Изменение состояния семян при их хранении, проращивании и под действием внешних факторов (ионизирующего излучения в малых дозах и других слабых воздействий), определяемое методом замедленной люминесценции (стр. 4 )

Таблица 5. Содержание глюкозы в воздушно-сухих семенах гороха

через неделю после g-облучения

Доза, Гр	0	0,19	3	7	10
ТХЛ, отн. ед.	172	284	517	275	113

Переход семян из фракции II в разряд «улучшенных», сопровождающийся возрастанием влажности семян, совершается также быстро – в течение одних-трех суток (время последействия – «отлежка»). В качестве возможного объяснения увеличения содержания воды в сухом семени можно предположить реакцию гликозилирования (амино-карбонильную реакцию), в которой при взаимодействии гидроксила глюкозы с концевой аминогруппой белка образуется глюкозиламин и отщепляется молекула воды. Образовавшийся гликопротеин становится более гидрофильным [Wettlaufer, Leopold, 1991]. Снижение содержания глюкозы коррелирует с возрастанием всхожести семян после пяти лет хранения (рис. 21, кривая 2), а также стимуляцией всхожести семян после g-облучения в дозах 7 и 10 Гр (табл. 5).

Мы предполагаем, что именно эта неферментативная реакция ответственна за «закрывание» водных каналов в сухих семенах и стимуляцию всхожести семян. К выводу о стимулирующей роли продуктов гликозилирования белков (Амадори продукты) могли бы прийти и Wettlaufer и Leopold [1991], которые привели данные о параллельном увеличении продуктов Амадори и всхожести семян сои, однако этот факт они не обсуждают. Уменьшение содержания свободной глюкозы при «улучшении» качества семян подтверждает наше предположение (табл. 4, 5) о том, что в «закрывании» водных каналов может участвовать реакция гликозилирования. В литературе также отмечают, что гликозилирование является одной из реакций, влияющей на активность аквапоринов [обзор, Шапигузов, 2004].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нам удалось разработать метод оценки качества индивидуальных семян, основанный на регистрации ФКТ, который позволил оценивать гетерогенность семян в партии по содержанию воды в них.

Оказалось, что изменение качества семян при постепенном накоплении повреждений изменяется не плавно, а скачком. Нам удалось показать, что снижение всхожести (переход семян в разряд невсхожих), или ее стимуляцию (переход семян в разряд всхожих) под влиянием внешних воздействий можно обнаружить на сухих семенах без проращивания, регистрируя их фосфоресценцию при комнатной температуре (ФКТ).

В сухих семенах, перешедших за время хранения, а также под влиянием внешних воздействий (g-облучение, или тепловая обработка) во фракцию II (невсхожих), увеличивается вдвое содержание продукта гидролиза олигосахаридов – глюкозы. Влажность таких семян снижается на 0,8-1%, что связано с использованием воды в процессе гидролиза. Одновременно у этих семян происходит инактивация фосфатазы, что свидетельствует о нарушении регуляторной функции водных каналов. У семян фракции II на ранних стадиях набухания аквапорины клеточных мембран не закрываются, и скорость поступления воды в семена при набухании возрастает. Активное поглощение кислорода при митохондриальном дыхании и слабой диффузии кислорода через оболочку приводит к развитию гипоксии. При проклевывании зародышевого корешка (его контакте с воздухом) возникает пост-гипоксический окислительный стресс, сопровождающийся накоплением перекиси водорода, которая повреждает ДНК. Это приводит к образованию проростков с морфологическими дефектами и снижению всхожести.

По-видимому, в сухих семенах, перешедших в разряд «улучшенных», в том числе под влиянием стимулирующего воздействия, происходит неферментативное гликозилирование белков-аквапоринов (амино-карбонильная реакция) и водные каналы закрываются. Семена с закрытыми каналами набухают медленно, так что из них вырастают нормальные проростки, а всхожесть всей партии семян увеличивается.

