ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 2, с. 217-221
УДК 581.1
ТРАНСПОРТ 14С-САЛИЦИЛОВОЙ кислоты В МОЛОДЫХ РАСТЕНИЯХ ВИНОГРАДА, ПОДВЕРГНУТЫХ ТЕПЛОВОМУ ШОКУ
© 2004 г. Ли-Джун Ван, Вей-Дун Хуан*, Джи-Чен Чжан*, Фен-И Юй**
Институт географии и природных ресурсов Академии наук Китая, Пекин * Колледж пищевой науки и промышленности, Сельскохозяйственный университет Китая, Пекин ** Институт применения ядерной энергии Академии сельскохозяйственных наук Китая, Пекин
Поступила в редакцию 20.02.2003 г.
Транспорт салициловой кислоты (СК) изучали в подвергнутых тепловому стрессу растениях УШя ут/ега Ь. с помощью 14С-СК. С молодых растений удаляли все листья, оставляя только с 4-го по 8-й. Шестой лист обрабатывали 14С-СК, а затем проводили следующие опыты: (1) 4-, 6- или 8-й лист выдерживали при 38°С в течение 2, 6 или 12 ч, в то время как остальные части растения находились при 27°С; (2) все растение находилось при 27°С в течение 2, 6 или 12 ч. Эти опыты показали, что 14С-СК накапливалась в листьях, подвергнутых тепловому шоку. Меньше 14С-СК экспортировалось из 6-х листьев, если их выдерживали при 38°С, но когда так поступали с 4- или 8-ми листьями, из них оттекало больше 14С-СК. 14С-СК передвигалась в 4- и 8-е листья прямо из 6-х листьев, а также из других частей растения, куда она сначала транспортировалась. Эти данные говорят о возможности транспорта СК на большие расстояния и ее возможной роли в индукции теплоустойчивости растений.
УШз уш/ега - салициловая кислота - тепловой стресс - транспорт - распределение - ответная реакция
Растение выработало много защитных механизмов для быстрого и успешного преодоления теплового стресса. Салициловая кислота (СК) -это фенольное соединение со свойствами фито-гормона, широко распространенное в растениях и способное регулировать в них разнообразные процессы [1]. СК является важной эндогенной сигнальной молекулой, индуцируемой тепловым стрессом. В проростках горчицы ее количество достигало максимума в течение 30 мин после нагрева и она, в свою очередь, индуцировала устойчивость проростков к тепловому стрессу [2]. Накопление СК может происходить (1) за счет ее синтеза de novo в тканях, подвергнутых стрессу, или (2) за счет ее освобождения из конъюгатов и запасных соединений [2]. Shulaev с соавт. [3] изучали транспорт и распределение СК в проростках табака изотопными методами. Они показали, что большая часть СК здоровых тканей синтезировалась в листьях, инокулированных ВТМ. Считается, что СК - это транспортируемый сигнал для
Сокращения: ВТМ - вирус табачной мозаики; СК - салициловая кислота.
Адрес для корреспонденции: Li-Jun Wang. Institute of Geographical Sciences and Natural Resource Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100101 China. Fax: 8610-64-85-6537; e-mail: wlj105@263.net
развития в табаке системной приобретенной устойчивости. В экспериментах экзогенная СК перемещалась главным образом по флоэме [3-5]. Интересно выяснить, произойдет ли накопление СК в одной из частей растения, если ее подвергнуть тепловому стрессу, за счет импорта из других частей. В настоящей работе мы изучали транспорт и распределение введенной извне 14С-СК в растениях винограда в ответ на тепловой стресс.
МЕТОДИКА
Выращивание и обработка растений. Стеблевые черенки винограда (Уitis ут/ега Ь.) сорта "Лп§хш" укореняли в вегетационном домике во влажной атмосфере в горшках, содержащих смесь 4 объемов торфа и 6 объемов перлита. Укоренившиеся черенки пересаживали в большие горшки и выращивали в течение 8-10 нед. при относительной влажности воздуха 70-80% и температуре 27°/18°С (день/ночь).
14С-салициловая кислота и тепловой стресс.
14С-СК была получена от компании "КЕ№' (США). Она была разбавлена водой и спиртом в соотношении 2 : 8 (по объему) до удельной активности 1.65 МБк/мл. Были выбраны 2-месячные растения примерно одинаковой высоты и с них удаляли все листья, оставляя только с 4-го по 8-й
Рис. 1. Схема расположения листьев виноградной лозы, которым давали 14С-СК (Лб) и которые затем подвергали тепловой обработке (Л4, Лб и Л8).
Рис. 2. Влияние инкубации Л4, Лб или Л8 при 38°С на экспорт 14С-СК из Лб.
1 - Л4 при 38°С; 2 - Лб при 38°С; 3 - Л8 при 38°С; 4 -все листья при 27°С.
140 г
0 2 4 6 8 10 12
Длительность тепловой обработки, ч
Рис. 3. Влияние инкубации Л4 при 38°С на накопление в нем 14С-СК. 1 - Л4 при 38°С; 2 - Л4 при 27°С.
