Особенности генеративного развития и динамики накопления аскорбиновой кислоты в листьях и соцветиях тетраплоидной ромашки аптечной

1994)

Впервые витамин "С” был выделен русским ученым Бессоновым из сока капусты

в 1922 году (Карабанов,1977). Венгерский ученый Сент-Гиорги обнаружил, что

полученный им препарат витамина “С” является гексуроновой кислотой. В связи

с физиологическим действием витамина “С” он получил новое название –

аскорбиновая кислота (АК). Структуру этого витамина почти одновременно

расшифровали английские ученые Эйлер и Хирст, немецкий исследователь Михель

(Колотилова,Глушанков,1976).

Аскорбиновая кислота представляет собой бесцветные кристаллы и имеет

эмпирическую формулу (С6Н8О6), молекулярную массу 176 и в химическом

отношении представляет собой лактон-2,3-диэнол-1-гулоновой кислоты

(Кретович,1971).

В кристаллической форме аскорбиновая кислота устойчивая. В водных

растворах быстро теряет свою биологическую активность, особенно в

присутствии воздуха и следов металла (Кудряшов.1948). Аскорбиновая кислота

является одноосновной кислотой, дающей соли типа С6Н7О6М. Она легко

растворяется в метиловом спирте, но в высших спиртах почти не растворима

(Кретович,1971).

Витамин “C” – близкое к сахарам соединение с сильными

восстановительными свойствами (Гребинский,1975). В отличие от всех других

витаминов, витамин "C” наиболее нестоек и легко разрушается (Букин,1982).

Наличие в молекуле этого витамина, так называемой диэнольной группировки,

обуславливает подвижность двух атомов водорода. При потере их, то есть

окислении, аскорбиновая кислота переходит в дегидроаскорбиновую кислоту

(ДГАК) (Карабанов,1977).

[pic]

Если окисление не было глубоким, аскорбиновая кислота вновь может

быть возвращена в исходную форму. Обе формы (собственно АК и ДГАК)

биологически активны, только вторая менее устойчива.

Переходы (АК [pic] ДГАК) осуществляются разными ферментами.

Аскорбиновая кислота окисляется при действии аскорбаторедуктазы,

пероксидазы, полифенолоксидазы. Дегидроаскорбиновая кислота

восстанавливается при участии аскорбаторедуктазы (Гребинский,1975). Среди

условий, влияющих на скорость окисления аскорбиновой кислоты, кроме

катализаторов, очень важную роль играет реакция среды: витамин “C”

относительно более устойчив в кислой реакции среды, малоустойчив в

нейтральной и чрезвычайно быстро распадается в щелочной (Матусис,1975).

Аскорбиновая и дегидроаскорбиновая кислоты относятся к так называемой

свободной аскорбиновой кислоте. Известна еще ее связанная форма –

аскорбиген. Это устойчивое к окислению вещество, обладающее почти

половинной активностью восстановленной аскорбиновой кислоты

(Карабанов,1977). Природа и функции связанной формы аскорбиновой кислоты

находятся в процессе изучения (Кретович,1971).

2. Особенности синтеза аскорбиновой кислоты в растительном

организме.

В растениях, так же как и в организме человека и животных, витамины

ведут себя весьма активно.

Если человек и животные приспособились получать готовые витамины из

растений, то растениям приходится синтезировать их из простых соединений.

Для этого в ходе эволюции они освоили сложные биохимические реакции, идущие

с использованием солнечной энергии (Шараев, 1994).

Синтез витаминов и их накопление происходит уже при прорастании

семян. В покоящихся семенах витамин “C” не обнаруживается, а при их

прорастании они становятся настоящими кладовыми этого “источника здоровья”.

Больше всего витамина “C” синтезируется в листьях растений, особенно

на солнечной стороне. В период подготовки к цветению количество

аскорбиновой кислоты достигает максимума. Во время цветения и

плодообразования в земных частях растений витамина “C” становится все

меньше и меньше, он накапливается в бутонах, цветах, завязях и плодах.

Созревшие плоды, как правило, наиболее богаты витамином “C” (Овчаров,

1955).

Синтез аскорбиновой кислоты идет с использованием солнечной энергии.

Поэтому интенсивность образования витаминов в растениях подчиняется

известному принципу: чем больше света и тепла, тем больше “молекул жизни”.

