Введение

Растения, в период своего развития, оказываются под влиянием различных стрессовых факторов. Такие факторы внешней среды как засуха и засоление, оказывая отрицательное воздействие на рост и развитие, приводят к значительному снижению продуктивности растений. 20% используемых под культуру мировых земельных площадей и половина орошаемых земель подвержены солевому стрессу. Высокая концентрация солей, уменьшая осмотический потенциал растворов почвы, приводит к дефициту воды у растений, при этом ионы Na⁺ и CI^- оказывают прямое токсическое действие на клетки растений, в результате взаимодействия солей с элементами питания наблюдается инбаланс и дефицит питания [6].

В мировой практике засуха, в сравнении с другими стрессовыми факторами, является более распространенным фактором и составляет 26% [5]. Стресс засухи индуцирует ряд физиологических, биохимических и молекулярных механизмов, обеспечивающих адаптацию растений к изменяющимся условиям окружающей среды [3]. Указанные механизмы адаптации различаются в зависимости от генотипа растений, напряженности и времени воздействия стресса, от стадии развития и возраста, от типа органа и клеток [4].

Известно, что при адаптации растений в неблагоприятных условиях среды наблюдаются определенные изменения в активности генетических систем клетки. Процессы адаптации зависят от генетических особенностей, степени устойчивости организма к стрессовым факторам. В связи с этим, изучение влияния стрессов засухи и засоления на работу генетических систем клетки является актуальным и, в определенной степени, способствует выяснению молекулярно-генетических механизмов адаптации.

Цель исследования

Целью исследований явилось выявление изменений в генетических системах клетки, наблюдающихся под влиянием засоления и засухи у чувствительных и устойчивых к стрессам генотипов баклажан.

Материал и методы исследований

Исследования проводились на трех образцах вида Solanum melongena L. коллекции Всероссийского Института Земледелия: №2839 (Местный Бурунди), №746 (Баклажан Белый) и №791 (Индия).

В лабораторных условиях на растения был оказан стресс засухи и засоления посредством растворов 0,15 атм. ПЭГ (фосфоэтиленгликоль) и 2% NaCI, соответственно. Контрольные варианты рассады баклажана были помещены в воду на 18 часов, опытные варианты в указанные растворы осмотиков.

Нуклеиновые кислоты выделялись из листьев растений методом ступенчатого фракционирования. Количество нуклеиновых кислот определялось посредством спектрофотометра (мг/мл) на соответствующей поглотительной длине волны [1,2].

Результаты исследований и их обсуждение

На основании ранее проведенных нами исследований оценки степени устойчивости образцов баклажан к действию абиотических факторов образец №2839 выделен как засухе-, солеустойчивый, №746 - неустойчивый к засухе, №791 -неустойчивый к засолению.

В настоящей работе представлены данные сравнительного изучения действия указанных стрессовых факторов на активность генетических систем клетки у устойчивых и неустойчивых образцов.

Изучение действия солевого стресса на образец №2839 выявило уменьшение количества стабильной фракции ДНК на 52%, увеличение количества других фракций ДНК и содержания РНК (13%). У чувствительного к стрессу образца №746 содержание стабильной фракции ДНК увеличилось на 3% , в то время как количество других фракций ДНК и РНК, в сравнении с контрольными растениями, уменьшилось в значительной степени. Так, в результате солевого стресса количество лабильной фракции ДНК уменьшилось на 35%, остаточной - на 33%, количество РНК - на 17% (табл. 1).

В результате исследований было установлено, что у образца №2839 под действием стресса засухи наблюдалось значительное увеличение количества всех фракций ДНК и содержания РНК. Несмотря на то, что у образца №791 количество лабильной ДНК увеличилось от 2.79 мг/мл до 2.93 мг/мл, усиление функциональной активности генома не наблюдалось, количество РНК уменьшилось на 24%.

Таблица 1

Действие стрессов засоления и засухи (18 часов) на содержание фракций ДНК и количества РНК у образцов баклажан (мг/% на сырую массу)

Известно, что в реализации генетической программы важная роль, помимо клеточного ядра, принадлежит цитоплазматическим органеллам - митохондриям и хлоропластам [6]. Анализ данных по изучению действия стрессовых факторов на генетические системы митохондрий и хлоропластов выявил интересные результаты (табл. 2).

Так, у устойчивого к стрессу образца №2839 при засолении отношение РНК/ДНК в митохондриях уменьшилось на 5%, а в хлоропластах увеличилось 2%. У чувствительного к стрессу образца этот показатель в митохондриях увеличился на 63%, а в хлоропластах уменьшился на 31% (рис. 1).

Таблица 2

Действие стрессов засоления и засухи (18 часов) на генетические системы
митохондрий и хлоропластов

Рис. 1. Изменение в отношении РНК/ДНК под воздействием засоления

Действием засухи привело к уменьшению, в сравнении с контрольным вариантом, количества митохондриальной ДНК и РНК у образца №2839. Однако, у этого образца было отмечено увеличение на 11% показателя РНК/ДНК. Аналогичный результат отмечался и в хлоропластах, где отношение РНК/ДНК увеличилось от
10.4 мг/мл до 12.6 мг/мл, что составило 21%. У образца №791 стресс засухи не привел к определенным изменениям показателя РНК/ДНК ни в митохондриях, ни в хлоропластах (рис. 2).

Рис. 2. Изменение в отношении РНК/ДНК под воздействием засухи

Таким образом, изучение влияния солевого стресса на генетическую систему клетки у устойчивого к стрессу образца баклажана выявило активацию генетических систем, как в ядре, так и хлоропластах. Однако в митохондриях наблюдается слабая инактивация интенсивности транскрипции.

У чувствительного к стрессу образца в ядре и хлоропластах наблюдается инактивация, в митохондриях, значительная активация генетической системы.

Действие засухи у образца №2839 вызвало увеличение активации генетической системы ядра, митохондрий и хлоропластов. У неустойчивого к стрессу образца наблюдалось уменьшение активности генетической системы в ядре и незначительная активация в митохондриях и хлоропластах.

Полученные результаты подтверждают мнение о том, что толерантность растений к стрессу зависит от структуры и изменений, происходящих в функциях генома. В период воздействия неблагоприятных факторов среды внутриклеточные процессы, в особенности связанные с синтезом протеинов, формируются заново. Этот процесс у устойчивых к стрессу генотипов, в сравнении с чувствительными, протекает более активно.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• 1. Конарев В.Г., Тютерев С.Л. Методы биохимии и цитохимии нуклеиновых кислот у растений. Ленинград, 1970, с. 4.
• 2. Овчинникова М.Ф., Яковлев А.П. Комплементация хлоропластов и прогнозирование. // Селекция и семеноводство. 1978. №2. с. 77.
• 3. Arora A., Sairam R.K., Srivastava G.C., "Oxidative stress and antioxidative systems in plants". // Curr. Sci., 2002, p.82.
• 4. Bray E.A. "Plant Responses to Water Deficit", // Trends Plant Sci., 1997, 2, 48-54.
• 5. Tugce Kalefetoglu, Yasemin Ekmekci., The effects of drought on plants and tolerance mechanisms. // G.U. Journal of Science, 2005, 18(4): p.723-740.
• 6. Zhu J. K. Over expression of a delta-pyrroline-5-carboxylate synthetase gene and analysis of tolerance to water and salt stress in transgenic rice. // Trends Plant Sci., 2001, 6, p.66-72.