«Улучшенные» семена не могут сохранить ли свое качество при хранении. Стимуляция всхожести, «ювенилизация» семян, не является восстановлением качества семян, а представляет собой временный эффект, во время которого однонаправленный процесс старения продолжается. В дальнейшем «улучшенные» семена быстрее теряют всхожесть по сравнению с контрольными. По-видимому, наблюдаемая нами временная стимуляция всхожести семян после действия вышеуказанных факторов происходит не вследствие репарации (восстановления) возникших при хранении нарушений, а является дальнейшим накоплением повреждений в сухих семенах.

В практическом плане это означает необходимость оперативного использования семян, подвергнутых стимулирующей предпосевной обработке.

Выводы:

1. Обнаружено явление послесвечения воздушно-сухих семян, которое по механизму свечение является фосфоресценцией при комнатной температуре (ФКТ). На его основе разработан метод оценки качества индивидуальных семян, позволивший показать, что гетерогенность в партии при длительном хранении увеличивается за счет появления дискретных фракций семян разного качества: сильных, ослабленных, из которых вырастают проростки с морфологическими дефектами, и мертвых.

2. С помощью ингибиторного анализа впервые показано, что у сухих семян гороха фракции I (сильные семена) водные каналы – аквапорины открыты и закрываются в начале набухания семени (при дефосфорилировании аквапоринов), и скорость поступления воды в семена замедляется. У семян фракции II (ослабленные семена) водные каналы остаются открытыми из-за инактивации фосфатазы в сухих семенах.

3. Впервые обнаружено свечение набухающих семян, являющееся фосфоресценцией эндогенных порфиринов, которая тушится кислородом. На этой основе разработан метод оценки уровня дефицита кислорода под семенной оболочкой у семян бобовых.

4. Показано, что основной причиной образования из ослабленных семян проростков с морфологическими дефектами является повреждение ДНК активными формами кислорода (перекисью водорода) в пост-гипоксический период.

5. Необратимое закрывание водных каналов у сухих семян вследствие гликозилирования белков-аквапоринов приводит к снижению скорости поглощения воды при их набухании и возрастанию всхожести.

6. Установлено, что предпосевная обработка g-излучением, тепловым и действии других физических факторов в стимулирующих дозах приводит к перераспределению фракционного состава партии семян с возрастанием доли сильных семян («улучшенных»).

7. Установлено, что регистрируя фосфоресценцию при комнатной температуре воздушно-сухих семян, можно предсказать характер влияния g-радиации, тепловой обработки и других факторов на всхожесть семян.

Список публикаций по теме диссертации

Монографии

1.  , В. Люминесценция растений. (, ред.), М.: Наука, 1990. – 200 с.

2.  , , Стресс у растений. М., Издательство Московского Университета, 1993. – 145 с.

Статьи в реферируемых журналах

1.  В., Влияние УФ и рентгеновского облучения на сверхслабую хемилюминесценцию проростков гороха. // Радиобиология. – 1971. - Т. 11. с. 627-630.

2.  , , , Использование метода замедленной люминесценции для оценки изменений, происходящих в семенах сои после ускоренного старения. // Сельскохозяйственная биология. – 1984 - № 6. - С. 66-68.

3.  , , (мл.), Лихштельд К. Замедленная люминесценция семян. // Биофизика – 1985а. Т. 30, № 4, с. 711-712.

4.  , , Оценка изменения жизнеспособности семян сои при хранении методом замедленной люминесценции. // Сельскохозяйственная биология. – 1985б - .№ 6. - С. 76-79.

5.  , , О замедленной люминесценции набухающих семян сои. // Сельскохозяйственная биология.- 1985в - № 10. - С. 57-61.

6.  Veselova T.V., Veselovsky V.A., Rubin A.B., Bochvarov P.Z. Delayed luminescence of air-dry soybean seeds as a measure of their viability. // Physiology Plantarum - 1985. - Vol. 65. - Р. 493-497.

