Анотація до роботи:

Жук О.І. Кінетика ростових процесів пшениці і кукурудзи в умовах водного та високотемпературного стресів.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук зі спеціальності 03.00.12 – фізіологія рослин. – Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Київ, 2004

Дисертація присвячена встановленню закономірностей самоорганізації росту клітин поділом і розтягненням у рослин кукурудзи (Zea mays L.) й пшениці (Triticum aestivum L.) за дії посухи та високих температур.

Вперше з’ясовано, що у рослин з односпрямованим типом росту функціонують ефективні механізми саморегуляції проліферації і збільшення розмірів клітин, які за критичних рівнів дефіциту води й високих температур гальмують поділ та розтягнення клітин для підвищення їх стійкості. Встановлено критичні рівні обводнення меристем пшениці і кукурудзи для переходу клітин до розтягнення. Вперше доведено, що лімітуючим чинником для проліферації клітин листкових меристем пшениці і кукурудзи до прориву першим листком колеоптиля є вміст води в меристемі, а для рослин з фотосинтезуючими листками – водний дефіцит листкових пластинок. Водозатримна здатність клітин меристем пагона пшениці до прориву колеоптиля листком корелює з фізіологічною посухостійкістю сорту та життєздатністю рослин після дії посухи. Визначено, що відносний лінійний приріст листків і коренів пшениці й кукурудзи є чутливим інтегральним критерієм для характеристики росту за дії водного стресу та високих температур. Вперше виявлено три типи ростової реакції на водний стрес: спустошення меристеми і припинення росту за сублетальних та летальних значень водного дефіциту, 2 – монотонне відновлення росту за середніх значень водного стресу, 3 – виведення системи з рівноваги без сутєвого пошкодження за слабкого водного стресу.

Встановлено, що високі температури гальмують проліферативні процеси і менше впливають на розтягнення клітин. Кінетика ростових процесів у рослин пшениці і кукурудзи після дії високотемпературного стресу обумовлена тимчасовою або постійною інактивацією проліферативної складової росту клітин. Під час прогріву рослин пшениці за субкритичних високих температур відзначено адаптацію проліферативних процесів і підтримання їх на стабільному рівні протягом певного періоду. Дія критичних температур призводить до зупинки руху клітин по мітотичному циклу і відновлення його в післястресовий період. Виявлено синергічність дії високої температури і синтетичного ауксину 2,4-Д на інтегральний лінійний ріст листків та коренів пшениці. Допосівне замочування насіння у водних розчинах синтетичних ауксинів, цитокінінів, комплексних регуляторів росту зменшує негативну дію дефіциту води і високих температур й сприяє відновленню ростових процесів у пшениці та кукурудзи у післястресовий період.

1. У рослин пшениці і кукурудзи за дії посухи й високих температур функціонує часова-просторова координація самоорганізації росту клітин поділом та розтягненням, яка забезпечує стабільний просторово неоднорідний розподіл клітин у відповідних тканинах.

2. Водний і високотемпературний стреси спричиняють флуктуації ростових процесів з появою тимчасової нестабільності, яка переходить у новий впорядкований стабільний стан за слабкого водного стресу та підвищених температур або у відновний період після припинення дії стресових чинників.

3. Меристеми – критичні тканини для виживання проростаючого насіння, ювенільних рослин кукурудзи і пшениці за дії посухи й високих температур, стійкість яких обумовлює життєздатність рослин під час дії стресу та відновлення у післястресовий період.

4. Меристематичні клітини пшениці і кукурудзи зупиняють проліферацію за критичних рівнів дефіциту води та високотемпературного стресу з метою збереження клітинами репродуктивної здатності.

5. Застосування скринінгу сортів озимої пшениці, гібридів та ліній кукурудзи, який грунтується на детектуванні змін водного статусу меристем та проліферативної активності клітин, показало, що їх посухостійкість корелює з водозатримною здатністю меристем ювенільних рослин. Водозатримна здатність меристематичних тканин сортів пшениці виявляється в період проростання насіння та вегетативної стадії розвитку рослин.

6. Меристематичні клітини пагонів і зачатків коренів проростаючого насіння пшениці й кукурудзи залишаються життєздатними після втрати до 90% води від початкової кількості, у висушеному стані знаходяться в вимушеному спокою, в якому здатні перебувати декілька місяців та виходять з нього через кілька годин після відновлення зволоження рослин.

7. Функціонування меристем в період посухи у проростаючого насіння кукурудзи і пшениці до прориву листком колеоптиля обумовлюється їх водним статусом, а у рослин з фотосинтезуючими листками – величиною водного дефіциту листкових пластинок як донорів фотоасимілятів. Критичні для росту клітин величини водного дефіциту тканин варіюють у різних сортів і генотипів пшениці та кукурудзи.

