ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 4, с. 569-574
УДК 581.1
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗМЕНЕНИЙ СОДЕРЖАНИЯ ИУК И АБК В ЛИСТЬЯХ ОГУРЦА ПРИ ПРОГРЕССИРУЮЩЕЙ ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХЕ
© 2004 г. Т. Н. Пустовойтова, Н. Е. Жданова, В. Н. Жолкевич
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук, Москва
Поступила в редакцию 11.03.2003 г.
Изучали кинетику содержания ИУК и АБК в листьях огурца (Cucumis sativus L.) на протяжении адаптации к засухе. Показано, что возрастание водоудерживающей способности и жаростойкости листьев, свидетельствующие о начале адаптации, проявляется на фоне уже заторможенного роста листа. На начальном этапе адаптации содержание АБК кратковременно увеличивалось. Подъем уровня ИУК был более длительным и охватывал почти 2 / 3 периода адаптации. Повторное повышение содержания АБК отмечали перед наступлением перманентного завядания листьев, когда уровень ИУК был уже снижен. Полученные данные позволяют предполагать участие в формировании защитных реакций в процессе адаптации к засухе не только АБК, но и ИУК.
Cucumis sativus - рост - ИУК - АБК - адаптация - засуха
Хорошо известно, что фитогормоны участвуют в адаптации растений к неблагоприятным условиям среды, в том числе к засухе. Особенно большое внимание уделялось и продолжает уделяться АБК, с которой связывают как быстрые, так и пролонгированные защитные реакции при обезвоживании и перегреве [1-4]. Полагают, что АБК участвует в передаче сигнала о стрессе и активирует экспрессию генов засухоустойчивости [5]. Начало накопления этого фитогормона совпадает с потерей растением тургора [3]. Однако взаимосвязь кинетики содержания АБК и формирования адаптации к водному дефициту прослежена все еще недостаточно.
Другим фитогормоном, сведения о роли которого при засухе весьма противоречивы, является ИУК. Долгое время было принято считать, что засуха приводит к снижению ее содержания [3]. Но постепенно начали накапливаться данные о возрастании содержания ИУК во время адаптации к засухе [6]. Увеличение уровня ИУК отмечалось в разных органах растений, которые подвергались действию водного дефицита [7]. Однако существовавшие разрозненные наблюдения, разумеется, не могли дать более или менее полной картины изменений содержания этого фитогормона при засухе, а также его участия в адаптационном процессе.
Адрес для корреспонденции: Пустовойтова Тамара Никитична. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений РАН. Факс: 07 (095) 977-80-18; электронная почта: ifr@ippras.ru
Цель настоящей работы заключалась в выяснении динамики ИУК и АБК в листьях растений огурца в процессе адаптации к засухе.
МЕТОДИКА
Опытным объектом были листья огурца (Cucumis sativus L.) сорта Нежинские. Растения выращивали в вегетационном домике. В период опыта температура воздуха колебалась от 21° до 35°С, относительная влажность - от 50 до 95%. Контрольные растения поливали ежедневно. Засуху создавали прекращением полива. К началу опыта растения имели два настоящих листа. При этом первый лист уже заканчивал рост, второй же интенсивно рос. Именно последний и использовали в экспериментах.
О росте второго листа судили по изменению его площади. Площадь листа измеряли весовым методом [8]. Водоудерживающую способность определяли по Генкелю [9, с. 179]. Срезанный лист подвергали завяданию в течение часа в эксикаторе над концентрированной серной кислотой, разбавленной водой в отношении 1 : 1. О стойкости листьев к обезвоживанию судили по потере веса листа, которую выражали в процентах от первоначального веса. Устойчивость к перегреву оценивали по методу Мацкова [9, с. 177]. Листья выдерживали в водяной бане при 45°С 10 мин, затем переносили в холодную воду на 20 мин, после чего помещали в раствор 0.2 N HCl. По времени появления первых пятен феофитина судили о повреждении листа высокой температурой. Об изменении
тургора листа судили с помощью тургорометра ТН-10-60ТС с ценой деления 0.01 мм [10].
Для определения фитогормонов материал фиксировали жидким азотом, после чего проводили экстракцию 80%-ным этанолом. АБК и ИУК извлекали из водного остатка по модифицированной схеме с уменьшением объема [11]. Водный остаток закисляли 1 N НС1 до рН 2 и экстрагировали диэтиловым эфиром 2-3 раза. К суммарной эфирной фракции добавляли 1%-ный №2С03, при этом ИУК и АБК переходили в раствор соды. Последний закисляли и дважды экстрагировали из него фитогормоны эфиром. Собранную эфирную фазу метилировали диазометаном для определения ИУК. Иммуноферментный анализ осуществляли по методике, описанной Кудояровой и др. [12].
Общее содержание воды определяли после высушивания листьев при 105°С,
Всего было поставлено 3 опыта. В работе приведены данные одного из типичных опытов. Измерения вели в 4-10-кратной повторности. На рисунках представлены средние арифметические значения и их стандартные отклонения.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В первые дни опыта температура воздуха была высокой (32-35°С), поэтому почва подсыхала очень быстро (рис. 1а). На второй день после прекращения полива содержание воды в ней составило 11.0 ±0.9% (в расчете на сухую массу), на 7-е сутки снизилось до 5.8 ±0.7%, а в конце засухи упало до 4.6 ±0.3%. У поливных растений содержание почвы поддерживали на уровне около 50% (рис. 1а).
