Фракционный состав белков и посевные качества семян пихты сибирской (abies sibirica ledeb) в разных эколого-фитоценотических условиях (стр. 5 )

Вместе с тем, по мнению других исследователей, основными причинами большого количества пустых семян в урожаях являются не только недоопыленность семян, но и повреждение их энтомовредителями (Киргизов пихты на Рудном Алтае // Половая репродукция хвойных. Новосибирск. 1973. Т.2. С. 154–156; Об оценке хозяйственной значимости насекомых семяедов пихты сибирской (Abies sibirica Ledeb.) в Среднегорье Восточного Саяна // Лесное хозяйство и зеленое строительство в Западной Сибири: материалы конференции. Томск. 2003. С. 228–233).

В наших исследованиях потеря жизнеспособности отмечена даже у полнозернистых семян через год посте их сбора. В этом случае многие исследователи связывают процесс потери жизнеспособности семян с физиологическими изменениями, протекающими внутри них (Bewley J. D. Physiology and Biochemistry of Seeds in Relation to Germination. Berlin : Springer. Verlag, 19p.; Roberts E. H. Temperature and Seed Germination // Plans and temperature. Cambridge: Cop. Biol. Ltd. 1988. P. 109–132). Из приведенных ими данных выявлена тесная связь между жизнеспособностью семян и повреждением хромосом независимо от того, какие факторы окружающей среды их вызывают.

и др. решающее значение в утрате семенами жизнеспособности приписывает внутренним факторам, но рассматривает их в комплексе: накопление продуктов дыхания семян, в том числе ингибиторов роста, фенолов, продуктов брожения и мутагенов (аденин, урацил, аденозин). Все эти вещества, накапливаясь в зародыше, блокируют многие реакции при прорастании и взаимосвязь эндосперма с зародышем.

Последней рассматриваемой причиной гибели семян может быть процесс денатурации молекул нуклеиновых кислот и белков, приводящих к нарушению генного аппарата, то есть инактивация ферментного аппарата, что приводит к снижению содержания белка и изменениям его фракционного состава (Николаева семян. 232 с.).

Рассмотрением последней причины утраты всхожести в связи с физиологическими изменениями содержания белкового азота и его фракций в жизне - и нежизнеспособных семенах посвящена данная глава.

Исследования по содержанию общего и белкового азота были проведены в полнозернистых семенах пихты, но потерявших свою всхожесть через год после их сбора в Козульском лесничестве и принятых нами как нежизнеспособные (рис. 5.1).

Положение семян в кроне и класс деревьев по Крафту

Рисунок 5.1 – Содержание общего (1) и белкового (2) азота в нежизнеспособных семенах пихты из верхней (В), средней (С) и нижней (Н) частей генеративного яруса кроны деревьев I и IV классов роста, мг/г а. с.в.

Результаты исследований показали, что содержание общего и белкового азота в семенах пихты в зависимости от эколого-фитоценотических условий варьирует от 5 до 10.1 – для общего и от 4.5 до 9 мг/г а. с.в. – для белкового азота (рис. 5.1). При этом в обоих случаях максимальное значение их содержания выявлено в семенах верхней части генеративного яруса крон деревьев I класса роста. В то время как у семян с угнетенных деревьев отмечено резкое снижение белкового азота, достигающее 27 % от общего содержания азота в верхней части генеративного яруса кроны и 23 % в средней и нижней ее частях. Выявленное может объяснять низкую адаптивную способность и качества семян с деревьев IV класса роста и развития.

Содержание отдельных фракций азота в семенах разных частей крон деревьев I и IV классов роста Козульского лесничества представлено на рис. 5.2. В целом отмечено, что преобладающей формой белкового азота в семенах, утративших способность к прорастанию, является труднорастворимая фракция, достигающая от 1.4 до 3.8 мг /г а. с.в. и составляя до 37 % от белкового азота, затем, по мере убывания, следуют глобулины (от 1.1 до 2.3 мг /г а. с.в.) и альбумины (от 0.8 до 1.3 мг /г а. с.в.). Можно предположить, что основные растворимые белки (альбумины, глобулины) у этих семян перешли в труднорастворимую фракцию. При этом содержание глютелинов в семенах верхней части незначительно, но несколько увеличивается в средней и нижней частях.

В семенах деревьев I класса роста установлено равномерное снижение по генеративной сфере кроны количества альбуминов и глобулинов, то есть в нижней части прегосподствующих деревьев содержание этих форм азота минимально. В то время как для нежизнеспособных семян с угнетенных деревьев характерно снижение содержания всех форм азота от верхней части генеративного яруса кроны к нижней (рис. 5.2.).

Для более четкого представления указанного распределения фракций азота в зависимости от класса роста дерева и положения семян в генеративном ярусе ниже приведена диаграмма (рис. 5.3).

В С Н

Класс деревьев по Крафту

Рисунок 5.2 – Содержание отдельных фракций белкового азота в нежизнеспособных семенах пихты сибирской из различных частей генеративного яруса кроны деревьев I и IV классов роста, мг /г а. с.в., 1 – водорастворимая, 2 – солерастворимая, 3 – спирторастворимая, 4 – щелочерастворимая, 5 – труднорастворимая фракции белкового азота; В – верхняя, С – средняя, Н – нижняя часть

Положение семян в кроне и класс деревьев по Крафту

Рисунок 5.3 – Содержание отдельных фракций белкового азота в нежизнеспособных семенах пихты из различных частей генеративного яруса кроны деревьев I и IV классов роста; 1 – водорастворимая, 2 – солерастворимая, 3 – спирторастворимая, 4 – щелочерастворимая, 5 – труднорастворимая фракции белкового азота; В – верхняя, С – средняя, Н – нижняя часть кроны

5.2. Оценка содержания белков жизнеспособных и нежизнеспособных семян пихты

При сравнении содержания общего и белкового азота в жизне - и нежизнеспособных семенах выявлено, что в верхней части генеративного яруса кроны деревьев I и IV классов роста различия в их содержании несущественны, и практически не отличается от результатов, полученных для физиологически активных семян (рис. 5.4). В то время как в семенах из средней и нижней частей указанных деревьев наблюдаются значительные различия в их содержании, составляющие для семян деревьев I класса роста 30.5 для общего азота и 24 % для белкового, а для IV – 26.2 и 17.5 % соответственно этим фракциям. Снижение общего и белкового азота в семенах с этих частей генеративной сферы может быть связано с резким уменьшением растворимых форм белкового азота, в первую очередь, с их распадом до аминокислот и аммиачного азота, который, в свою очередь, выделяется в результате эмиссии аммиака в среду (рис. 5.4).

В С+Н

Рисунок 5.4 – Содержание общего и белкового азота в жизнеспособных (+) и нежизнеспособных (–) семенах из различных частей генеративного яруса кроны деревьев I и IV классов роста и развития, мг/г а. с.в., В – верхняя, С + Н – средняя и нижняя часть

Для выявления причин потери жизнеспособности семян, кроме определения общего и белкового азота, проведен анализ изменений фракционного состава белкового азота в них (рис. 5.5, 5.6). Сравнение содержания отдельных форм азота показало, что в жизне - и нежизнеспособных семенах у деревьев I класса роста максимальные различия отмечены в содержании труднорастворимой фракции (незначительно в верхней, 42.2 – в нижней и 53.4 % – в средней части генеративной сферы). В нежизнеспособных семенах выявлено снижение альбуминов, достигающее 28 % от их содержания в жизнеспособных, а также фракции глобулинов, которая является доминирующей растворимой фракцией в жизнеспособных семенах данного местопроизрастания пихты (незначительно в верхней и средней частях и 30.5 % – в нижней части) (рис. 5.5).

