The detailed study of leaf infrared spectrum parameters - a contribution to the overall characterisation of maize inbred lines properties

Abstract

Results and discussion about observation of leaf infrared spectrum parameters with the intention of overall characterisation of the traits of the elite maize inbred lines ZPPL 186, ZPPL 225, ZP M1-3-3 Sdms are presented. The proposed hypothesis was that numerous spectral bands of maize inbred lines leaves, not observed yet, but occurring in the different kinetic forms (bands of high and low intensity, single or grouped), should be systematically studied and the dynamics of their formation, very often caused by different oscillations and vibrations of molecular bonds, should be explained. In some cases, there is a possibility of the partial cancellation or increase of spectral bands intensity. According to our hypothesis, low intensity spectral bands imply the unstable state of the biological system (leaf), which is a consequence of the excited state of molecules, radicals, atoms or ions in tissues, cells or biomembranes. Similar transport processes occur when biological systems are rhythmically excited, as well as when complex transport of ions occur across the excited thylakoid membrane. These bands most frequently appear in the wave number range of 500—1600 cm–1. Nevertheless, they fractionally occur in the wave number up to 3000 cm–1. These spectral bands varied over inbred lines used in this study. The systematic analysis of spectral bands of leaves of observed maize inbred lines (for instance, high intensity bands with significant width on 3370 cm–1) showed the difference in their occurrence: the most intensive occurrence was in leaves of the inbred line ZPPL 186, then in ZP M1-3-3 Sdms, while the lowest intensity was detected in the inbred line ZPPL 225. In such a complex way, it is possible to identify not only organic compounds and their structure in leaves of observed maize inbred lines, but also to indicate the possibility of complex inducement of their unstable and conformational states.

Представлены результаты изучения и обсуждение параметров инфракрасного спектра листьев с целью общей характеристики признаков элитных инбредных линий кукурузы ZPPL 186, ZPPL 225, ZP M1-3-3 Sdms. Предложенная гипотеза состояла в том, что многочисленные спектральные полосы листьев инбредных линий кукурузы, встречающиеся в различных кинетических формах (полосы высокой и низкой интенсивности, одиночные или сгруппированные), следует систематически изучать, и должна быть объяснена динамика их формирования, очень часто вызванная различными колебаниями молекулярных связей. В некоторых случаях существует возможность частичного подавления или увеличения интенсивности спектральных полос. Согласно предложенной гипотезе, спектральные полосы низкой интен- сивности предполагают нестабильное состояние биологической системы (листа), которое является следствием возбужденного состояния молекул, радикалов, атомов или ионов в тканях, клетках или биомембранах. Подобные перемещения происходят, когда биологические системы ритмично возбуждаются, а также когда происходит сложный транспорт ионов через возбужденную тилакоидную мембрану. Эти полосы чаще всего появляются в диапазоне волновых чисел 500–1600 см–1. Тем не менее они частично встречаются в волновом диапазоне до 3000 см–1. Эти спектральные полосы различались по инбредным линиям, использованным в данном исследовании. Систематический анализ спектральных полос листьев изучаемых инбредных линий кукурузы (например, полос высокой интенсивности со значительной шириной при 3370 см–1) показал разницу в их встречаемости: наиболее интенсивное проявление было в листьях инбредной линии ZPPL 186, затем в ZP M1-3-3 Sdms, в то время как самая низкая интенсивность была обнаружена в инбредной линии ZPPL 225. Таким комплексным способом можно идентифицировать не только органические соединения и их структуру в листьях инбредных линий кукурузы, но и также выявить возможность индукции их неустойчивых и конформационных состояний.

Представлено результати вивчення та обговорення параметрів інфрачервоного спек- тра листків з метою загальної характеристики ознак елітних інбредних ліній кукуруд- зи ZPPL 186, ZPPL 225, ZP M1-3-3 Sdms. Запропонована гіпотеза полягала в тому, що численні спектральні смуги листків інбредних ліній кукурудзи, які трапляються в різних кінетичних формах (смуги високої та низької інтенсивності, поодинокі або згруповані), слід систематично вивчати, і має бути пояснена динаміка їх формуван- ня, дуже часто викликана різними коливаннями молекулярних зв’язків. У деяких ви- падках існує можливість часткового пригнічення або збільшення інтенсивності спек- тральних смуг. Згідно із запропонованою гіпотезою, спектральні смуги низької інтенсивності припускають нестабільний стан біологічної системи (листка), який є наслідком збудженого стану молекул, радикалів, атомів або іонів у тканинах, кліти- нах чи біомембранах. Подібні переміщення відбуваються, коли біологічні системи ритмічно збуджуються, а також коли здійснюється складний транспорт іонів через збуджену тилакоїдну мембрану. Ці смуги найчастіше з’являються в діапазоні хвильо- вих чисел 500–1600 см–1. Втім вони частково трапляються в хвильовому діапазоні до 3000 см–1. Ці спектральні смуги розрізнялися по інбредних лініях, використаних у цьому дослідженні. Систематичний аналіз спектральних смуг листків досліджуваних інбредних ліній кукурудзи (наприклад, смуг високої інтенсивності зі значною шири- ною при 3370 см–1) показав різницю в їх зустрічальності: найінтенсивніший прояв був у листках інбредної лінії ZPPL 186, потім в ZP M1-3-3 Sdms, тоді як найнижча інтенсивність була виявлена в інбредної лінії ZPPL 225. Таким комплексним спосо- бом можна не тільки ідентифікувати органічні сполуки та їх структуру в листках інбредних ліній кукурудзи, а й виявити можливість індукції їх нестійких і конфор- маційних станів.