відкритою організацією кореневої апікальної меристеми, виробляє в середньому 4500 межових клітин в день, а вид з проміжним типом апікальної меристеми Gossypium hirsutum (Malvaceae) вивільняє до 10 000 межових клітин в день. Корені рослин із закритими кореневими апікальними меристемами, як наприклад Nicotiana tabacum (Solanaceae), вивільняють до 100 межових клітин, а у випадку з Arabidopsis thaliana (Brassicaceae) вивільняються лише невеликі кількості клітин, які залишаються прикріпленими один до одного [9].

Вплив фітогормонів. Відомо, що будова кореня та його розвиток регулюються фітогормонами, такими як етилен та ауксин. Роль ауксину та етилену в контролі за розміром, формою та диференціацією кореневого чохлика, включаючи вивільнення межових клітин, була досліджена на проростках кукурудзи (Zea mays). Було показано, що вивільнення межових клітин значно збільшується, коли корені попередньо інкубують в ауксині або інгібіторі перенесення ауксину 1-N-нафтилфталамовій кислоті. Навпаки, корені, оброблені попередником етилену 1-аминоциклопропан-1-карбоновою кислотою або інгібітором синтезу етилену аміновінілгліцином, показали значно менше вивільнення межових клітин з чохлика. Таким чином, відділення межових клітин, як видається, регулюється етиленом і полярним транспортом ауксину. Однак невідомо, прямим чи непрямим шляхом здійснюється дія цих гормонів на диференціювання межових клітин [9].

Особливі регулюючі механізми. Було показано, що межові клітини гороху синтезують і секретують позаклітинний супресор, який здійснює управління зворотним зв'язком при продукції межових клітин (пригнічує утворення нових межових клітин, коли кількість межових клітин досягла максимальної величини, характерної для виду, і активізує подальше вироблення межових клітин після відшарування їх від верхівки кореня). Однак природа цього сигналу не відома, і ще потрібно визначити, чи існують і функціонують аналогічні або інші сигнали в інших видах [9].

Зовнішні чинники, які визначають кількість межових клітин рослини.

Ріст в аеропонній/гідропонній культурі. Дослідниками було показано, що розвиток межових клітин у коренях ячменю був індукованим процесом у аеропонній культурі, тоді як у гідропонній культурі це був рівноважний безперервний процес, протягом якого 300–400 межових клітин щодня вивільнялися у воду [6].

Токсини. В одному з досліджень було встановлено, що внесення у середовище Алюмінію може значно інгібувати розвиток межових клітин за рахунок інгібування активності пектинметилестерази в кореневому чохлику (остання забезпечує руйнування зв’язків між клітинами). Крім того, було показано, що межові клітини та їх муцигель зіграли значну роль у запобіганні дифузії алюмінію в меристеми кінчика кореня і кореневого чохлика [6].

Мікоризна асоціація. Цікаво, що виробництво межових клітин виявляється корельованим з мікоризними асоціаціями кореня. Види рослин, які мають більш високу схильність до утворення мікоризи, утворюють більшу кількість межових клітин, хоча роль межових клітин у встановленні мікоризної колонізації не відома. Ряд досліджень показав, що межові клітини можуть впливати на особливості кореневої ризосфери на кінчику кореня, і навпаки. Зокрема, збільшується кількість межових клітин у відповідь на патогени та інші подразники, включаючи діоксид вуглецю, метали, тип ґрунту і вторинні метаболіти [7].

Механічні впливи. Було показано, що кількість утворюваних межових клітин корелює з їхньою роллю у зниженні механічного спротиву. Вивільнення межових клітин регулюється механічними впливами, наявністю води в ґрунті [9].

Дослідження щодо впливу температури на утворення межових клітин

Температура є критичним фактором, що впливає на подовження кореня, однак однозначних результатів щодо впливу підвищеної температури на утворення межових клітин отримано не було. Зокрема дослідники Хейвс та Лін у 1990 р. виявили, що розвиток межових клітин коренів гороху в аеропонній культурі є температурно-чутливим процесом, який регулюється незалежно від подовження коренів, і підвищена температура значно інгібує утворення межових клітин (рис. 1.2) [10].

