научная статья по теме ДЕЙСТВИЕ ЭПИБРАССИНОЛИДА НА УЛЬТРАМОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЛАСТИД КЛЕТОК АПИКАЛЬНЫХ МЕРИСТЕМ ПРИ РЕГУЛЯЦИИ РОСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ SOLANUM TUBEROSUM L. Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ДЕЙСТВИЕ ЭПИБРАССИНОЛИДА НА УЛЬТРАМОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЛАСТИД КЛЕТОК АПИКАЛЬНЫХ МЕРИСТЕМ ПРИ РЕГУЛЯЦИИ РОСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ SOLANUM TUBEROSUM L.»

АГРОХИМИЯ, 2012, № 5, с. 21-29

УДК 581.14.2:581.17.74:631.547:633.49

ДЕЙСТВИЕ ЭПИБРАССИНОЛИДА НА УЛЬТРАМОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЛАСТИД КЛЕТОК АПИКАЛЬНЫХ МЕРИСТЕМ ПРИ РЕГУЛЯЦИИ РОСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ

Solanum tuberosum L.

© 2012 г. Т.А. Платонова, А.С. Евсюнина, Н.П. Кораблева

Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН 119071 Москва, Ленинский просп., 33, Россия E-mail: tat-plato@yandex.ru

Поступила в редакцию 06.06.2011 г.

Проведено изучение влияния рострегулирующих концентраций эпибрассинолида (ЭБ) на ультрамор-фометрические показатели пластид клеток апикальных меристем клубней картофеля. Показано, что ЭБ в концентрации, ингибирующей прорастание клубней, приводил к уменьшению площади пластид-ного аппарата клеток, однако вызывал дифференцировку пластид в сторону усложнения их внутренней мембранной структуры, повышающей их биосинтетические возможности. Ростстимулирующая концентрация ЭБ вызывала лишь накопление крахмала и пластоглобул в пластидах клеток апексов клубней картофеля.

Ключевые слова: эпибрассинолид, ультраморфометрические показатели пластид, клетки апикальных меристем, ростовые процессы, картофель (Solanum tuberosum L).

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время по-прежнему актуально изучение механизмов действия природных фитогор-монов и их синтетических аналогов, направленно изменяющих рост и развитие растений, повышающих продуктивность и качество сельскохозяйственных культур, а также их устойчивость к фитопатогенам и неблагоприятным условиям окружающей среды. Появление новых регуляторов роста, таких как брассиностероиды (БС) (данные об их благоприятном воздействии на различные культуры [1]), вызвало интерес к изучению действия этих соединений на клубни картофеля с целью применения БС для регуляции роста растений картофеля и предупреждения преждевременного прорастания клубней при хранении. Показано [2], что обработка картофеля синтетическим аналогом брассинолида - эпибрассинолидом-694 (ЭБ) - способствовала подавлению преждевременного прорастания и удлинению периода глубокого покоя клубней. Установлено, что продление периода глубокого покоя (именно глубокого, а не вынужденного) не только предупреждает преждевременное прорастание, но и обеспечивает защиту клубней от фитопатогенных микро-

организмов и других неблагоприятных факторов при послеуборочном хранении [3].

Известно, что эффективность применения того или иного регулятора роста во многом зависит от знания механизмов действия препарата, правильно подобранной концентрации, фазы онтогенеза растения и способа обработки. В то же время остаются неизученными многие вопросы, касающиеся механизма действия БС на клубни картофеля в целом и в особенности на его апикальные меристемы, весьма гетерогенные в цитологическом и физиологическом отношении ткани [4]. Именно в них разворачиваются основные процессы, приводящие к ингибированию или стимуляции ростовых процессов в клубнях под действием БС. Ранее было показано, что растяжение клеток является ведущим процессом на начальных стадиях прорастания апексов клубней картофеля, были выявлены наиболее эффективные для картофеля рострегулирующие концентрации ЭБ. Было также установлено, что клетки стержневой меристемы являются клетками-мишенями для действия физиологически активных веществ (ФАВ), в том числе и для БС [3, 5].

Несмотря на многочисленные данные о влиянии БС на различные физиолого-биохимические про-

цессы в растительных организмах, о механизме действия БС на клеточном и молекулярном уровне известно пока немного. Однако в настоящее время в литературе уже имеются некоторые данные по ультраструктурным аспектам действия БС на клетки растений. Как и все фитогормоны, БС являются основными регуляторными молекулами растительной клетки, под контролем которых происходят все внутриклеточные физиологические процессы, а цитоскелет клеток является мишенью для внешних и внутренних регуляторных сигналов. Показана реорганизация кортикальных микротрубочек (МТ) - глобулярных компонентов цитоскелета - под влиянием ауксинов, гибберел-линов, цитокининов, этилена, АБК и брассино-стероидов [6]. Однако действие фитогормонов на ориентацию МТ может различаться в различных типах тканей и в различных зонах роста растения [7]. В настоящее время путь трансдукции сигнала БС от рецептора до эффекторных структур клетки в основном неизвестен, однако существует мнение, что рецепторный белок, воспринимающий сигнал БС, локализован на плазматической мембране растительной клетки [8-10].

