АГРОХИМИЯ, 2014, № 4, с. 48-55
Регуляторы роста растений
УДК 531.811.98:633.16:632.112
СТРЕССПРОТЕКТОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЖАСМОНОВОЙ И ЯНТАРНОЙ КИСЛОТ НА РАСТЕНИЯ ЯЧМЕНЯ В УСЛОВИЯХ ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХИ
© 2014 г. А.А. Луговая, Ю.В. Карпец, А.И. Обозный, Ю.Е. Колупаев
Харьковский национальный аграрный университет им. В.В. Докучаева 62483 Харьков, п/о "Коммунист-1", Украина E-mail: plant_biology@mail.ru
Поступила в редакцию 25.10.2013 г.
В почвенной культуре исследовали влияние предпосевной обработки семян растворами жасмоно-вой (ЖАК) - 10-7 М и янтарной (ЯК) - 10-3 М кислот и их комбинацией на устойчивость растений ячменя (Hordeum vulgare L.) к засухе на ранних фазах развития. Под влиянием ЖАК и ЯК в листьях растений в условиях засухи отмечено более высокое содержание воды по сравнению с растениями, выращенными из необработанных семян. Обработка семян ЖАК и ЯК уменьшала вызываемое засухой угнетение роста растений. В листьях растений, выращенных из семян, обработанных ЖАК и в меньшей степени - ЯК, наблюдали более высокую активность супероксиддисмутазы в условиях засухи. Предобработка ЖАК и ЯК вызывала снижение активности каталазы в листьях растений в условиях нормального увлажнения, в то же время при засухе активность фермента наиболее существенно увеличивалась в варианте с обработкой ЖАК. Под влиянием ЖАК и ЯК отметили повышение активности пероксидазы в листьях, более заметное в условиях засухи. При комбинированной обработке семян ЖАК и ЯК проявлялся антагонизм при их влиянии на все изученные показатели. Обсуждаются механизмы стресспротекторного действия ЖАК и ЯК на растения ячменя в условиях засухи и возможные причины антагонизма их физиологических эффектов.
Ключевые слова: стресспротекторное действие, жасмоновая кислота, янтарная кислота, ячмень (Hordeum vulgare L.), засуха.
ВВЕДЕНИЕ
Засуха относится к естественным стрессорам, которые действуют на растения наиболее часто. Согласно современным моделям климата, в ближайшие десятилетия интенсивность, продолжительность и частота засух будет увеличиваться [1]. В связи с этим возрастает актуальность поиска природных и синтетических регуляторов роста и их композиций, снижающих чувствительность растений к засухе.
Жасмоновая кислота (ЖАК) является фито-гормоном, задействованным не только в регуляции процессов роста и развития растений, но и в формировании их защитных реакций на действие стресс-факторов различной природы [2-6]. В последние годы повышается интерес к выяснению роли ЖАК в устойчивости растений к абиотическим стрессорам.
Установлено повышение содержания эндогенной ЖАК при осмотическом стрессовом воздей-
ствии в листьях арабидопсиса, корнях проростков грейпфрута, в корнях и листьях томата [5-7]. В ряде работ показано положительное влияние экзогенной ЖАК и ее производных на устойчивость растений к водному стрессу. Выявлено, что обработка метилжасмонатом препятствовала снижению содержания воды в листьях сои в условиях почвенной засухи [8]. У растений ячменя, выращенных в водной культуре с добавлением ЖАК в питательный раствор, уменьшалось повреждение мембран в условиях осмотического стресса [3]. Опрыскивание растений календулы ЖАК приводило к повышению активности анти-оксидантных ферментов в лепестках и сохранению в них пула низкомолекулярных антиоксидан-тов [9]. Показано индуцирование экзогенными ЖАК и метилжасмонатом активности антиок-сидантных ферментов растений в условиях действия других абиотических стрессоров [10, 11]. В целом влияние экзогенной ЖАК на засухоустой-
чивость растений, состояние их антиоксидантной и других стресспротекторых систем в условиях, близких к естественным (в почвенной культуре), исследовано в лишь единичных работах [8, 9].
Эффективность стресспротекторных препаратов может увеличиваться при комплексном их использовании в виде композиций [12]. В то же время ЖАК может проявлять как синергизм, так и антагонизм при взаимодействии с другими природными физиологически активными веществами, в частности, с салициловой кислотой [13, 14]. Янтарную кислоту (ЯК) использует в растениеводстве в течение многих десятилетий, в последнее время - в качестве компонента стресс-протекторных смесей [15]. Некоторые авторы рассматривают ее как миметик салициловой кислоты [16]. В связи с этим возможны как эффекты синергизма, так и антагонизма при одновременном действии на растения ЖАК и ЯК. Однако совместное их влияние на растения до сих пор оставалось неисследованным.
Цель работы - исследование влияния предпосевной обработки семян экзогенными ЖАК, ЯК и их комбинацией на состояние антиоксидантной системы листьев и засухоустойчивость растений ячменя в ранних фазах развития.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект исследования - растения ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Козак. Семена обеззараживали инкубацией в 5%-ном растворе пероксида водорода в течение 15 мин. После этого их ополаскивали дистиллированной водой и проводили предпосевную обработку путем погружения на 3 ч в растворы ЖАК (10-7 М), ЯК (10-3 М) или их комбинации в тех же концентрациях, контрольные семена на такое же время помещали в дистиллированную воду. Затем семена просушивали на ситах в течение суток. Концентрации указанных соединений, максимально смягчающие ростингибирующий эффект засухи, выбирали на основании предварительных опытов (результаты не приведены).