Оводненность листьев постепенно начала снижаться после пяти суток засухи (рис. 16). Судя по изменениям площади листа, торможение роста наступало уже на третьи сутки после прекращения полива (рис. 1г). Второй лист растений при поливе продолжал рост и его площадь достигала 33.4 ± 1.2 см2, при засухе площадь листа была 28.2 ± 1.0 см2. Разница достоверна при Р < 0.05.
Начальное завядание семядольных листочков и первого настоящего листа было отмечено на третьи сутки действия водного дефицита. Перманентное завядание всех листьев наступило только на 12-е сутки опыта. Толщина второго листа у растений поливного варианта в этот период составляла 0.23 ± 0.01 мм, в условиях засухи она была 0.17 ± 0.01 мм. На фоне почти неизменного содержания воды в листьях уже на третьи сутки после прекращения полива начала возрастать водоудер-живающая способность. Листья растений, испытывающих водный дефицит, и в последующие сутки теряли меньше в весе, чем контрольные растения. Это свидетельствует о способности их тканей удерживать воду, т.е. о большей водо-
удерживающей способности (рис. 1в). Адаптация растений к высоким температурам стала особенно заметно проявляться на четвертые сутки опыта. Максимум стойкости к перегреву приходился на шестые сутки. Затем жароустойчивость постепенно снижалась, однако все равно оставалась более высокой, чем у поливных растений, до 12-х суток опыта (рис. 1д). Следовательно, устойчивость к обезвоживанию наступала на третьи сутки, а повышение стойкости к перегреву на четвертые сутки засухи. Длительность фазы адаптации второго листа к засухе составляла около 10 сут, с 3-го по 12-й день действия водного дефицита. Таким образом, процесс адаптации протекал на фоне уже заторможенного роста.
Через 3 сут действия водного дефицита содержание ИУК в листьях оказалось в 2.5 раза меньше, чем у поливных растений. (У последних резкое падение содержания фитогормонов после 4 сут выращивания объясняется, по-видимому, особенностями онтогенетического развития листа.) Содержание этого фитогормона в листьях оставалось ниже, чем в контроле и на 4-е сутки опыта (рис. 2). Только на 5-е сутки его содержание возросло и составило 229% от уровня контрольных растений. На 7-е сутки действия водного дефицита уровень ИУК оставался высоким и составил 149%, на 8-е сутки - 141%, а на 9-е сутки - 159% от содержания гормона в листьях поливного варианта. В последующие дни содержание ИУК упало ниже уровня контрольного варианта (рис. 2), хотя устойчивость к обезвоживанию и перегреву в этот период оставалась повышенной (рис. 1д).
Торможение роста, таким образом, коррелирует со снижением уровня ИУК. Вместе с тем, начало торможения роста совпадало не только со снижением содержания ИУК, но и со снижением содержания АБК (рис. 2). В дальнейшем с началом фазы адаптации содержание АБК стало возрастать. Первый подъем содержания АБК приходился на 6-е сутки засухи. Ее уровень возрастал в 3.2 раза по сравнению с содержанием в листьях растений поливного варианта (разница между контрольными и опытными растениями была достоверна при Р < 0.01). Этот подъем был непродолжительным (рис. 2). В последующие 7-, 8- и 9-е сутки опыта содержание АБК в листьях опытного и поливного вариантов становилось близким. Полученная разница между ними была недостоверной. Второй, более существенный подъем уровня АБК был отмечен на 12-14-е сутки засухи, в период, когда у листьев наступало перманентное завядание.
Приведенные данные показывают, что адаптация к засухе проходила на фоне уже подавленного роста. О начале адаптации мы судили по увеличению стойкости к обезвоживанию и перегреву. В первую половину фазы адаптации содержание
60 ь
40
20
(а)
Тч
95
85
75
Ь
^■т-г^-т-чт—т 2
У'Ьк
\
-К. 2
(б)
о и О К л ч
а
^
а
к о
я &
о к н
о
«
о
о я
« &
о н о
30
20
10
J_I_I_I_I_I_1_
-Г-Г^г
(в)
' л А
_1_I_I_I_I_I_1_
60
40
20
0
(г)
« &
га
8
к
о н
» к л 5 я Э & Е
о -
к ^
§ я
к а и л
я Я « «
о ф к ^
2
4
6
8
10 12 14
0
1" Т
(д)
2
4
6
8
10 12 14
Время после прекращения полива, сут
Рис. 1. Изменение роста, водного режима и засухоустойчивости листьев огурца по мере прогрессирования засухи. а - содержание воды в почве, б - содержание воды в листьях, в - водоудерживающая способность, г - площадь листа, д - жароустойчивость. 1 - полив, 2 - засуха.
ИУК увеличивалось. Уровень АБК возрастал дважды: кратковременный подъем наблюдали в начале фазы адаптации и более длительный - в самом конце опыта. Он совпадал с наступлением перманентного завядания листьев.
ОБСУЖДЕНИЕ
В процессе адаптации формируются защитные системы растений, способствующие их выживанию. Выделяют две основные стадии этого про-
1
0
1
0
0
6
4
2
Рис. 2. Содержание ИУК и АБК в листьях огурца по мере прогрессирования засухи. 1 - полив, 2 - засуха.
цесса: стрес
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.