Индукцией ГК новообразования гидролитических ферментов в алейроновом слое зерновых культур является прорастание. Однако, поскольку клетки алейронового слоя и те клетки зародышевой оси, изменения в которых при прерывающих покой воздействиях предшествует прорастанию, во многом сходны по строению и физиологическим особенностям, можно ожидать, что исследования механизма действия ГК в алейроновом слое дадут ключ к пониманию действия ГК в других клетках и тканях семени ( R. D. Jhons, J.L. Stoddart, 1985).
Хорошо известно, что при прорастании семян экзогенные цитокинины (ЦК) могут противодействовать различным ингибиторам роста и прорастания. Из этих наблюдений следует, что ЦК необходимы для прорастания семян некоторых видов растений. Позднее было доказано, что блокирование индуцированных гиббереллинами процессов прорастания или активации ферментов природными ингибиторами может быть преодолено обработкой цитокининами.
Выяснение путей участия ЦК в прорастании может иметь важное практическое значение. Ранее было доказано, что прорастание семян и рост сельскохозяйственных растений усиливаются, если перед посевом семена были обработаны смесями регуляторов роста, составной частью которых является цитокинин.
При изучении влияния ЦК на прорастание семян первоначально использовали такие соединения, например, как Кинетин и другие, которые не встречаются в растениях. Количественная и качественная реакция растений на воздействие различных ЦК может существенно различаться, но есть основания предполагать, что "синтетические" ЦК стимулируют прорастание значительно сильнее, чем природные.
У многих видов растений ЦК часто снимают угнетающее воздействие природных ингибиторов на прорастание семян. Многие данные свидетельствуют в пользу представления, согласно которому взаимодействие ЦК - ингибитор осуществляет верховный контроль над прорастанием (А.А. Khan, 1976, N.E. Tolbert, 1965).
Учёные убедились в том, что в семенах присутствуют природные ЦК, которые при взаимодействии с регуляторами роста регулируют метаболические процессы, предшествующие прорастанию. Покой может быть прерван под воздействием самых различных факторов, включая понижение температуры и длину дня ( R.D. Amen. 1968; A. Vegis. 1964).
В последние годы началось более основательное исследование роли ЦК в покое семян. Установление факта о том, что содержание эндогенных ЦК в период покоя и в момент его прерывания различно, существенно дополнило результаты исследований с эндогенными ЦК и послужило доказательством важной роли их в пребывании покоя.
О синтезе ЦК в семенах и других частях растений известно мало. Ничего не известно даже о происхождении ЦК в семенах: нет данных, чтобы установить, синтезируются ли ЦК в самих семенах или же передвигаются из других частей материнского растения в процессе эмбриогенеза.
Роль ЦК во взаимодействии с природными ингибиторами может заключаться в регуляции трансляции нуклеиновых кислот и синтеза ферментов. Это один из многочисленных путей воздействия ЦК на прорастание семян и рост растений. Существуют данные и в пользу ряда других механизмов (Т.Н. Thomas, 1975).
Исследования показали, что абсцизовая кислота (АБК) является эффективным ингибитором роста и содержится в семенах, отсюда возникло предположение о том, что АБК играет определённую роль в прорастании, особенно у тех семян, которым свойственен покой, поскольку в семенах, которые выводили из покоя с помощью специфической обработки, уровень АБК снижался. Позднее были получены результаты, в которых уточнялось наличие АБК в семенах, об изменении содержания АБК в покоящихся семенах в период стратификации и об ингибировании прорастания экзогенных АБК.
Имеется много сообщений о том, что экзогенная АБК ингибирует прорас- тание покоящихся семян и семян, покой которых был нарушен различными способами. В связи с тем, что АБК сильный ингибитор клеточного растяжения, трудно отделить прямое воздействие АБК на удлинение корешка от процессов, специфичных для прорастания.
В последние годы были проведены разнообразные исследования для получения информации о механизме действия АБК. Было показано, что АБК ингибирует в семенах синтез РНК, в том числе в тех, которые нуждаются в стратификации (К. Дерфлинг, 1985; В. Кефели, 1989).
Было доказано, что экзогенная АБК ингибирует ряд ответных реакций, вызваных гиббереллинами в алейроновом слое семян, и наоборот, торможение прорастания с помощью ГК. Таким образом, можно сделать вывод о возможности существования обратной зависимости между уровнем АБК с одной стороны и уровнями ЦК и ГК с другой, во время выхода семян из покоя.
Многочисленные сообщения свидетельствуют о том, что экзогенная АБК ингибирует прорастание семян не находящихся в состоянии покоя. В связи с тем, что АБК обычно тормозит клеточное растяжение, трудно отделить этот эффект от каких-либо специфических воздействий, которые она может оказывать на прорастание.