На ультраструктурном уровне показано, что БС вызывают образование БТШ в цитоплазме клеток растений, что является универсальным ответом клетки на стресс [11, 12]. То есть воздействие БС можно рассматривать как один из стрессов, индуцирующих синтез новых полипептидов в клетках растений. В серии работ авторов методами электронной микроскопии и морфометрии (с помощью морфометрической сетки) установлено влияние рострегулирующих концентраций ЭБ на отдельные внутриклеточные параметры в различных зонах апикальных меристем клубней картофеля [13, 14]. Показано, что ЭБ по-разному действует как на функционально различные зоны апексов, так и на отдельные внутриклеточные структуры. Наиболее чувствительными к действию ЭБ были зоны центральной и стержневой меристемы, ответственные за растяжение клеток при ростовых процессах в клубнях картофеля. В клетках этих зон ЭБ существенно менял морфологию и объем гранулярного эндоплазматического ретикулума (ГЭР) и влиял на динамику свободных полирибосом в цитоплазме клеток, что может свидетельствовать об изменении топографии белкового синтеза в клетках апикальных меристем клубней картофеля под действием ЭБ [13]. В концентрациях, ингибирующих прорастание клубней, ЭБ повреждал митохондриальный аппарат клеток апексов, однако не подавлял пролиферацию пластид [13]. Было также установлено изменение структур аппарата Гольджи в клетках апексов

под действием ЭБ, коррелирующее с процессами растяжения клеток апикальных меристем в этих условиях [14]. В то же время данные по влиянию рострегулирующих концентраций БС на ультраструктурные параметры пластидного аппарата и в особенности на внутренние мембранные системы пластид в литературе отсутствуют.

В связи с изучением механизма действия БС на ростовые процессы в клубнях картофеля представляет интерес реакция со стороны пластид клеток апикальных меристем, поскольку состояние пластидного аппарата связано с изменениями в физико-химических процессах, происходящих в клетках меристем при регуляции ростовых процессов в них.

Цель работы - электронно-микроскопическое и ультраморфометрическое изучение пластид в клетках апикальных меристем клубней картофеля сорта Бронницкий (находившихся в момент обработки в состоянии покоя) под действием ЭБ в рострегулирующих концентрациях.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект исследования - апексы (апикальные меристемы) клубней безвирусного меристемного картофеля (Solanum tuberosum L.) сорта Бронницкий на стадии глубокого покоя (контроль) и под действием ЭБ в ранее установленных для этого сорта картофеля ростстимулирующей (10-5 М) и ростингибирующей (10-8 М) концентрациях [15]. Для опытов брали по 30 клубней картофеля, находящихся в состоянии глубокого покоя, и погружали их на 10 мин в растворы ЭБ соответствующих концентраций (10-5 М и 10-8 М). Контрольные клубни обрабатывали дистиллированной водой. После обработки клубни из 2-х опытных и контрольного вариантов высушивали и помещали на хранение (+4°С, темнота). Через 2-3 мес. хранения (при появлении на контрольных клубнях признаков прорастания) из опытных и контрольных вариантов под бинокулярным микроскопом МБС-2 ("ЛОМО", Россия) извлекали "глазки" (апексы), фиксировали их в 2.5%-ном глутаровом альдегиде на 0.1 М фосфатном буфере рН 7.1-7.2, дофик-сировали в 1%-ном OsO4, обезвоживали этанолом возрастающей концентрации и ацетоном, заключали в эпоксидную смолу ЭПОН-812 по общепринятой методике. Для сравнительного изучения из контрольных и опытных вариантов были взяты клетки стержневой меристемы апексов и клетки нижнего слоя центральной меристемы, граничащие со стержневой зоной. Согласно ранее полученным данным, именно эти клетки являются

клетками-мишенями для действия биологически активных веществ при регуляции ростовых процессов в клубнях картофеля [5, 13, 15]. Предварительную ориентировку срезов для определения зональности апексов выполняли под световым микроскопом, используя полутонкие срезы. Ультратонкие срезы, полученные на ультрамикротоме ("LKB", Швеция), контрастировали уранилацета-том и цитратом свинца [16] и просматривали под электронным микроскопом JEM-100C ("Jeol", Япония). Для количественной оценки пластидного аппарата клеток апексов была применена специальная компьютерная программа "Cell Counter", позволяющая автоматически обсчитывать площади различных внутриклеточных структур (мкм2) по отсканированным изображениям, полученным с микроскопа (с учетом увеличений микроскопа и разрешений сканера) [17]. Точность вычисления площади определяется погрешностью при фотографировании и сканировании изображения, а также точностью представления вещественных чисел в компьютере. Число пластид на срез клетки (или частоту встречаемости пластид) подсчитывали визуально на тех же изображениях клетки при увеличении микроскопа 13 000.

Результаты измерений с 30 негативов каждого варианта контроля и опыта представлены как средние арифметические величины и их стандартные ошибки. Статистическую обработку данных проводили с помощью компьютерной программы "Microsoft Ехсе1".

Кроме того, наряду со средними морфометри-ческими данными о числе и площади пластид, представляли интерес показатели, характеризующие разнообразие пластидного аппарата (по внутренней ультраструктурной характеристике) в клетках апексов контрольных и опытных растений. Для этого в каждом случае подсчитывали число пластид с той или иной внутренней морфологией. Эти данные представлены в долях (% от общего числа просмотренных пластид в каждом варианте опыта).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно наблюдениям, пластидный аппарат клеток стержневой центральной меристемы и по

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