В С

Н

Фракции белкового азота

Рисунок 5.5 – Содержание отдельных фракций белкового азота в жизнеспособных (+) и нежизнеспособных (–) семенах из различных частей генеративного яруса крон деревьев I класса роста, мг/г а. с.в.; 1 – водорастворимая, 2 – солерастворимая, 3 – спирторастворимая, 4 – щелочерастворимая, 5 – труднорастворимая фракции белкового азота; В – верхняя, С – средняя, Н – нижняя части

При изучении содержания отдельных фракций белкового азота в семенах с верхней генеративного яруса части кроны угнетенных деревьев отмечено, что в нежизнеспособных семенах по сравнению с жизнеспособными происходит снижение содержания всех фракций азота от 4.5 до 24.6 %, причем различия, выходящие за пределы ошибки опыта, отмечены только в щелочерастворимой фракции (рис. 5.6). В то время как в семенах из средней и нижней частей генеративной сферы таких деревьев снижение происходит и в содержании водорастворимой фракции, составляя 23.4 и 24.2 % соответственно. Исключением является труднорастворимая фракция, содержание которой по сравнению с жизнеспособными семенами возрастает на 29.3 %.

В С + Н

Фракции белкового азота

Рисунок 5.6 – Содержание отдельных фракций белкового азота в жизнеспособных (+) и нежизнеспособных (–) семенах из различных частей генеративного яруса кроны деревьев IV класса роста, мг /г а. с.в., 1 – водорастворимая, 2 – солерастворимая, 3 – спирторастворимая, 4 – щелочерастворимая, 5 – труднорастворимая фракции белкового азота; В – верхняя, С + Н – средняя и нижняя часть

Оценка достоверности различий в содержании отдельных фракций азота в жизне - и нежизнеспособных семенах пихты выполненная по методике (1973) и (1973) приведена в табл. 5.1, а полная статистическая обработка данных – в приложении 5. Установлено, что в семенах с верхней части генеративного яруса крон деревьев I класса роста и развития различия достоверны лишь для водо - и щелочерастворимой фракций (Доспехов полевого опыта. М. : Колос, 19с.; Лакин . Учебное пособие для университетов и педагогических институтов. М. : Высшая школа, 19с.).

Отмеченное, связано в основном с уменьшением содержания альбуминов, которое и приводит к потере всхожести семян (r = 0.97). Различия в содержании отдельных форм белкового азота между этими семенами в средней и нижней частях генеративного яруса крон деревьев достоверны для всех фракций, кроме общего азота и глютелинов.

Выводы:

1.  Максимальное содержание общего и белкового азота в нежизнеспособных семенах наблюдается у деревьев I класса роста. И оно, в зависимости от эколого-фитоценотических условий и расположения в генеративной сфере кроны сильно варьирует: от 5 до 10.1 для общего и от 4.5 до 9 мг/г а. с.в. для белкового азота;

2.  Из всех фракций белкового азота в нежизнеспособных семенах, преобладает труднорастворимая, составляя до 37 % от белкового;

3.  Основными растворимыми белками в нежизнеспособных семенах являются альбумины и глобулины, но содержание в них альбуминов в среднем на 25.3 % ниже, чем в жизнеспособных. Количество же глютелинов и проламинов в них незначительно;

4.  В нежизнеспособных семенах пихты сибирской деревьев I класса роста содержание общего и белкового азота практически не отличается от жизнеспособных. В то время как в угнетенных деревьях их количество значительно меньше;

Таблица 5.1 – Достоверность различий в содержании отдельных форм азота в жизнеспособных и нежизнеспособных семенах пихты сибирской