Уже давно установлено, что в годы с небольшим количеством солнечных лучей

содержание витамина “C” снижено. На скорость синтеза и сохранность

аскорбиновой кислоты в растениях положительно влияет оптимальная

обеспеченность их водой, минеральными и органическими питательными

веществами (Овчаров, 1969).

Известны следующие типы образования аскорбиновой кислоты в растениях:

1) световой, то есть зависимый от фотосинтеза тип образования ее в

земных листьях;

2) независимый от света синтез ее в прорастающих семенах;

3) независимый от света, так называемый травматический синтез в

пораненных органах (Карабанов, 1977).

Многие исследователи считают, что аскорбиновая кислота в организме

растений синтезируется за счет сахаров. Однако, вопрос о конкретной

форме сахара, из которого она синтезируется и путях его превращения по-

прежнему не ясен. Одни авторы считают, что аскорбиновая кислота

образуется в тканях растений при ближайшем участии маннозы; другие –

из глюкозы; третьи полагают, что синтез витамина “C” в одинаковой мере

стимулируется как моно - , так и дисахарами (Егоров, 1954). В

настоящее время преполагают, что аскорбиновая кислота синтезируется в

растениях из Д-глюкозы и Д-галактозы независимыми путями. При

образовании аскорбиновой кислоты из Д-галактозы идут следующие

реакции:

[pic]

При образовании аскорбиновой кислоты из Д- глюкозы используется (-

гулоновая кислота, образующаяся из глюкуроновой кислоты (Гребинский, 1975):

[pic]

Человек и другие приматы не способны синтезировать аскорбиновую

кислоту. Источником поступающего с пищей витамина “C” служат растительные

ткани (Гудвин, Мерсер, 1986).

3. Значение аскорбиновой кислоты для растений и животных.

Возможности витамина “C” сложны и многогранны. Он непременный

участник биосинтеза белков в животных организмах, прежде всего коллагена и

эластина, которые обеспечивают прочность и эластичность костей, хрящей.

Аскорбиновая кислота участвует в окислительно-восстановительных процессах ,

происходящих в тканях, обезвреживании токсичных веществ, биосинтезе

гормонов и других необходимых для организма веществ. Витамин “C” участвует

в освоении животным организмом питательных веществ из пищи, в том числе

различных витаминов и минеральных веществ. Аскорбиновая кислота является

внутренней “скорой помощью” при простудах, обеспечивая высокий уровень

защитных сил против болезнетворных микробов и повышает сопротивляемость

организма к нервно-психическим нагрузкам. Без нее невозможно выздоровление

организма от ран, воспалительных процессов, язвенных поражений желудка,

кишечника. Витамин “C” повышает адаптационные возможности и

сопротивляемость организма к неблагоприятным воздействиям.

Когда потребность в витамине “C” удовлетворяется не полностью,

возникает его недостаточность –гиповитаминоз. В условиях большего дефицита

развивается авитаминоз (цинга). Суточная потребность в аскорбиновой кислоте

составляет 50-100 мг.

Потребность в витамине “C” в основном удовлетворяется за счет

растительных продуктов (картофеля, капусты). Кладовыми аскорбиновой кислоты

являются шиповник, облепиха, смородина черная, зелень, клубника, горох

зеленый, томаты и многие другие овощные и плодовые культуры.

Хорошими и надежными источниками витамина “C” являются дикорастущие

съедобные травы: борщевик, лебеда, крапива, лопух, клевер, одуванчик,

ромашка аптечная, сныть обыкновенная и другие (Шараев, 1994).

В растениях, также как и в животных организмах, аскорбиновая кислота

играет немаловажную роль. Отдавая или присоединяя атом водорода

аскорбиновая кислота выступает в роли его переносчика, особенно там, где

происходит образование богатых энергией молекул АТФ. Тем самым она служит

промежуточным звеном между различными веществами и реакциями растительного

организма (Карабанов, 1977).

Аскорбиновая кислота может быть донором электронов в фотосинтетических

реакциях. Полагают так же, что аскорбиновая кислота участвует в переносе

электронов от пластохинона к цитохрому f при фотофосфорилировании.

Кроме непосредственного участия аскорбиновой кислоты в процессах

фотосинтеза, она может положительно воздействовать на ассимиляцию

углекислоты путем предохранения хлорофилла от окисления (Кудряшов, 1948 ;

Овчаров, 1958).