лист, считая от верхушки (на рис. 1: Л4, Л5, Л6, Л7 и Л8). Затем шестой лист каждого растения промывали стерильной водой и наносили на него 35 мкл 14С-СК (64 750 Бк). Растения делили на 4 группы и обрабатывали их следующим образом: (1) Л4 выдерживали при 38°С в течение 2, 6 или 12 ч, а остальные листья находились при 27°С, (2) Л8 подвергали действию 38°С в течение 2, 6 или 12 ч, а остальные листья держали при 27°С, (3) Л6 экспонировали при 38°С в течение 2, 6 или 12 ч, а остальные листья были при 27°С, (4) все листья выдерживали при 27°С (контроль). Прогрев проводили в специальной камере с контролируемой температурой, в которую помещали нагреваемый лист винограда, в то время как остальные листья были снаружи на воздухе при 27°С. Относительная влажность 70-80% и освещенность 600 мкмоль/(м2 с) поддерживались и внутри, и вне камеры. После обработки каждое растение делили на 6 образцов: Л4, Л5, Л6, Л7, Л8 и остальную часть растения, включая корни и стебли. Каждый образец взвешивали и высушивали при 80°С. Радиоактивность каждого образца измеряли, используя модель BH1216 счетчика для счета а- и в-частиц ("Beijing nuclear instrument factory," Китай).
Статистика. Опыты проводили трижды в трех повторностях. Для анализа данных использовали программу ANOVA. На рисунках представлены средние значения и их стандартные ошибки.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Влияние тепловой обработки листьев Л4, Л8 или Л6 на экспорт 14С-СК из Л6
Л4 и Л8 прогревали при 38°С сразу после нанесения 14С-СК на Л6. Об экспорте 14С-СК из 6-го листа судили по отношению: (общая радиоактивность - радиоактивность Л6)/общая радиоактивность. Количество экспортированной метки увеличивалось с удлинением времени экспозиции и заметно превышало значения в контрольных растениях. Если Л6 подвергали действию 38°С сразу после их обработки 14С-СК, экспорт из них был значительно слабее, чем в контроле (рис. 2).
Влияние тепловой обработки листьев Л4 или Л8 на накопление в них 14С-СК
Тепловой стресс Л4 и Л8 стимулировал экспорт в них 14С-СК из Л6 и приводил к накоплению в них 14С-СК (рис. 3, рис. 4). Через 2 ч после начала тепловой обработки Л4 метки в нем становилось в 10 раз больше, чем в контрольном Л4, а через 12 ч содержание 14С-СК в Л4 доходило до 72.9 Бк/г сырого веса, втрое превосходя контрольные значения. Такие же результаты были получены для Л8. Через 2 ч после начала стресса содержание 14С-СК увеличивалось в 7 раз. Чем дольше длилась тепловая обработка, тем больше
транспорт 14с-салициловой кислоты
219
Рис. 4. Влияние инкубации Л8 при 38°С на накопление в нем 14С-СК. 1 - Л8 при 38°С; 2 - Л8 при 27°С.
14С-СК накапливалось в подвергнутых стрессу листьях.
Влияние тепловой обработки листьев Л4 на распределение 14С-СК между Л5, Л7 и Л8
Сразу после введения метки в Л6 помещали Л4 в камеру при 38°С. Через 2 ч содержание 14С-СК в Л5 значительно превышало ее уровень в Л5 контрольного растения. Затем степень мечения постепенно снижалась и становилась гораздо ниже контрольного уровня (рис. 5). Такая же тенденция была характерна для Л7 и Л8. Однако уровень 14С-СК в контрольных Л5, Л7 и Л8 постепенно возрастал.
Влияние тепловой обработки листьев Л8 на распределение 14С-СК между Л4, Л5 и Л7
Сразу после введения метки в Л6 помещали Л8 в камеру при 38°С. Через 6 ч содержание 14С-СК в Л4 значительно превышало его в Л4 контрольного растения. Затем оно постепенно снижалось и становилось заметно ниже, чем в контрольных листьях (рис. 6). В то же время, содержание 14С-СК в контрольных листьях постепенно возрастало. Такое же распределение метки происходило в Л5 и Л7, а также в остальных частях растения.
ОБСУЖДЕНИЕ
Сигнальные молекулы диффундируют из клетки в клетку и перемещаются в другие органы по флоэме или ксилеме [6]. СК, оксибензойная кислота, является сигнальной молекулой для включения защитных реакций растения. И хотя сам факт дальнего транспорта СК после внедрения патогена был продемонстрирован, этому явлению придается разный смысл. Одни исследователи считают, что СК быстро синтезируется в зараженных частях растения и затем транспортируется по рас-
Рис. 5. Влияние инкубации Л4 при 38°С на распределение 14С-СК, введенной в Л6, между Л5, л7, Л8 и остальной частью растения.
1 - контрольные листья при 27°С; 2 - листья, подвергнутые тепловой обработке при 38°С.
тению туда, где индуцируется синтез связанных с патогенезом белков и развивается системная приобретенная устойчивость [3, 7-12]. Другие считают, что не СК, а другая молекула является сигнальной, а СК только способствует ее передаче от зараженных к незараженным тканям, где эта сигнальная молекула индуцирует устойчивость [13, 14]. Наши результаты подтверждают, хотя и не полностью, первую точку зрения. Мы считаем, и наши опыты дают основание для такой точки зрения, что сама СК транспортируется на боль-
Рис. 6. Влияние инкубации Л8 при 38°С на распределение 14С-СК, введенной в Лб, между Л4, Л5, Л7 и остальной частью растения.
1 - контрольные листья при 27°С; 2 - листья, подвергнутые тепловой обработке при 38°С.
шие расстояния, но в противоположном направлении, т.е. от частей растения, не подвергнутых стрессу, к частям, подвергнутым стрессу. При этом ее передвижение не зависит от того, выше или ниже вдоль стебля располагается нагреваемый лист по отношению к листу, обрабатываемому 14С-СК (рис. 2-б). Недавно было показано, что при адаптации к повышенной температуре происходит накопление СК и повышается устойчивость к нагреву [2, 15, 1б]. При этом предполагают, что СК может не только вновь синтезиро-
ваться или высвобождаться из запасной формы в повергнутых тепловому стрессу частях растения, но и притекать из других частей растения. Накопленная СК индуцирует выносливос
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.