8. Достресове збагачення насіння пшениці і кукурудзи синтетичними ауксинами й цитокінінами зменшує негативну дію водного та високотемпературного стресів, стимулює ростові процеси рослин у післястресовий період, підвищує схожість насіння.

9. Субкритичні високі температури гальмують перехід клітин меристем листків кукурудзи і пшениці до мітозу й слабкіше діють на інших етапах проліферативного процесу. Критичні високі температури зупиняють поділ клітин, але здебільшого не призводять до втрати ними проліферативної функції, яка відновлюється у післястресовий період.

10. Меристеми листків рослин озимої пшениці і кукурудзи на вегетативній стадії росту й розвитку відзначаються вищою стійкістю до водного стресу та високих температур порівняно до меристем коренів у тих же рослин. Первинні корені пшениці під час посухи гинуть і відновлюються з зачатків меристем в післястресовий період, а первинні корені кукурудзи здебільшого виживають за дефіциту води та продовжують ріст після поливу рослин.

11. Застосування регуляторів росту і додаткове забезпечення рослин азотом зменшує негативну дію субкритичних високих температур на проліферативні процеси в меристемах пагонів й коренів, довше підтримує мітотичну активність клітин меристем листків та коренів озимої пшениці.

12. Розроблено і запатентовано способи оцінки фізіологічної стійкості озимої пшениці до дефіциту води й високих температур на вегетативній стадії росту та розвитку, які грунтуються на використанні складових клітинного росту а також їх інтегрального прояву у вигляді ростової реакції.

Публікації автора:

1. Григорюк І.П., Жук О.І. Ріст пшениці і кукурудзи в умовах посухи та його регуляція . – К.: Наук.світ, 2002. –118 с.

2. Шматько И.Г., Григорюк И.А., Жук О.И. Митотическая активность в меристемах пшеницы при повышении температуры // Физиология и биохимия культ. растений.- 1988.- 20, №4.- С.372-375.

3. Шматько И.Г., Жук О.И., Григорюк И.А. Митотическая активность листовых меристем пшеницы после водного стресса // Физиология и биохимия культ. растений. - 1991.-23, №5.- С. 499-503.

4. Шматько И.Г., Жук О.И. Кинетика митозов в апексе побега пшеницы после действия водного стресса // Физиология и биохимия культ.растений.- 1992.- 24, №6.- С.564-568.

5. Шматько И.Г., Жук О.И. Реакция первичного корня кукурузы на водный стресс // Физиология и биохимия культ.растений. – 1993.- 25, №1.- С.72-77.

6. Жук О.И., Шматько И.Г., Григорюк И.А. Пролиферативная активность клеток листовой меристемы кукурузы после действия высокой температуры // Физиология и биохимия культ. растений. – 1993.- 25, №3.- С.274-277.

7. Жук О.И. Влияние водного стресса на рост клеток в меристеме первичного корня кукурузы // Физиология и биохимия культ.растений.- 1993.- 25, №.6.- С.569-575.

8. Шматько И.Г., Жук О.И., Иванова О.П. Реакция меристемы различных сортов пшеницы на высокую температуру при улучшении обеспеченности азотом // Физиология и биохимия культ.растений. – 1993.- 25, №6. – С.576- 580.

9. Шматько И.Г., Жук О.И., Молошага Н.В. Восстановительная способность стеблевых меристем озимой пшеницы после действия водного стресса // Физиология и биохимия культ.растений. – 1994.- 26, №2.- С.185-189.

10. Шматько И.Г., Жук О.И. Деление и растяжение клеток в интеркалярной меристеме листа кукурузы при дефиците воды и повышенной температуре // Физиология и биохимия культ.растений.- 1998.- 30, №.1.- С.60-65.

11. Григорюк І.П., Жук О.І. Вплив синтетичних цитокінінів і ауксинів на проростання насіння озимої пшениці за умов високотемпературного стресу // Физиология и биохимия культ.растений.- 1998.- 30, №4. – С.247-252.

12. Григорюк І.П., Жук О.І. Проліферативна активність клітин меристем листка озимої пшениці після дії високотемпературного стресу // Доп. НАН України.- 1998.- №9.- С.175-177.

13. Жук О.І., Григорюк І.П., Гродзінський Д.М. Клітинний ріст рослин за умов водного стресу // Физиология и биохимия культ.растений.- 1999.- 31, №2.- С.83-92.

14. Жук О.І., Ярошенко О.А., Григорюк І.П. Вплив посухи і передпосівної обробки насіння синтетичними цитокінінами на водний і осмотичний потенціали та мітотичну активність інтеркалярної меристеми листка гібридів кукурудзи// Физиология и биохимия культ. растений.- 2000.- 32, №6. – С.494-499.