n=4

Положение в кроне	Класс Крафта дерева	Физиологическая характеристика семян	Содержание азота во фракциях, мг/г а. с.в.
общий	белковый	альбумины	глобулины	проламины	глютелины	труднорастворимый
верхняя часть кроны	I	жизнеспособные	10.21±0.11	9.05±0.23	1.74±0.08	2.3±0.08	0.98±0.05	0.78±0.05	3.7±0.14
нежизнеспособные	10.01±0.13	9.03±0.22	1.32±0.05	2.28±0.07	1.02±0.06	0.59±0.02	3.82±0.11
достоверность различий*	-	-	+	-	-	+	-
IV	жизнеспособные	10.5±0.23	7.36±0.3	1.38±0.03	1.66±0.05	0.93±0.05	0.67±0.09	2.72±0.09
нежизнеспособные	9.3±0.15	6.77±0.37	1.2±0.06	1.58±0.03	0.89±0.03	0.5±0.03	2.6±0.07
достоверность различий*	-	-	-	-	-	-	-
средняя и нижняя часть кроны	I	жизнеспособные	10±0.37	7.52±0.32	1.53±0.09	1.68±0.02	0.78±0.05	0.57±0.03	2.96±0.12
нежизнеспособные	5.73±0.14	5.1±0.21	1.17±0.05	1.59±0.02	0.39±0.02	0.56±0.03	1.38±0.05
достоверность различий*	+	+	+	+	+	-	+
IV	жизнеспособные	8.64±1.01	5.43±0.23	1.25±0.06	1.43±0.03	0.85±0.07	0.57±0.06	2.72±0.12
нежизнеспособные	5.82±0.9	4.48±0.17	0.85±0.02	1.08±0.06	0.32±0.05	0.37±0.01	2.27±0.076
достоверность различий*	-	+	+	+	+	+	+

* – Различия достоверны (+) недостоверны (-);

** – Статистическая обработка выполнена по методике (1973г.) и (1973г.). см приложение

5. В нежизнеспособных семенах пихты с деревьев I класса роста максимальные различия с жизнеспособными отмечены в содержании труднорастворимой фракции, альбуминов и глобулинов. Что касается семян с угнетенных деревьев, то, здесь в целом прослеживается как общее снижение азота, так и всех растворимых его форм. Исключением является труднорастворимая фракция, содержание которой, по сравнению с жизнеспособными возрастает;

6. Выявленные различия между содержанием отдельных форм азота в жизне - и нежизнеспособных семенах в средней и нижней частях генеративного яруса крон деревьев практически во всех случаях достоверны. В то время как в семенах с верхней части различия достоверны лишь для фракции альбуминов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Семя является сложной биологической саморегулирующейся системой с необходимым для гармоничного роста и развития набором веществ. Познание изменений, приводящих к нарушениям обмена веществ, позволяет выявить пути его нормализации и определить перспективные методы оценки качества и жизнеспособности семян.

Для решения этой задачи на первом этапе исследований была проведена оценка посевных качеств семян пихты в зависимости от эколого-фитоценотических условий. Выявлено, что семена пихты сибирской, собранные с деревьев I класса роста и развития по классификации Крафта обладают высокими посевными качествами по сравнению с семенами остальных классов роста независимо от экологических условий. Вместе с тем, посевные качества семян, как и содержание в них азота зависят не только от степени развития деревьев, с которых они были собраны, но и от их положения в шишке и генеративном ярусе кроны. Максимальная всхожесть и содержание азота отмечены у семян, полученных из средней части шишки и верхней части генеративной сферы.

Впервые было оценено влияние лесорастительных условий на содержание азота и его форм в семенах пихты сибирской и закономерности его распределения в зависимости от класса роста дерева и расположения их в генеративном ярусе кроне. Во всех трех рассмотренных местообитаниях пихты преобладающей фракцией азота в ее семенах является труднорастворимая. При этом у семян, расположенных в южной тайге (Таежинское и Козульское лесничества соответственно), существует однотипное для классов роста дерева распределение азота по белковым фракциям, указывающее на отличие лишь в количественном, но не в их качественном – преобладании той или иной фракции. В то время как у семян из средней тайги (Енисейское лесничество) существует различие в этом показателе по классам роста дерева, и преобладающими у деревьев I класса роста являются альбумины, а у IV – глобулины и проламины. Что касается распределения рассматриваемых фракций белкового азота в семенах в зависимости от их расположения в плодоносящей части кроны дерева, то максимальное их количество сосредоточено в верхней части, обладающей более высокой метаболической и аттрагирующей способностями.