Рис. 1.2. Залежність кількості межових клітин коренів гороху в аеропонній культурі на один корінь від довжини кореня за різних температур: трикутники показують відповідність між кількістю МК та довжиною кореня за температури 25°C; кружечки – за температури 35°C [10].
В той же час інша група дослідників у 1998 р. дійшла висновку, що кількість межових клітин гороху не змінюється при різних температурах (10–30°C) [12]. У ще більш пізньому дослідженні (2004 р.) групою дослідників з Китаю було показано, що ріст коренів був чутливим до підвищення температури (10–35°C), але зміни температури не впливали на розвиток межових клітин у ячменю. При 35°С подовження коренів припинилося, тоді як виробництво межових клітин продовжувалося, що свідчить про те, що ці процеси можуть бути не пов’язаними (рис. 1.3) [6]. Дослідники висловили припущення, що кількість межових клітин на один корінь не залежить від температури росту, оскільки відділення межових клітин від кореневого чохлика залежить від активності пектинметилестерази, а така активність не є залежною від температури за даними досліджень Стівенсона та Хейвса у 1994 р. [12].


Рис. 1.3. Залежність кількості межових клітин на один корінь від довжини кореня за різних температур у сіянців ячменю в аеропонній культурі [6].

Отже, зв'язок між розвитком межових клітин і зростанням температури ще недостатньо вивчений.

1.5. Шляхи використання межових клітин


З`ясування ролі пограничних клітин у захисті рослини від патогенів може відкрити шлях до створення нових методів запобігання хворобам рослин [3].

Межові клітини можуть бути джерелом біологічно активних хімічних речовин, які специфічно підтримують ріст певних мікроорганізмів і перешкоджають росту інших [13].

Межові клітини використовуються в основному для вивчення взаємодій рослинних клітин з бактеріями і грибами, але система може бути адаптована до широкого спектру фізіологічних, біохімічних і молекулярно-біологічних аналізів [13].

Межові клітини можуть бути використані для аналізів на сприйнятливість рослин до грибних токсинів (яка визначається окремими генами і може бути виявлена з використанням аналізів на межових клітинах) [13].

Межові клітини можуть бути використані як замінник еритроцитів в певних аналізах. Використовуючи стандартні процедури для аналізів гемаглютинації, можна виявити антиген-специфічне зв'язування з клітинно-специфічними поверхневими молекулами мембран межових клітин. Наприклад, аглютинін зародків пшениці (WGA) специфічно реагує з N-ацетилглюкозаміном [13].

Мають низку переваг як об`єкт наукових досліджень:

На відміну від інших клітин рослин, їх можна збирати не пошкоджуючи і не руйнуючи жодних тканин.

На відміну від суспензійних культур, які складаються, головним чином, з великих, неоднорідних скупчень клітин, межові клітини складають популяції розділених клітин і/або малих моношарових кластерів клітин, що може бути досить зручним.

Межові клітини можуть бути взяті безпосередньо з рослини в їх нормальному стані розвитку і не піддаються різким фізіологічним і генетичним порушенням, властивим для суспензій клітин, вирощених в рідкій культурі протягом декількох тижнів, місяців або років.

Для отримання популяцій межових клітин не потрібне спеціальне обладнання або засоби.

Межові клітини виживають у широкому діапазоні осмотичних умов, включаючи дистильовану воду, без лізису або видимого пошкодження клітин.

Межові клітини можуть бути використані для демонстрації принципів клітинної структури (з навчальною метою). Ядро та інші клітинні структури межових клітин можна спостерігати за допомогою простого навчального мікроскопа без особливих підготувань, так само і виділення даних клітин є досить простим [13].

2. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ


Дослідження проводили на 1, 2 и 3 денних проростках гороху сорту «Девіз». Об’єктом дослідження були межові клітини кореня проростків.

Насіння гороху промивали проточною водою, двічі заливали розчином перманганату калію на 5 хвилин. Потім заливали насіння дистильованою водою та поміщали до фітокамери на 24 години при температурі 24ºС. Через 24 години насіння розкладали у чашки Петрі по 25 штук. В чашки вносили дистильовану воду. Частину чашок Петрі поміщали в фітокамеру з температурою 24ºС, а частину в камеру з температурою 32ºС. Проростки культивували впродовж 3 діб.

Через 1, 2 і 3 доби діставали з фітокамери по кілька чашок Петрі для проведення вимірів. Визначали кількість насінин, що не проросли, довжину коренів проростків та змивали межові клітини препаративним способом. Кількість межових клітин підраховували в камері Горяєва та розраховували на 1 корінь.

Препаративний спосіб виділення межових клітин. Для підрахунку кількості межових клітин на корінь відбирали певну кількість проростків з кожної чашки. Клітини виділяли за допомогою магнітної мішалки. Для цього відрізали корінці відібраних проростків, у комірку магнітної мішалки заливали 1 мл дистильованої води і по черзі опускали кінчик кожного корінця у комірку на 1 хвилину, вмикаючи перемішування. Потім рідину з комірки відбирали механічною піпеткою і поміщали у пробірки Епендорфа, нумеруючи їх відповідними номерами чашок, з яких були відібрані проростки.

Перед підрахунком межових клітин пробірки Епендорфа поміщали у центрифугу при обертах 3000 об/хв. на 10 хвилин для осадження клітинного осаду. Після цього виймали пробірки з центрифуги і за допомогою механічної піпетки відбирали з пробірок зайву рідину над осадом. У кожну пробірку додавали по 200 мкл дистильованої води.

Підрахунок клітин у камері Горяєва. Здійснювали підрахунок клітин на 20 мкл рідини у камері Горяєва. Для цього пробірку Епендорфа з рідиною струшували, відбирали за допомогою піпетки по 20 мкл рідини і крапали на кожен квадрат камери. Підраховували кількість клітин на кожному квадраті за допомогою світлового мікроскопа, дані заносили у лабораторний журнал. Кількість межових клітин на 1 корінь визначали наступним чином: обчислювали середнє значення кількості межових клітин на 1 квадрат камери, множили на 10 та ділили на кількість коренів, з яких були відібрані клітини.

Отримані дані заносили у таблицю.

Статистична обробка даних. Кожний експеримент проводили три рази з не менш ніж трьома повторами для кожної експериментальної точки. Для кожного параметру визначали середнє значення та помилку середнього значення.

3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ОБГОВОРЕННЯ

3.1 Вплив підвищеної температури на проростання насіння, довжину коренів проростків та швидкість їх росту


1. Вплив підвищеної температури на проростання насіння гороху

Виходячи з отриманих нами результатів, підвищена температура 32С пригнічує проростання насінин. За підвищеної температури в середньому не проростало 33% насінин, тоді як за нормальної температури – в середньому 11% (що ми можемо побачити на рис. 3.1). Отже, можемо зробити висновок, що підвищена температура 32С збільшувала відсоток непророслого насіння в середньому втричі в порівнянні з нормальною температурою 24С.

Рис. 3.1Кількість непророслого насіння (у %) гороху при культивуванні при 24С та при 32С.
2. Вплив температури на ріст коренів проростків гороху на початкових етапах росту.

На наступному етапі роботи визначали вплив підвищеної температури (32С) на ріст коренів проростків гороху. Визначили, що за підвищеної температури (32С) довжина коренів проростків в середньому була меншою, ніж за 24С. Середня довжина кореня проростка наприкінці 1 доби росту становила 1,7 см при 24С і 1,2 см при 32С, на 2 добу – 2,43 см при 24С і 1,64 см при 32С, на 3 добу – 2,73 см. при 24С і 2,15 см при 32С (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Довжина коренів проростів гороху з 1 по 3 добу росту при різних температурах росту.
3. Швидкість росту коренів проростків гороху з 1 по 3 добу росту при різних температурах.

