научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫХ ОТНОШЕНИЙ У АЛЛОЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО ГИБРИДА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В СВЯЗИ С УСТОЙЧИВОСТЬЮ К НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМУ СТРЕССУ Биология

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫХ ОТНОШЕНИЙ У АЛЛОЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО ГИБРИДА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В СВЯЗИ С УСТОЙЧИВОСТЬЮ К НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМУ СТРЕССУ»

ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2007, № 4, с. 413-419

^=ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 633.1:581.1:58.036.5

ОСОБЕННОСТИ ДОНОРНО-АКЦЕПТОРНЫХ ОТНОШЕНИЙ У АЛЛОЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО ГИБРИДА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В СВЯЗИ С УСТОЙЧИВОСТЬЮ К НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМУ СТРЕССУ

© 2007 г. С. В. Климов*, Е. А. Бураханова*, И. М. Дубинина*, Г. П. Алиева*, Е. Б. Сальникова*, Т. А. Суворова*, О. Г. Семенов**

*Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева, 127276 Москва, ул.Ботаническая, 35

E-mail: ifr@ippras.ru

**Российский университет дружбы народов, 117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

E-mail: sog480@yandex.ru Поступила в редакцию 30.05.2006 г.

Изучали влияние чужеродной цитоплазмы ярового эгилопса (Aegilops ovata L.) на проявление ряда физиологических свойств у растений озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Мироновская 808 в норме и при измененных донорно-акцепторных отношениях (ДАО) в растении. Измерения относительных скоростей роста (ОСР) сухой массы растений и ее распределения по органам, СО2-обме-на растения (фотосинтеза при световом насыщении и темнового дыхания), содержания сахаров (сахароза + глюкоза + фруктоза) и их соотношения в листьях, морозостойкости растений, индексов мембранной стабильности и холодового повреждения листьев показали, что в среднем аллоцито-плазматический гибрид (АЦПГ) отличался от исходного сорта озимой пшеницы почти по всем показателям. Сниженная морозостойкость, повышенный индекс повреждения листьев морозом, сниженное содержание сахаров в листьях и пониженное отношение сахароза/(глюкоза + фруктоза) у АЦПГ сочетались с более высокими отношением корни/листья, ОСР сухой массы, скоростями фотосинтеза и дыхания. АЦПГ более толерантен к снижению донорной функции в ДАО по сравнению с исходным сортом.

Изменение ядерно-цитоплазматического взаимодействия растений, с одной стороны, позволяет лучше понять природу влияния плазмона на геном, а с другой - осуществлять селекцию сортов с требуемым набором признаков. Перспективными в этом отношении являются аллоцитоплазма-тические гибриды пшеницы Triticum aestivum L., содержащие чужеродную цитоплазму эгилопса (sp. Aegilops) (Ikeda et al., 1992; Tsunewaki et al., 1996; Симоненко и др., 2000; Hou et al., 2000; Tsukamoto et al., 2000; Ozkan et al., 2001; Provan et al., 2004). В частности, гибриды T. aestivum L. c Aegilops ovata L. обнаруживают повышенную пластичность и устойчивость к ряду стресс-факторов, реализующиеся в более высокой урожайности (Бормотова, Холодова, 2005).

Одним из факторов, влияющих на экспрессию генома, является концентрация сахаров, поскольку сахара в клетке действуют как сигнальные молекулы, регулирующие наборы генов, контролирующих разные физиологические циклы (Smeek-ens, 2000; Ho et al., 2001; Avonce et al., 2005; Geigenberger et al., 2005; Gupta, Kaur, 2005; Rolland, Sheen, 2005). Содержание сахаров в фотосинтези-рующих клетках определяется балансом скоростей их синтеза и расходования, зависящих от функционирования хлоропластов и митохондрий.

А "сборка" этих органелл в цитоплазме клетки контролируется, главным образом, генетическим аппаратом самих органелл (плазмоном). Следовательно, у аллоцитоплазматического гибрида с чужеродной цитоплазмой эгилопса можно ожидать иного проявления взамодействия "геном-плаз-мон" в физиологических процессах, нежели у исходного сорта. Один из способов изменения концентрации сахаров в клетке состоит в изменении донорно-акцепторного отношения (ДАО) в целостном растении (Escobar-Gutierrez et al., 1998; Roitsch, 1999; Sawada et al., 2002; Lee et al., 2005). В частности, снижение концентрации сахаров может быть достигнуто за счет градуального снижения активности донорной функции на фоне неизменности акцепторной.

Цель настоящей работы заключалась в изучении влияния чужеродной цитоплазмы эгилопса (Ae. ovata L.) на ряд физиологических параметров у озимой пшеницы (T. aestivum L.) в вариантах опыта, различающихся по ДАО.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объектами исследования были озимая пшеница (Triticum aestivum L.) зимостойкого сорта Мироновская 808 и самофертильный озимый гибрид

аллоцитоплазматической пшеницы того же сорта, содержащий цитоплазму Aegilops оуМа Ь. У гибрида геном принадлежит виду Т. aestivum, а пластом (плазмон) является чужеродным и принадлежит Ае. ovata.

Растения в пяти вариантах опыта различались по степени подавления донорной функции в ДАО, которое достигалось посредством удаления эндосперма семени (ВП), отключения фотосинтеза (ВШ), удаления эндосперма семени + отключения фотосинтеза (В1У), удаления эндосперма семени + + отключения фотосинтеза + замены питательного раствора на дистиллированную воду (ВУ). При этом контролем служили интактные растения (В1).