Аскорбиновой кислоте принадлежит значительное место в дыхании

растений. Наличие аскорбиновой кислоты в растении и ее участие в

дыхательной системе придает большую стойкость растительному организму, так

как она может окисляться различными ‘конечными” оксидазами, то есть может

функционировать в различных условиях температуры и на различных этапах

развития растений (Егоров, 1954).

Сорта, содержащие большое количество аскорбиновой кислоты,

характеризуются повышенной морозо- и газоустойчивостью.

В растительных организмах, витамин “C” действует в составе единой

окислительно-восстановительной системы, вторым компонентом которой

выступает глютатион. Система аскорбиновая кислота – глютатион наиболее

активна в зоне клеточного деления, то есть она имеет непосредственное

отношение к росту растений (Карабанов, 1977).

Участвуя во всех окислительно-восстановительных процессах в

растительном и животном организмах, аскорбиновая кислота оказывает

активирующее действие на ферменты, может функционировать в качестве

коферлинта, способствует нормальному развитию и повышению сопротивляемости

организма к неблагоприятным факторам внешней среды.

Глава 2. Методика исследования

В 1999 году на базе Ботанического сада УдГУ был заложен полевой опыт

на площади 180 м2. Повторность опыта была трехкратная (рис. 2 ).

[pic]

Летом 1999 года (18.06) были взяты почвенные образцы методом конверта.

Анализ почв был проведен в лаборатории М.Ф. Кузнецова (1997) (прил. 1).

Объектом нашего исследования была новая генетическая форма Ромашки

аптечной с тетраплоидным набором хромосом, семена которой были привезены из

США. Исследование данного генетического типа продолжалось 2 года (1999-2000

г.г.).

Семена Ромашки были посеяны 1.05.99 года рядками с междурядьями

шириной 0,5 м. Ряды располагались поперек склона. Глубина заделки семян 1-

1,5 см. Высеянные семена были присыпаны торфяной крошкой против образования

корки на почве.

Уход за посевами Ромашки аптечной состоял в прополке и рыхлении

междурядий в оба года исследования.

В 1999 году произошло обильное осыпание семян Ромашки, часть из них

сразу дали всходы, поэтому Ромашка ущла под зиму в стадии розетки листьев.

В период с 1999- 2000г.г. проводились дальнейшие наблюдения за

особенностями онтогенеза Ромашки аптечной, исследовалось влияние внешних

факторов на урожайность и накопление витамина “C” в листьях и цветах

Ромашки в условиях Удмуртии.

В связи с этим перед нами были поставлены следующие задачи:

1. Проследить за особенностями развития Ромашки . Отметить наступление

очередного этапа генеративной фазы развития растения в условиях

Удмуртии.

2. Изучить влияние погодных условий на количественные характеристики

Ромашки аптечной: число соцветий, их размер и массу.

3. Выяснить как влияют погодные условия на урожайность соцветий

Ромашки аптечной.

4. Проследить за динамикой накопления аскорбиновой кислоты в листьях и

цветах Ромашки аптечной за период онтогенеза.

5. Сравнить онтогенетические особенности развития Ромашки аптеч-

ной, а также количественное содержание аскорбиновой кислоты в

листьях и цветах Ромашки диплоидного и тетраплоидного типа.

Для решения вышепоставленных задач в оба года исследования проводились

следующие наблюдения и анализы:

1. Для изучения особенностей развития Ромашки аптечной проводились

фенологические наблюдения с момента появления всходов до гибели растений,

в 1999 году с периодичностью в 14 дней, в 2000 году с перерывом в 7-10

дней, так как неблагоприятные погодные условия ускорили прохождение

основных этапов развития Ромашки.

В связи с тем, что особенностью Ромашки аптечной является продол-

жительное цветение, генеративное развитие было разделено на несколько фаз:

бутонизацию, начало цветения, массовое цветение, цветение – начало

плодоношения, массовое плодоношение. В каждый год исследования отмечалась

дата наступления, продолжительность и конец определенной фенофазы Ромашки

аптечной.

2. Для измерения диаметра соцветий Ромашки каждые две недели ви-

зуально отбирались три типичных по своим характеристикам растения с каждой

повторности. При этом с помощью линейки определяли длину и ширину ложно-

язычковых цветов, диаметр цветоложа одного верхнего соцветия каждого

взятого растения.