Швидкість росту обчислювалася як різниця між середньою довжиною кореня на наступну та попередню добу. Протягом перших двох діб швидкість росту за температури 32С була в середньому меншою, ніж за температури 24С (у першу добу росту: 1,7 см. за добу за 24С і 1,2 см. за добу за 32С; у другу добу росту: 0,7 см. за добу за 24С і 0,4 см. за добу за 32С), однак на третю добу росту ситуація дещо змінилася і середня швидкість росту кореня виявилася більшою, ніж за 24С (0,3 см. за добу за 24С і 0,5 см. за добу за 32С у третю добу росту).


Рис. 3.3. Швидкість росту коренів проростків гороху з 1 по 3 добу росту при різних температурах

3.2 Вплив температури культивування на кількість межових клітин, які виділялися препаративно, у ризосфері коренів проростків гороху.


На наступному етапі роботи визначали кількість межових клітин, які виділяли препаративно, у ризосфері коренів проростків гороху з 1 по 3 добу росту при рості при різних температурах. Визначали, що за підвищеної температури 32С кількість межових клітин на один корінь в середньому є меншою, ніж за температури 24С. Крім того, кількість межових клітин на один корінь у проростків, що ростуть за температури 24С, зменшується протягом 3 діб росту (276 клітин на корінь у 1 добу росту, 231 клітина у 2 добу та 74 клітини на 3 добу), тоді як кількість межових клітин на корінь за підвищеної температури спочатку дещо збільшується, а потім спадає (114 клітин у 1 добу росту, 168 клітин у 2 добу і 38 клітин у 3 добу) (рис. 3.4)

Рис. 3.4 Кількість межових клітин у ризосфері коренів проростків гороху з 1 по 3 добу росту при культивуванні при 24С і 32С.


Рис. 3.5 Кількість межових клітин в ризосфері коренів різної довжини проростків гороху з 1 по 3 добу росту при культивуванні при 24С (точки відповідають довжинам кореня та відповідним їм кількостям межових клітин; крива на графіку – лінія тренду).

Рис. 3.6 Кількість межових клітин в ризосфері коренів різної довжини проростків гороху з 1 по 3 добу росту при культивуванні при 32С . (точки відповідають довжинам кореня та відповідним їм кількостям межових клітин; крива на графіку – лінія тренду).

Як ми можемо бачити з рис. 3.5 та 3.6, залежність кількості межових клітин на корінь від довжини кореня має дещо різний характер за нормальної (24С) та підвищеної (32С) температури. При рості за температури 24С спостерігається тенденція на зменшення кількості межових клітин на корінь зі збільшенням довжини кореня. За підвищеної температури, як можна побачити з рис. 3.6, також спостерігається загальна тенденція на зменшення кількості межових клітин на корінь зі збільшенням довжини кореня, хоча вона є більш стрімкою і не такою монотонною, як у випадку нормальної температури.

3.3 Обговорення результатів


Судячи з отриманих нами результатів, можемо зробити наступні висновки. По-перше, температура чинить інгібуючий вплив на проростання, довжину та швидкість росту коренів проростків. Хоча на третю добу росту ми спостерігали відхилення від цієї закономірності щодо швидкості росту, це відхилення, можливо, було викликане певними сторонніми факторами. Те, що підвищення температури вище певної межі пригнічує ріст рослин, є доведеним раніше фактом. Оптимальна температура росту для багатьох рослин становить близько 20°С, а оптимальна температура для процесів водопоглинання знаходиться в інтервалі від 20 до 30°С. Підвищення температури до 35–40°С практично в усіх видів рослин призводить до зневоднення тканин і порушень росту і продуктивності. З підвищенням температури інтенсивність дихання зростає, і його нормальна співзалежність з асиміляцією порушується. Це призводить до непродуктивної витрати органічної речовини і зменшення нарощування маси [1]. Температура 32°С, за якої проводилося дослідження, є на кілька градусів вищою за оптимальну, отже, інтенсивність росту коренів за цієї температури зменшувалася.