7.  Карташова Е.Р., Веселова Т.В., Веселовский В.А., Надыкта В.Д., Терешкина С.Д. Замедленная люминесценция семян подсолнечника при длительном хранении в условиях регулируемой газовой среды и на воздухе. // Научные доклады высшей школы. Биологические науки№5. - C. 31-35.

8.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Kozar V. I., Rubin A. B. Delayed luminescence of soybean seeds during swelling and accelerated ageing. // Seed Science and TechnologyVol. 16. - P. 105-113.

9.  , , Ю. Влияние ускоренного старения на дыхание и всхожесть семян ржи. // Онтогенез - 1992. T. 23. - № 3. - C. 326-330.

10.  , , , , И. Фотоиндуцированная замедленная люминесценция конидий Pyricularia oryzae Cav. и пути ее практического использования. // Научные доклады высшей школы. Биологические науки№ 1. C. 33-37.

11.  , , Д. Количественное определение потери жизнеспособности семян сосны при разных способах хранения. // Физиология растенийT. 42. - № 4. - C. 616-621.

12.  , , Что означает изменение гетерогенности популяции семян при ускоренном старении? // Физиология растений. – 1999а. - т. 46 - № 3 - с. 477-483.

13.  , , , С. Математическая модель процесса ускоренного старения семян. // Биофизика. – 1999б. T. 44 - Вып. 3. - С. 510-517.

14.  , , С. Трехфазная (парадоксальная) дозовая зависимость реакции растительной клетки на факторы внешней среды. // Российский химический журнал. Журнал Российского химического общества им. . – 1999в. - Т. 43. - № 5. - С. 49-54.

15.  , , , А. Особенности семян различных по засухоустойчивости сортов озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) в ходе созревания. // Сельскохозяйственная биология. - 2001. - № 1 - С. 60-64.

16.  Veselova T.V. Assessment of individual seed vigor and seed lot heterogeneity by room temperature phosphorescence. // Seed Science and Technology– V. 30. - P. 187-196.

17.  , , В., А. Исследование перемешивающего слоя методом точечных отображений. // Биофизика. - 2003. - T. 48. - вып. 2. - с. 361-367.

18.  Veselova T. V., Veselovsky V. A. Investigation of atypical germination changes during accelerated ageing of pea seeds. // Seed Science and Technologyv. 31, - P. 517-530.

19.  , , С. Бимодальное изменение всхожести семян при тепловом воздействии. // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2003. - т. 43. - № 3. - с. 355-357.

20.  , , , И. Гипоксия и повреждения при набухании стареющих семян. // Физиология растений. – 2003б. - т. 50. - № 6. - с. 930-937.

21.  Veselova T.V., Veselovsky V.A., Turovetsky V.B., Galchuk S.V., Vanyushin B.F., Aleksandrushkina N.I, Rubin A.B. Post-hypoxic oxidative stress during imbibition of low-vigor pea seeds (as a possible cause for appearance of abnormal seedlings). // Seed Science and TechnologyV. 32. - P. 283-296.

22.  , А. Возможность участия аквапоринов в поглощении воды семенами гороха разного качества. // Физиология растенийт. 53. - № 1. с. 106-112.

23.  , , , , В. Бимодальное изменение всхожести семян гороха под влиянием g-излучения в малых дозах. // Радиационная биология. Радиоэкологият. 46. - № 6. с. 691-696.

24.  , В. Нарушение функции аквапоринов клеточных мембран как причина изменение всхожести семян гороха при действии g-излучения в малых дозах. // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2007 - т. 47. - № 1. - с. 28-33.

Авторские свидетельства

1.  , , , Б. Способ определения влажности семян растений и устройство для его осуществления. Авторское свид. № 000 с приоритетом от 01.01.01 г.

2.  , , , , Б. Способ определения жизнеспособных семян растений. Авт. свид. № 000 с приоритетом от 01.01.01 г.