Можно сказать, что понимание роли АБК в прорастании и покое семян во многом зависит от того, когда станет известно, где и когда происходит синтез АБК и как он регулируется (D.S. Walton, 1988).
Индуцирование защитных механизмов растений с помощью фитогормонов и синтетических регуляторов роста привлекает всё большее внимание исследователей в связи с необходимостью разработки экологически безопасных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.
По мнению учёных органические производные кремния в XXI веке станут основой экологически чистых средств защиты растений. Кремниевые препараты и их аналоги - Этефон, Тур, Янтарная кислота и другие - сравнивали по эффективности на зерновых культурах. Их экологическая безвредность показана на примере влияния на гидробионтов и насекомых. Эти препараты обладают лёгкой биоградабельностью в почве, воде, организмах животных и растений (В.М. Дьяков, 1999).
В среднерусской научно-исследовательской фитопатологической станции (В. П. Кратенко, М.Н. Васецкая, 1999) проводили протравливание семенного материала препаратами Гумат К, Эмистим, Экост, Эпин, что снижало уровень семенной инфекции на 19,3…51,2 %, а заражённость проростков корневыми гнилями на 50…60 %. Предпосевная обработка также позволила уменьшить поражённость вегетирующих растений пшеницы и ячменя болезнями (бурая ржавчина, септориоз, мучнистая роса пшеницы и гельминтоспориозные пятнистости ячменя) на 50,5…96,4 % и увеличить урожай зерна на 10,5…27,3 %. Установлена высокая биологическая и хозяйственная эффективность испытуемых препаратов в смеси с пестицидами, испытываемыми для протравливания и обработки растений в сниженных в два раза нормах расхода.
Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования регуляторов роста растений в системе защиты зерновых культур от вредителей и болезней (В.В. Оглезнева, 1984).
Многочисленные исследования позволили выявить регуляторы роста, обладающие защитным действием против влияния на растение стрессовых факторов. Из них наибольшим эффектом отличаются препараты, входящие в группу цитокининов (6-Бензиламинопурин, Кинетин) и цитокининоподобные вещества (Полистимулин К, Картолин).
В настоящее время широко и с положительным результатом опробована на практике группа отечественных антистрессовых препаратов под общим названием Картолин. Повышает устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды также и обработка биологически активными веществами, относящихся к ауксинам, гиббереллинам и ретардантам (Ю.А. Басков, 1989; B.C. Шевелуха, 1990).
Обработка семян и проростков гиббереллинами и ауксинами способствует развитию более здоровых и крепких растений с интенсивным типом метаболизма, в которых при наступлении засухи более активно происходит перестройка, связанная с адаптацией к недостатку влаги. Хорошие результаты даёт обработка растений этими веществами после засухи, стимулирующая восстановительные процессы и способствующая увеличению урожая (W.Y. Mendt, M.Y. Tompson,1983).
Обработка семян зерновых культур Хлорхолинхлоридом вызывает определённые морфологические изменения - способствует более глубокой заделке узла кущения, стимулирует рост корней, увеличивает соотношение длина корней/длина надземной части, что приводит к снижению водопотребления и повышению устойчивости к водному дефициту.
В исследованиях ИФР АН России было установлено, что препарат Картолин в условиях засухи предохранял от распада полисомы в клетках листьев, в условиях недостаточного водоснабжения нормализовал активность РНК-полимеразы, оказывал защитное действие на хлоропласты, что в итоге увеличивало массу 1000 семян и проводило к меньшему снижению урожая при засухе (Н.В. Балина, 1987; У.К.Творус, 1987).
В Китае сотрудники Института биологических исследований установили защитный эффект фульвокислоты (ФК) против засухи на пшенице (В.М. Ковалёв, 1992). Опрыскивание посевов ФК повышает эффективность, что увеличивает число продуктивных колосьев, зёрен в каждом колосе и урожайность пшеницы в целом, особенно в засушливых районах.
Воздействуя биологически активными веществами, усиливающими обмен веществ и перестройку структуры клеток, можно повысить устойчивость растений к морозу.
Повышение зимостойкости озимых зерновых культур путем предпосевной обработки семян, а также опрыскивания растений в начале фазы кущения ретардантами обусловлено, прежде всего, глубоким залеганием узла кущения. Растения, выросшие из обработанных ретардантами семян, в период закаливания отличаются повышенным содержанием хлорофилла, растворимых углеводов, общего, белкового и небелкового азота; в узлах кущения у них накапливается больше свободных аминокислот, исследования показали, что повышение зимостойкости растений во многом зависит от доз и способов применения этих препаратов, условий выращивания и состояния растений. В годы, когда складываются неблагоприятные условия вегетации (холодная осень и т. д.), с помощью, например, Хлорхолин хлорида можно повысить зимостойкость озимой пшеницы на 15…30 % (В.А. Хохлова, Д. Нойман, 1991).