15. Жук О.І., Ярошенко О.А., Григорюк І.П., Ніколайчук В.І. Вплив полімерних похідних цитокініну і ауксину на проростання насіння гібридів кукурудзи та теосинте в умовах високотемпературного стресу // Науковий вісник Ужгородського державного університету. Серія: Біологія, 2000, №7.- С.69-72.

16. Жук О.І., Ярошенко О.А., Григорюк І.П. Реакція проростків гібридів кукурудзи і теосинте на водний стрес // Физиология и биохимия культ. растений. – 2001. – 33, №1. – С.46-51.

17. Жук О.І., Григорюк І.П., Роїк Л.В. Відновлення ростових процесів у проростків озимої пшениці після дегідратації та обробки насіння синтетичними цитокінінами // Физиология и биохимия культ.растений. – 2001.- 33, №3. – С.263-267.

18. Жук О.І., Григорюк І.П., Варавкін В.О., Булах А.А., Дядюша Л.М., Дульнєв П.Г. Ростова реакція проростків озимої пшениці на температурний стрес та обробку препаратом “Дімекс”// Физиология и биохимия культ.растений.- 2001. – 33, №6. – С. 485-489.

19. Жук О.І., Григорюк І.П., Варавкін В.О., Булах А.А., Дядюша Л.М., Дульнєв П.Г. Вплив препарату “Гарт” на ріст проростків озимої пшениці після температурного стресу // Физиология и биохимия культ.растений. –2002. – 34, №1.- С.58-62.

20. Жук О.І., Григорюк І.П. Водозатримна здатність тканин проростаючого насіння сортів озимої пшениці за дії наростаючої посухи // Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біологія, 2002.- № 1/13. – С.45-48.

21. Григорюк І.П., Жук О.І. Ростові реакції проростків озимої пшениці на синтетичні ауксини за умов високотемпературного стресу // Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біологія, 2002. - № 3(18). – Спеціальний випуск: Фізіологія рослин. - С.186-192.

22. Григорюк І.П., Жук О.І. Дія високої температури на мітоз та ростові процеси у озимої пшениці // Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біологія, 2002. – №4/19. – С.48-55.

23. Жук О.І., Григорюк І.П. Динаміка мітозу в меристемах пшениці після дії посухи // Физиология и биохимия культ.растений. – 2003. –35, №1. – С.3-11.

24. Жук О.І., Роїк Л.В., Григорюк І.П. Модифікація ростової реакції озимої пшениці екзогенними ауксинами за високотемпературного стресу // Физиология и биохимия культ.растений. – 2003. – 35, №3. – С.200-204.

25. Григорюк І.П., Жук О.І. Динаміка мітотичної активності клітин меристем озимої пшениці за підвищених температур // Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія: Біологія, 2003. - №1. – С.32-36.

26. Григорюк І.П., Жук О.І. Активація ростових процесів проростків озимої пшениці синтетичними цитокінінами за умов високотемпературного стресу // Науковий вісник Чернівецького університету: Збірник наукових праць. – Вип. 169: Біологія. – Чернівці:”Рута”, 2003. – С.47-57.

27. Григорюк І.П., Жук О.І. Потенційна жаростійкість проростків озимої пшениці різних екотипів // Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету ім.Володимира Гнатюка, Серія: Біологія, 2003. - №2 (21). – С.24-27.

28. Декл. пат. № 42371 А Україна, МКВ 7 А01С1/00, А 01G 7/00. Спосіб оцінки посухостійкості озимої пшениці. О.І Жук, І.П. Григорюк. - Опубл. 15.10.2001, Бюл.№9.

29. Декл. пат. № 45097 А Україна, МКВ 7 А01G 7/00. Спосіб оцінки посухостійкості озимої пшениці. О.І Жук, І.П. Григорюк.- Опубл. 15.03.2002, Бюл.№3.

30. Декл. пат. № 45768 А Україна, МКВ 7 А 01G/00. Спосіб відбору посухостійких сортів озимої пшениці. О.І Жук, І.П. Григорюк- Опубл.15.04.2002, Бюл.№4.

31. Декл. пат. № 45879 А Україна, МКВ 7 А 01G/00. Спосіб оцінки жаростійкості сортів озимої пшениці. О.І Жук, І.П. Григорюк- Опубл.15.04.2002, Бюл. №4.

32. Шматько И.Г., Жук О.И. Влияние водного стресса на продолжительность митотического цикла меристем побега пшеницы // Материалы 1 Всесоюз.совещ. ”Клеточный цикл растений.”/сентябрь 1981 г., Канев/ – Киев: Наук.думка, 1983.- С.189-194.