3.  , , Ф. Способ отбора высокопродуктивных форм огурцов. Авт. свид. № 000 с приоритетом от 01.01.01г.

4.  , , , Ю. Способ оценки засухоустойчивости зерновых культур. Патент № 000 с приоритетом изобретения от 01.01.01 г. Зарегистрирован 24 июня 1993 г.

Статьи в сборниках

1.  , Старение семян и кислород. // Надежность и элементарные события процессов старения биологических объектов. / Киев: Наукова думка, 1986- с. 182-183.

2.  , , И. Люминесцентный метод определения влажности и жизнеспособности семян. // Физиология семян. Формирование, прорастание, прикладные аспекты. Душанбес. 276-280.

3.  , , С. Стресс у растений. // Изд-во Московского Государственного Университета, 19с.

4.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Schoberlein W. Determination of viability and longevity of seeds by luminescence method. // Yield and Quality in Herbage Seed Production / Proceedings of Third International Herbage Seed Conference, Еds. Schoberlein W., Forster K. Germany, Halle (Saale: Martin-Luther-Univ. Halle-Wittenberg,- 1995. - p. 398-402.

5.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Kartachova E. R. Changes in heterogeneity of pine seeds during ageing in low-oxygen atmosphere. // Tree Seeds / Greese Crete, Chania: University of Athens, - 2002. С. 202-207.

6.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Leonova E. A. Assessment of potential vigour and productivity of air-dried cucumber seeds by the application of luminescence method. // Seleckcija i Semenarstvo (Yugoslavia)V. 5. - № 1-2. - p. 85-90.

Тезисы международных конференций

1.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Kartachova E. R. Luminescent analysis of changes of seed viability after storage at low oxygen conditions. // ISTA/ISHS Symposium “Technological advances in variety and seed research”. / Wageningen. The NetherlandP. 15-16.

2.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Leonova E. A. Determination of viability and longevity of seeds by luminescence method. // Annual Symposium “Physical-chemical basis of plant physiology”. / Penzap. 112.

3.  , , В., А. Моделирование процесса парадоксального изменения всхожести семян при ускоренном старении. // Международная школа: “Проблемы теоретической биофизики” / Москва - 1998. - с. 138.

4.  , , Трехфазное (“парадоксальное”) изменение всхожести партии семян при старении. // IV Съезд Физиологов Растений России / Международная конференция “Физиология растений – наука III тысячелетия”. МоскваТ. II - с. 620.

5.  Veselova T.V., Veselovsky V. A. Room temperature phosphorescence of air-dry seeds as indicator of seed quality during storage. // XVIII International Conference on “Maize and Sorghum Genetics and Breeding at the end of the 20th Century / Belgrade. Yugoslaviap. 15.

6.  Acsyonov S. I., Grunina T. Yu., Shvaleva A. L., Veselova T. V., Veselovsky V. A. State of water and membranes in wheat seeds during ripening, storage and germination. // Ibidp. 60.

7.  Veselova T. V., Veselovsky V. A. Seed ageing and oxidative stress during imbibition. // International Symposium “Plant under Environmental Stress”/ Moscowp.309-310.

8.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Rubin A. B. Post hypoxic oxidative stress during imbibition of low vigour pea seeds. // Fifth conference on “Oxygen, free radicals and oxidative stress ion plants” - Nice, FranceP-151.

9.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Kozar V. I. Room temperature phosphorescence as a marker of seed quality. // New Development in Seed Quality Improvement / Book of abstracts of International Workshop on Applied Seed Biology. Lodz, Polandp. 57-58.

10.  Veselova T. V., Veselovsky V. A., Kozar V. I. Hypoxia in germinating legume seeds. // New Development in Seed Quality Improvement /Book of abstracts of International Workshop on Applied Seed Biology. Lodz, Poland. – 2003. - p. 95-96.