3. Урожайность Ромашки аптечной определялась путем сбора вручную

распустившихся соцветий с типичного по фитометрическим показателям ряда

каждой повторности. Пересчет производился на площадь участка, а затем на

гектар.

В течение лета в оба года исследования 5 раз производился

сбор и

взвешивание свежесобранных, а затем сухих соцветий для расчета процентного

выхода сухого сырья.

4. Биохимический анализ на содержание аскорбиновой кислоты прово-

дился в течение всего вегетационного периода 5-6 раз в листьях и цветах

Ромашки аптечной.

Анализы на аскорбиновую кислоту делали титролитрическим методом по

Б.П.Плешкову (1968). Данный метод основан на способности аскорбиновой

кислоты восстанавливать в кислой среде индикатор синего цвета 2,6 –

дихлорфенолиндофенола до лейкоформы.

5. Обработка данных была произведена методом дисперсионного ана-

лиза по Б.А.Доспехову (1979).

Глава 3. Эдафо-климатические погодные условия

района исследования.

Климат Удмуртии – умеренно-континентальный с продолжительной холодной

зимой и коротким теплым летом. В летнее время изредка наблюдается

поступление с юга и юго-востока очень теплых воздушных масс, с которыми

связан засушливый жаркий период.

Длительность холодного периода (с температурами ниже 0(С) составляет

165-175 дней. Продолжительность теплого периода (с температурой больше 0(С)

– 190-200 дней (Агроклиматический справочник , 1974).

Основными климатическими факторами, определяющими условия роста и

развития являются тепло и влага. Так как благоприятные условия растений

складываются при средних температурах воздуха 10-25(С, поэтому

теплообеспеченность территории принято оценивать суммой положительных

температур выше 10(С за период активной вегетации (124 – 133 дня ), которая

в пределах республики изменяется от 1500(С на севере до 2100(С на юге

(Агрометеорологические условия…,1978).

По характеру увлажнения Удмуртия относится к зоне с неустойчивым

увлажнением, где испарение нередко превышает количество выпавших осадков и

бывают засухи.

Средняя годовая сумма осадков колеблется в пределах 450 – 550 мм. За

вегетационный период выпадает 250 – 300 мм осадков.

Ботанический сад УдГУ, на территории которого проводились

исследования, находится на северной окраине г.Ижевска. По географическому

положению и климатическим условиям он относится к наиболее теплому третьему

агроклиматическому району, включающему южную половину Удмуртии

(Агроклиматический справочник, 1974).

Почва на территории Ботанического сада дерново-суглинистая, по

механическому составу легко-суглинистая с нейтральной реакцией среды

(pH=6,2 – 6,5). Она характеризуется низким содержанием обменного калия (6,5

– 9,6 мг/100г почвы) и подвижного фосфора (5,5 – 9,0мг/100г почвы), хорошей

обменной (32,9 – 37,2мг –экв/100г почвы) и гидролитической кислотностью

(0,95 – 1,41мг –экв/100г почвы), средним количеством гумуса (3,63 – 5,28%)

(прил.1).

Весна 1999 – 2000г.г. характеризовалась температурой на 5(С ниже

средних многолетних данных и большим количеством осадков (прил.2, рис.3,

4). Особенно холодными были I и II декады мая, когда температура падала до

5 – 6(С, а количество осадков увеличивалось (прил.2, рис.3,4) .

Начало лета, т.е. июнь 1999 года, было теплым, но сухим. В I и II

декаду июня температура колебалась в пределах 14 - 16(С , в III декаду

июня произошло повышение температуры до 21,8(С (прил.2,рис.3).

Весь следующий месяц температура держалась на достаточно высоком

уровне (прил.2, рис.3). В августе 1999 года температура понизилась и

составляла 14 - 17(С (рис.3).

Характер распределения осадков за лето 1999 года был неравномерным

(рис.4). Самым засушливым месяцем был июнь, когда выпало всего 19мм

осадков, что в 3 раза меньше средних многолетних данных (прил.2). В июле

количество осадков увеличивалось и во II декаду достигало 32,6мм. Повышение

влажности продолжалось в августе. Максимальное количество осадков пришлось

на III декаду августа 72мм (прил.2,рис.4).

Таким образом, начало лета 1999 года было засушливым, середина теплой

и влажной, конец вегетационного периода по климатическим условиям был

обычным для Удмуртии.

[pic]

Май Июнь Июль Август

Сентябрь Месяцы

Рис. 3. Динамика среднедекадных температур

[pic]

Май Июнь Июль Август

Сентябрь Месяцы

Рис. 4. Среднедекадное количество осадков

Июнь 2000 года характеризовался несколько повышенными показателями

температур (17-21(С), чем средние многолетние данные (14 - 18(С) прил.2,

рис.3). В июле температура была достаточно высокой, особенно во II и III

декаде - 23(С и 22(С соответственно (рис.3). Август был теплым, по сумме

температур ( 51,6(С ) превышал средне-многолетнюю сумму температур ( 48,8(С

) (прил.2).

Распределение осадков за лето 2000 года существенно отличалось от

предыдущего года исследования. Если в 1999 году самым “влажным” месяцем был

август (137,2мм ), то в 2000 году такое название заслужил июнь, особенно

III декада (91,3мм ), в котором среднемесячное количество осадков составило

144,3мм, что в 3 раза больше среднихмноголетних показателей (прил.2,

рис.4). Самой засушливой за лето 2000 года была II декада июля. В этот

период вообще не было осадков (прил.2,рис.4). В августе сумма осадков

составляла 88,2мм, что превышало среднемноголетние данные – 60мм (прил.2).

Таким образом, в оба года исследования лето было жарким. Но в 1999

году засушливый период пришелся на июнь, а в 2000 году на июль (рис.3, 4),

что отразилось на развитии растений.

Глава 4. Результаты исследований.

4.1. Фенологические исследования Ромашки аптечной в условиях

Удмуртии.

Под индивидуальным развитием (онтогенезом) понимают прохождение

растением жизненного цикла – от оплодотворения яйцеклетки, последующих

вегетативных и генеративных процессов до естественной гибели (Лебедев,

1988).Онтогенез – это процесс развития всего растительного организма как

единого целого. Закономерное развитие организма в онтогенезе не только

предопределено наследственно, но и зависит от внешних воздействий

(Кефели,1991).

Онтогенез высших растений подразделяют на фенологические фазы развития

и роста, характеризующимися четко выраженными внешними морфологическими

изменениями, как –то: фазы прорастания семян, появление всходов, роста

стебля, цветения, образования и созревания плодов, семян. Все процессы,

происходящие в различные периоды онтогенеза, протекают синхронно и

взаимосвязаны (Куперман, 1977).

Ромашка аптечная была посеяна весной 1999 года (01.05.99). По данным

А.М.Рабиновича (1989) семена Ромашки начинают прорастать при температуре 6

– 7 (С, тогда как Л.В.Полуденный с соавторами (1979) считает, что

прорастание возможно и при температуре 2-4(С. В нашем опыте в период

прорастания Ромашки температура колебалась в пределах 5 – 6(С, что

соответствует данным А.М.Рабиновича (1989).

После прорастания семян успешно растут в длину зародышевые листья,

формируется основа вегетативной сферы растений (Куперман, 1977).

Первый настоящий лист у Ромашки аптечной появился 26.05.99. Фаза

вегетации в 1999 году длилась 24 дня, с момента появления всходов (26.05)

до закладки первых бутонов (18.06), после чего растения перешли к

генеративному развитию (табл.1).

Таблица 1.

Фенофазы Ромашки аптечной

|Фенофазы |1999г. |Продолжите|2000г. |Продолжите|

| | |льность | |льность |

|Посев |1.05 – 26.05 |26 |Самосев | |

|Начало вегетации | | | | |

|Вегетация – начало|26.05 – 18.06|24 |25.04 – 18.05 |24 |

|бутонизации | | | | |

|Бутонизация |18.06 – 25.06|8 |18.05 – 27.05 |10 |

|Начало цветения |25.06 – 9.07 |15 |27.05 – 6.06 |11 |

|Массовое цветение |9.07 – 21ю07 |13 |6.06 – 20.06 |15 |

|Цветение – начало |21.07 – 4ю08 |15 |20.06 – 29.06 |10 |

|плодоношения | | | | |

Страницы: 1, 2, 3, 4