По-друге, виходячи з результатів дослідження можна зробити висновок, що середня кількість межових клітин за нормальної температури монотонно зменшується протягом 3 діб росту, тоді як за підвищеної температури вона досягає максимального значення на 2 добу, після чого йде на спад. Крім того, підвищена температура росту проростків викликає зменшення кількості межових клітин на один корінь у порівнянні з нормальною. Кількість межових клітин на 1 корінь загалом зменшується зі збільшенням довжини кореня, хоча ми маємо достатньо точок, у яких кількості межових клітин відхиляються від загального тренду. Можливо, це викликано певною різницею між умовами росту проростків у різних чашках Петрі, наприклад, проникненням інфекції у якісь із них, або людським фактором – присутністю певних похибок, неточностей під час проведення експерименту та підрахунку кількості клітин.

Якщо порівняти отримані нами результати з отриманими раніше аналогічними результатами інших дослідників, можна сказати наступне. За даними дослідження Хейвса та Ліна [10], за температури 25°С формування межових клітин починається, коли корінь досягає 0,5 см. довжини. При цьому максимальна кількість МК досягається у коренів довжиною 2,5 см. і становить приблизно 3500-4000 клітин на корінь, після чого вона майже не змінюється. Як ми можемо бачити на рис. 3.5, у нашому дослідженні більша частина інтервалу довжин кореня, за яких відбувалося збільшення кількості МК, не потрапила до графіка. Найбільші значення кількості межових клітин ми можемо зафіксувати в інтервалі 1,6-2,1 см. і вони становлять приблизно 190-400 МК на корінь. Дані результати дещо відрізняються від отриманих дослідниками Хейвсом та Ліном раніше. По-перше, значну різницю між кількостями межових клітин на один корінь напевно можна пояснити тим, що дослідження Хейвса та Ліна проводилося в аеропонній культурі, а ми проводили дослідження в гідропонній культурі. Скоріше за все, в гідропонній культурі велика кількість МК вивільняється у водне середовище і не залишається на верхівці кореня перед виділенням. По-друге, відрізняється значення довжини кореня, за якої кількість межових клітин є максимальною. Можливо, така різниця викликана індивідуальними особливостями різних сортів рослини. По-третє, в нашому дослідженні на відміну від дослідження Хейвса та Ліна, кількість межових клітин на корінь після досягнення максимальної позначки не залишається сталою, а йде на спад. Отже, можливо, у нашому дослідженні на певному етапі росту коренів, коли кількість МК досягла максимальної позначки, потреба коренів у межових клітинах з якоїсь причини зменшилася, крім того, міг спрацювати певний фактор, що виділяється самими межовими клітинами і пригнічує утворення нових межових клітин [9].

Щодо росту коренів за підвищеної температури, то наші висновки подібні до висновків, зроблених дослідниками Хейвсом та Ліном [10] – що висока температура пригнічує утворення межових клітин. Однак, на відміну від досліджень Хейвса та Ліна [10] та групи дослідників з Китаю [6], за даними досліджень яких кількість межових клітин постійно збільшувалася зі збільшенням довжини кореня, в нашому дослідженні кількість межових клітин на корінь, дійшовши до певної максимальної позначки, пішла на спад. Скоріше за все, за підвищеної температури росту в нашому дослідженні у середовищі росту проростків була присутня набагато більша кількість мікроорганізмів, ніж за нормальної температури. Про це ми могли судити з власних спостережень при підрахунку кількості межових клітин під мікроскопом та виходячи з того факту, що за підвищеної температури у частині чашок Петрі з насінням починалися процеси гниття. Можливо, присутність такої кількості мікроорганізмів чинила негативний вплив як на ріст коренів, так і на утворення межових клітин. Крім того, оскільки межові клітини відіграють певну роль у боротьбі з патогенами, напевно, через деякий час після початку росту коренів, коли кількість мікроорганізмів збільшилася до певної межі, кількість межових клітин також збільшилася як захисна реакція рослини. Однак, оскільки умови росту були несприятливими і рослинам не вистачало сил на подолання інфекції, то вже на третю добу кількість межових клітин різко зменшилася. З іншого боку, оскільки, як видно на рис. 3.3, швидкість росту коренів за підвищеної температури на третю добу зросла, можливо, межові клітини відіграли певну роль у створенні більш сприятливих умов росту, наприклад, подоланні інфекції, і, після того як межові клітини виконали свою функцію, їх утворення пішло на спад.