Элитные семена исследуемых растений предварительно выравнивали по размеру и проращивали в течение 3 сут на водопроводной воде. Проростки каждой из форм в количестве 100 экземпляров пересаживали в растильни, размещенные в открытых эксикаторах. В каждой из пяти растилен в пяти вариантах опыта растения обеих форм размещали в 6 рядках методом рендомизации. Растения выращивали в водной культуре на 50%-ном питательном растворе Хоглэнда-Арнона № 1 в течение 12 сут до фазы наполовину развитого 2-го листа в вегетационной камере при естественном освещении и температурах, колеблющихся в течение суток от 10°С ночью до 18°С в течение дня.

Среднесуточная температура за весь период 14 сут эксперимента составляла в среднем 6°С (максимум 9°С, минимум 1°С). Максимальная освещенность в течение светлого периода суток колебалась в пределах от 8 до 20 клк при фотопериоде 11-9 ч. В течение эксперимента растения находились в миксотрофном периоде развития. Особенность ДАО в этот период заключалась в том, что рост растений (акцепторная функция) обеспечивался за счет более сложной, чем обычно, донорной функции, включающей в себя несколько составляющих: автотрофную - фотосинтез (ДД гетеротрофную - утилизация резервов эндосперма семени (Д2); минеральное питание из питательного раствора (Д3); реутилизация резервов, накопленных растением до начала эксперимента (Д4). Градуальное снижение донорной функции достигалось за счет отключения фотосинтеза (-Дх), удаления зерновки (-Д2) и замены питательного раствора на дистиллированную воду (-Д3). Отключение фотосинтеза производили посредством опрыскивания растений раствором гербицида диурона (3-(3,4-дихлорофенил)-1,1-ди-метилмочевина) с концентрацией 10-4 М и дозой 0.03 мл/растение согласно методике (Климов и др., 1979). Диурон является специфическим ингибитором фотосинтеза, блокирующим перенос электронов по электрон-транспортной цепи от первичного акцептора фотосистемы II к пласто-

хинону (Kirchhoff et al., 2000; Basra et al., 2002) и не оказывающим влияния на темновое дыхание. Растения в разных вариантах опыта имели убывающую суммарную активность донорной системы соответственно: Д1 + Д2 + Д3 + Д4 - контрольные растения на питательном растворе - BI; Д1 + Д3 + Д4 - растения с удаленным эндоспермом семени на питательном растворе - BII; Д2 + Д3 + Д4 - растения с ингибированным фотосинтезом на питательном растворе - BIII; Д3 + Д4 - растения с ингибированным фотосинтезом и удаленным эндоспермом семени на питательном растворе - BIV; Д4 - растения с ингибированным фотосинтезом и удаленным эндоспермом семени, у которых питательный раствор был заменен на дистиллированную воду, и рост которых осуществлялся за счет реутилизации резервов, накопленных до начала эксперимента - BV.

Изучаемые физиологические параметры включали измерение относительной скорости роста (ОСР) сухой массы растения и ее распределения по органам, скоростей СО2-обмена (фотосинтеза и темнового дыхания) целостного растения и его органов, содержания сахаров в листьях и соотношения разных форм сахаров (сахароза, глюкоза, фруктоза), а также морозостойкости растений и индексов мембранной стабильности (ИМС) и холодового повреждения (ИХП) листьев морозом.

Морозостойкость растений определяли методом прямого промораживания в климатической камере KTLKA-1500 (Германия) при температуре —6°С в течение 2 сут и оттаивания при 0°С в течение 1 сут, последующего отращивания в вегетационной камере в течение 6 сут и подсчета процента выживших растений.

Сухую массу растений и органов определяли после высушивания в термостате при 80°С и последующего взвешивания на аналитических весах. Относительную скорость роста (ОСР) сухой массы растений рассчитывали по формуле:

ОСР = (М2 - М1)/М1Т,

где М - сухая масса растения при первом (М1) и втором анализе (М2), а Т - промежуток времени между анализами.

Индекс холодового повреждения (ИХП) тканей листа определяли с помощью метода Дексте-ра (измерение электропроводности водных вытяжек из тканей промороженных растений и растений, убитых кипячением) и расчета (Климов и др., 2000).

Индекс мембранной стабильности (ИМС) листьев определяли методом Декстера, как и в работе (Sairam, Srivastava, 2002), по формуле:

ИМС = (1 - С1/С2)100,

где С - электропроводность водной вытяжки из тканей, выдержанных в термостате при температуре 40°С в течение 30 мин (С1) и убитых кипячением при температуре 100°С в течение 10 мин (С2).

Измерения газообмена включали измерения скоростей истинной ассимиляции СО2 при световом насыщении, определяемых при переходе "свет-темнота" и темнового дыхания, измеряемого спустя 10-15 мин после выключения света. Истинная ассимиляция СО2 представляла собой видимую ассимиляцию СО2 плюс дыхание на свету, определяемое по "выбросу" СО2 в первые 3-5 мин после выключения света. Измерения производили на установке открытого типа с инфракрасным газоанализатором URAS 2T фирмы "Hartmann und Braun" (Германия) и сопутствующими приборами той же фирмы. Более подробно методика измерения газообмена описана в работе (Климов, 2003).

Содержание в листьях растений водорастворимых сахаров - сахарозы, глюкозы и фруктозы определяли по ранее описанной методике (Климов и др., 2002).

Для всех вариантов опыта рассчитаны и обсуждаются средние арифметические из 3 определений и их стандартные ощибки. Для каждого определения использовали по 4-10 раскустившихся растений. При

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком