Спосіб діагностики функціонального стану рослин

Реферат: UA 90658 U UA 90658 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до рослинництва, а саме вирощування рослин за несприятливих умов середовища. Спосіб може бути використаний для оцінювання продуктивності рослин, для відбору рослинних об'єктів за стійкістю при створенні фітоценозів, стійких до стресорного впливу чинників середовища. Відомий спосіб діагностики функціонального стану рослин, згідно з яким окиснювальний стрес за дії несприятливих чинників встановлюють за змінами активності ферментів антиоксидантного захисту [1]. До причин, що перешкоджають спрощенню процесу діагностики, слід віднести тривалість і складність процедури екстракції білкової фракції, визначення вмісту білку та активності комплексу ферментів за окремими методиками із використанням набору специфічних реактивів. Найбільш близьким до об'єкта, що заявляється, є спосіб діагностики функціонального стану рослин [2], який включає вирощування рослин за дії ксенобіотика, підготовку препарату кореня рослин до аналізу, встановлення локалізації фенольних сполук в клітинах тканин кореня та визначення окиснювального стресу за тестовим показником. Спосіб передбачає операцію підготовки препарату шляхом виготовлення поперечних зрізів кореня заданої товщини (1 мкм) із використанням спеціального обладнання, що відрізняється складністю. Операцію встановлення діагностичного показника ускладнює необхідність використання аналітичного реагенту для фенольних сполук при гістохімічній обробці препарату і проведення УФ-мікроскопічного аналізу. Здійснення способу завершується суб'єктивною візуальною оцінкою люмінесценції клітин, що знижує достовірність визначення окиснювального стресу рослин. Крім того, проведення діагностики за певної концентрації ксенобіотика унеможливлює встановлення ступеню токсичного впливу залежно від вибіркової фітотоксичності стресорного чинника та видоспецифічної стійкості рослин. В основу корисної моделі поставлено задачу: в способі діагностики функціонального стану рослин шляхом виключення операції підготовки препарату кореня, виключення прийомів обробки реагентами і складного інструментального аналізу в операції виміру тестового показника та встановлення відносного лінійного розміру локалізації бурого пігменту в тканині кореня в діапазоні концентрацій ксенобіотика забезпечити підвищення достовірності та спрощення визначення функціонального стану рослин. Поставлена задача вирішується тим, що у способі діагностики функціонального стану рослин, який включає вирощування рослин за дії ксенобіотика, встановлення показника локалізації фенольних сполук в тканині кореня та визначення окиснювального стресу, згідно з корисною моделлю, встановлюють лінійний розмір локалізації бурого пігменту в тканині кореня відносно загальної довжини кореня залежно від концентрації ксенобіотика і при збільшенні показника визначають підсилення окиснювального стресу рослин. Спосіб базується на загальній закономірності порушення фізіологічного стану рослин за дії несприятливих чинників середовища внаслідок виникнення окиснювального стресу. Такий функціональний стан характеризується підвищеним вмістом активних форм кисню, утворенням у коренях бурого пігменту в результаті окиснювальної модифікації фенольних сполук, підсиленням лігніфікації, пригніченням процесів росту, що призводить до зниження продуктивності рослин. Ступінь окиснювального стресу визначається фітотоксичністю чинника середовища і видоспецифічною стійкістю рослин. Підготовка препарату до аналізу виключається. Обробка коренів спеціальними реагентами стає непотрібною, оскільки визначається локалізація бурого ферменту фенольної природи безпосередньо в поверхневих тканинах кореня, а не люмінесценція клітин поперечного зрізу кореня, у яких локалізовані фенольні сполуки. Встановлення тестового показника не потребує спеціальних приладів. Зміни функціонального стану встановлюють за кількісним показником без руйнування тканин кореня відразу після вирощування рослин замість візуальної оцінки люмінесценції клітин після тривалих процедур підготовки препарату та попередньої обробки реагентами. Кількісне визначення значень тестового показника замість якісної оцінки змін дозволяє проводити диференційну діагностику ступеня впливу та видоспецифічної стійкості рослин, а також здійснювати прогнозування на основі дозової залежності. Внаслідок цього забезпечується підвищення достовірності та спрощення діагностики функціонального стану рослин. Заявлений спосіб здійснюється наступним чином. Вирощують рослини за дії різних концентрацій ксенобіотика. Встановлюють лінійний розмір локалізації бурого пігменту в тканині кореня відносно загальної довжини кореня. Аналізують 1 UA 90658 U 5 10 15 зміни тестового показника залежно від концентрації ксенобіотика. При збільшенні величини цього показника діагностують підсилення окиснювального стресу рослин. Приклад 1. Для визначення стресорного впливу гербіциду харнесу (діюча речовина ацетохлор) пророщували насіння кукурудзи гібриду Промінь 170 MB на розчинах із різною концентрацією ксенобіотика (0,08-0,40 мМ) та воді (контроль). По завершенню тестування (7 діб) визначали загальну довжину кореня, лінійний розмір локалізації бурого пігменту в тканині кореня, а потім перераховували цей показник у % від загальної довжини кореня. Для підтвердження змін функціонального стану паралельно визначали загальноприйнятий показник - індекс толерантності, як приріст кореня дослідних рослин відносно контролю (%). Отримані результати наведені у табл. 1. Аналізуючи дані табл. 1, слід зазначити, що накопичення бурого пігменту в тканині кореня спостерігалось починаючи з концентрації ацетохлору 0,24 мМ. Зростання концентрації токсиканта у середовищі кореневого живлення призводить до корелятивно пов'язаних змін: збільшення лінійного розміру локалізації бурого пігменту і зниження індексу толерантності (r=0,99, р=0,01). Таблиця 1 Концентрація Загальна ацетохлору, довжина мМ кореня, мм Контроль 212,9±15,3 0,08 122,6±6,1 0,16 95,4±6,8 0,24 83,5±6,3 0,32 73,0±9,1 0,40 66,9±8,7 20 Лінійний розмір локалізації бурого пігменту в Індекс тканині кореня толерантності, % мм % від загальної довжини кореня 0 0 100 0 0 57,6 0 0 44,8 35,9±2,5 42,6 39,2 32,9±3,1 45,4 34,3 34,8±3,8 52,1 31,4 Отже, отримані результати підтверджують діагностичну значимість тестового показника для визначення підсилення окиснювального стресу рослин залежно від концентрації органічного ксенобіотика. Приклад 2. Аналогічно прикладу 1 порівнювали ефект різних концентрацій іонів свинцю на функціональний стан рослин кукурудзи. Отримані результати наведені у табл. 2. Таблиця 2 Загальна Концентрація довжина 2+ Рb , мМ кореня, мм Контроль 117,0±7,1 0,01 132,7±9,6 1 38,0±2,6 25 30 35 Лінійний розмір локалізації бурого пігменту в Індекс тканині кореня толерантності, % мм % від загальної довжини кореня 0 0 100 0 0 113,4 9,1±1,1 23,9 32,5 Результати тестування підтверджують, що функціональний стан рослин залежно від концентрації Рb суттєво відрізняється. При концентрації 0,01 мМ Рb відзначено незначний стимулювальний вплив на ріст кореня, а накопичення бурого пігменту не спостерігається. 2+ Навпаки, концентрація 1 мМ Рb спричиняє суттєве пригнічення ростових процесів, а значення лінійного розміру локалізації бурого пігменту в тканині кореня свідчить про наявність окиснювального стресу рослин. Приклад 3. Аналогічно прикладу 1 визначали комбінований токсичний вплив іонів свинцю та кадмію на рослини ехінацеї пурпурової згідно методу планованого факторного експерименту за 2 схемою 2 [3]. Концентрації токсикантів на нижньому рівні складали 0,2 мМ, а на верхньому рівні - 0,8 мМ. При розрахунку регресивного рівняння до схеми досліду додавали контрольний 2+ 2+ 2+ варіант (концентрація Рb та Cd дорівнювала 0) та центр експерименту (концентрація Рb та 2+ Cd дорівнювала 0,5 мМ). Експериментальні результати наведені у табл. 3. 2 UA 90658 U Таблиця 3 Концентрація металу, мМ 2+ Рb 0 0,2 0,8 0,2 0,8 0,5 5 10 15 20 25 30 35 іонів 2+ Cd 0 0,2 0,2 0,8 0,8 0,5 Лінійний розмір локалізації бурого Індекс Загальна довжина пігменту в тканині кореня толерантності, кореня, мм % від загальної довжини % мм кореня 13,6±5,7 0 0 100 7,7±3,8 3,8±0,5 49,3 56,3 4,8±2,7 2,3±0,4 48,0 35,4 3,9±2,4 3,3±0,3 84,9 28,8 3,4±1,9 3,1±0,4 92,1 25,1 3,8±2,1 2,9±0,3 77,5 27,8 На основі цих результатів розраховували регресивне рівняння залежності лінійного розміру 2+ 2+ локалізації бурого пігменту в тканині кореня (у) від дози Рb (х1) та Cd (x2). Розрахунки виконували у програмі Statistica 6.0 у модулі "General Linear Models", за математичну модель для опису регресивної залежності обирали поліноміальне рівняння другого ступеню з двома змінними (Метод "Повний факторний експеримент" - "Full Factorial"). Була отримана залежність (1): y=51,78 × 1+113,33 × 2-60,11 × 1x2 2 (r =0,94, р=0,025) (1) Аналізуючи значення коефіцієнтів рівняння (1), слід зазначити більш значний 2+ 2+ стимулювальний ефект Cd порівняно з Рb на накопичення бурого пігменту та антагонізм взаємної дії обох іонів металів на цей показник. Підвищення діагностичного критерію при зниженні індексу толерантності рослин за більш токсичних умов середовища підтверджене наявністю корелятивного зв'язку між цими показниками (r=-0,94, р=0,01) Отже, на основі кількісних значень діагностичного показника можлива диференційна оцінка окиснювального стресу рослин для ксенобіотиків різної фітотоксичності із визначенням типу їхньої комбінованої дії. Таким чином, наведені приклади підтверджують, що при здійсненні заявленого способу досягнуто підвищення достовірності та спрощення діагностики функціонального стану рослин, обумовленого окиснювальним стресом за дії різних ксенобіотиків, на основі тестового показника локалізації бурого пігменту в тканині кореня. Джерела інформації: 1. Baccouch S. Chaoui A., Ferjani E. El. // J. Plant Nutr. - 2001. - V. 24, N 7. - P. 1085-1097. 2. Schutzendubel A., Schwanz P., Teichmann T. et al. // Plant Physiol. - 2001. - V. 127, N3. - P. 887-898. 3. Максимов В.H. Многофакторный эксперимент в биологии / В.Н. Максимов. - М.:МГУ, 1980. - 280 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб діагностики функціонального стану рослин, що включає вирощування рослин за дії ксенобіотика, встановлення локалізації фенольних сполук в тканині кореня та визначення окиснювального стресу, який відрізняється тим, що встановлюють лінійний розмір локалізації бурого пігменту в тканині кореня відносно загальної довжини кореня залежно від концентрації ксенобіотика, і при збільшенні показника визначають підсилення окиснювального стресу рослин. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3