Растения выращивали в пластиковых контейнерах (почва - чернозем типичный тяжелосуглинистый, содержание гумуса - 4.5%, щелочногидролизуемого азота (по Корнфильду) -126 мг/кг, подвижного фосфора и калия (по Чирикову) - соответственно, 120 и 142 мг/кг). Влажность почвы - 70% ПВ, освещение - 10 клк, фотопериод - 16 ч, температура 25/20°С (день/ ночь). Засуху создавали в течение 5 сут, начиная с 7-х сут выращивания растений прекращением по-
лива (постепенное уменьшение влажности почвы до 25-30% ПВ). После этого возобновляли полив. На 5, 10, 12 и 14-е сут выращивания растений определяли длину их надземных органов. В конце эксперимента (на 14-е сут) определяли надземную сырую и сухую биомассу. Содержание воды в листьях растений, выращенных при нормальном увлажнении и в условиях засухи, определяли весовым методом на 10-, 12-е сут эксперимента (соответственно, на 3-и и 5-е сут засухи) и на 14-е сут (через 2-е сут после возобновления полива растений в вариантах с засухой). В эти же временные точки для анализа активности анти-оксидантных ферментов отбирали пробы, состоящие из средних частей первых листьев.
Навески листьев (250 мг) гомогенизировали на холоде в 10 мл 0.15 М К^а-фосфатного буфера рН 7.6 с добавлением 0.1 мМ ЭДТА, 1 мМ дитио-треитола, 0.5 мМ фенилметилсульфонилфторида и детергента тритона Х-100 (конечная концентрация 0.1%). Для анализа использовали суперна-тант после центрифугирования гомогената при 8000 g в течение 10 мин при 4°С. Активность супероксиддисмутазы (СОД, КФ 1.15.1.1) определяли при рН реакционной смеси 7.6, используя метод, основанный на способности фермента конкурировать с нитросиним тетразолием за супероксидные анионы, образующиеся вследствие аэробного взаимодействия НАДН и феназинмета-сульфата [17]. Активность каталазы (КФ 1.11.1.6) определяли при рН реакционной смеси 7.0 по количеству разложившегося пероксида водорода за единицу времени, как описано в [15]. Активность гваяколпероксидазы (КФ 1.11.1.7) анализировали, используя в качестве донора водорода гваякол, в качестве субстрата - пероксид водорода [18]. С помощью К^а-фосфатного буфера рН реакционной смеси доводили до 6.2.
Повторность опытов четырехкратная. При определении морфометрических показателей каждая повторность состояла не менее чем из 30-ти растений. На рисунках и в таблице приведены средние величины и их стандартные отклонения. Кроме случаев, оговоренных специально, обсуждаются эффекты, достоверные прир < 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Предпосевная обработка семян ЖАК и ЯК стимулировала рост растений в условиях нормального увлажнения, что было особенно заметным в течение первых 10 сут эксперимента (таблица). К 14-м сут наблюдения различия между вариантами уменьшались, что могло быть связано не
Влияние обработок ЖАК и ЯК на длину надземной части растений ячменя, см
Вариант Возраст растений, сут
5 10 12 14
Нормальное увлажнение
Контроль 5.90±0.19 16.3±0.35 19.8±0.45 21.3±0.34
ЖАК (10-7 М) 6.81±0.22 (115) 18.1±0.44 (111) 21.4±0.52 (108) 22.3±0.42 (105)
ЯК (10-3 М) 6.62±0.24 (112) 18.4±0.47 (113) 21.1±0.47 (107) 21.7±0.33 (102)
ЖАК (10-7 М) + ЯК (10-3 М) 5.93±0.21 (101) 17.2±0.35 (106) 20.1±0.41 (102) 21.0±0.40 (99)
Засуха
Контроль - 13.4±0.35 15.8±0.37 18.2±0.40
ЖАК (10-7 М) - 16.3±0.39 (122) 18.8±0.55 (119) 20.8±0.51 (114)
ЯК (10-3 М) - 16.4±0.43 (122) 18.5±0.41 (117) 20.8±0.38 (114)
ЖАК (10-7 М) + ЯК (10-3 М) - 14.8±0.45 (110) 17.3±0.34 (109) 18.8±0.33 (103)
Примечание. В скобках приведены величины (в %) к соответствующим величинам в контроле.
только с уменьшением влияния ЖАК и ЯК, но и с прекращением роста первого листа. При обработке семян смесью ЖАК и ЯК их ростстиму-лирующее действие нивелировалось: проявлялся эффект антагонизма этих соединений.
Засуха заметно угнетала рост растений. При этом предпосевная обработка семян ЖАК и ЯК значительно смягчала ее ростингибирующее действие. Различия по длине растений между контролем и вариантами с обработкой ЖАК или ЯК на фоне засухи были более существенными, чем при нормальном увлажнении, что свидетельствовало о наличии не только ростстимулирующего, но стресспротекторного влияния исследованных соединений. При совместном применении ЖАК и ЯК эффективность их защитного действия в условиях засухи заметно снижалась. После возобновления полива различия между всеми вариантами несколько уменьшались.
В условиях нормального увлажнения ЖАК, ЯК и их комбинация не оказывали существенного влияния на оводненность тканей листьев (рис. 1а).
Засуха, особенно на 5-е сут (возраст растений -10 сут), вызывала снижение содержания воды в листьях (рис. 1а). При этом ЖАК и в меньшей степени ЯК способствовали поддержанию овод-ненности тканей, близкой к вариантам без засухи. Различия между вариа
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.