33. Жук О.И. Выживаемость проростков пшеницы при различных уровнях оводненности меристематических тканей //Регуляция водного обмена растений Материалы УІІ Всесоюз. симп. (Киев, сент. 1981 г.,) – Киев: Наук. думка, 1984. - С.87-89.

34. Жук О.И. Изменение митотического индекса стеблевой меристемы пшеницы в восстановительный период после обезвоживания // Регуляторные механизмы физиологических процессов у растений: Материалы ІІІ Респ.конф.молодых исследователей. – Киев: Наук.думка, 1985.- С.114-116.

35. Шматько И.Г., Жук О.И. Состав популяции клеток меристем пшеницы при разной водообеспеченности // Регуляция клеточного цикла растений: Сб.научн.тр. – Киев: Наук.думка, 1985. – С.148-152.

36. Шматько И.Г., Жук О.И. Влияние водного стресса на пролиферативную активность стеблевых меристем пшеницы // Регуляция физиологических функций растений: Сб.научн.тр. – Киев: Наук.думка, 1986.- С.30-36.

37. Жук О.І. Відновлення мітотичної активності в меристемах пагона озимої пшениці після глибокого обезводнення // Актуальні проблеми фізіології водного режиму та посухостійкості рослин: Зб. наук.праць, присвяч. пам’яті д-ра біол.наук, проф. Шматька Івана Григоровича / НАН України. Ін-т фізіології рослин і генетики.- К.: ТОВ: ”Міжнар. фін. агенція”, 1997. –С.53-55.

38. Шматько И.Г., Жук О.И. Влияние водного дефицита на образовательные ткани растений // Материалы Всес. симп. ”Физиолого-биохимические механизмы регуляции адаптивных реакций растений и агрофитоценозов.” /Кишинев, 11-13 дек.1984 г./- Кишинев: Штиинца, 1984.- С.76-77.

39. Шматько И.Г., Жук О.И. Значимость отдельных факторов для ростовой реакции корня кукурузы на водный дефицит // Тез. докл. Второго Всесоюз. коорд. совещ.

”Физиолого - биохимические основы продуктивности кукурузы.”

/Днепропетровск, 3-5 июля 1984 г. /.- Днепропетровск: Б.и., 1984. – С.5.

40. Жук О.І. Вплив водного стресу та підвищених температур на меристематичні тканини пшениці та кукурудзи // ІІ з’їзд Укр. т-ва фізіологів рослин / Київ, 4-7 жовтня 1993 р./: Тез. доп.- К.: Б.в., 1993. - Т.1.- С.70.

41. Шматько І.Г., Жук О.І., Іванова О.П. Вплив підвищеної температури на ростові процеси пшениці при різному забезпеченні азотом // ІІ з’їзд Укр. т-ва фізіологів рослин /Київ, 4-7 жовтня 1993 р./: Тез. доп. – К.: Б.в., 1993. - Т.2. – С.139.

42. Shmat’ko I.,Grigoryuk I., Shvedova O., Petrenko N, Tkachev V., Zhuk O. Plant genotypic response to water and high-temperature stresses // (Abstracts 10 ^th FESPP Congress ’’From Molecular Mechanisms to the Plant: an Integrated Approach’’); Plant Physiology and Biochemistry, Florence, Italy, Sept. 9-13, Gauthier-Villars, 1996.- P.255.

43. Жук О.И., Ткачев В.И., Григорюк И.А. Особенности роста клеток и пролиферация в меристемах растений при водном стрессе // Материалы Междунар.конф. по анатомии и морфологии растений, посвящ. 150-летию со дня рождения И.П.Бородина ( Санкт-Петербург, 2-6 июня 1997 г.)- Санкт-Петербург: Диада, 1997. – С.251.

44. Григорюк И.А., Шведова О.Е., Петренко Н.И., Ткачев В.И., Жук О.И., Ярошенко Е.А., Михальский Н.Ф., Нижник Т.П., Роик Л.В. Устойчивость растений к водному и высокотемпературному стрессам и способы ее повышения // Регуляция роста, развития и продуктивности растений (Материалы Междунар. научн. конф., Минск, 9-11 ноября, 1999 г.).- Минск: Б.и., 1999. - С.173-174.

45. Grigoryuk I.P., Zhuk O.I. Division and extension of cells in meristems under water deficit and high temperature // XXXI Annual Meeting (ESNA) 8-12 Sept. 2001. Chania: Book of Abstracts. – Chania, Create, 2001. – P.98.

46. Григорюк И.А., Жук И.В., Жук О.И. Регуляция ростовых процессов у пшеницы экзогенными цитокининами и ауксинами после теплового шока // Материалы III Междунар. науч. конф. «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 8-10 октября 2003 г.). – Минск: ИООО «Право и экономика», 2003. – С.201.