ВИСНОВКИ


Підвищена температура (32С) пригнічує процеси проростання насіння та росту коренів проростків гороху.

Культивування проростків гороху при підвищеній температурі (32С) призводить до зменшення кількості межових клітин в ризосфері коренів проростків гороху порівняно з проростками, які росли при 24С.

Залежність кількості межових клітин в ризосфері коренів від довжини коренів подібна у проростків, які росли при різних температурах: зі збільшенням довжини кореня кількість клітин поступово зменшувалася.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ


Barney C.W. Effects of Soil Temperature and Light Intensity on Root Growth of Loblolly Pine Seedlings // Plant Physiology, 1951. – V. 26(1): 146–163.

Shirley H. L. Lethal high temperatures for conifers, and the cooling effect of transpiration // Journal of Agriculture Research, 1936. – V. 53: 239-258.

Gunawardena U., Hawes M.C. Tissue Specific Localization of Root Infection by Fungal Pathogens: Role of Root Border Cells // Mol Plant Microbe Interact, 2002. V. 15(11): 1128-36.

Clowes F.A.L. Cell production by root caps // New Phytology, 1976. – V. 77: 399–407.

Clowes F.A.L. Cell production by root caps // New Phytology, 1994. – V. 127: 335–347.

Pan J.-W., Ye D., Wang L.-L., Hua J., Zhao G.-F., Pan W.-H., Han N., Zhu M.-Y. Root Border Cell Development is a Temperature-Insensitive and Al-Sensitive Process in Barley // Plant and Cell Physiology, 2004. V. 45(6): 751–760.

Driouich A., Follet-Gueye1 M.-L., Vicre´-Gibouin M., Hawes M. Root Border Cells and Secretions as Critical Elements in Plant Host Defense // Current Opinion in Plant Biology, 2013. V. 16: 489–495.

Hawes M. C., Brigham L. A., Wen F., Woo H. H., Zhu Y. Function of Root Border Cells in Plant Health: Pioneers in the Rhizosphere // Annual Review of Phytopathology, 1998.V. 36: 311–27.

Driouich A, Durand C., Vicre´-Gibouin M. Formation and Separation of Root Border Cells // Trends in Plant Science, 2007.V. 12(1): 14-9.

Hawes M.C., Lin H.J. Correlation of pectolytic enzyme activity with the programmed release of cells from root caps of pea (Pisum sativum) // Plant Physiology, 1990. – V. 94: 1855–1859.

Brigham L.A., Woo H.H., Wen F. and Hawes M.C. Meristem-specific suppression of mitosis and a global switch in gene expression in the root cap of pea by endogenous signals // Plant Physioogy, 1998. – V. 118: 1223–1231.

Stephenson M.B. and Hawes M.C. Correlation of pectinmethylesterase activity in root caps of pea with root border cell separation // Plant Physiology, 1994. – V. 106: 739–745.

Brigham L. A., Woo H. H, Hawes M. C. Root Border Cells as Tools in Plant Cell Studies // Methods in Cell Biology, 1995. V. 49: 377-387.

перейти в каталог файлов


связь с админом