АГРОХИМИЯ, 2009, № 7, с. 44-47
УДК 581.14.22:577.175.19:633.491
Регуляторы роста растений
действие жасмоиовои кислоты на растяжение клеток апикальных меристем клубней картофеля
(Solanum tuberosum L.)
© 2009 г. Т. А. Платонова, А. С. Евсшнина, Н. П. Кораблева
Институт биохимии им. АН. Баха РАН 119071 Москва, Ленинский просп., 33, Россия E-mail: platonova@inbi.ras.ru Поступила в редакцию 20.10.2008 г.
Ультраморфометрическое изучение влияния жасмоновой кислоты в ростингибирующей концентрации (10 М) выявило ее подавляющее действие на процесс растяжения клеток стержневой зоны апикальных меристем клубней картофеля.
ВВЕДЕНИЕ
Жасмоновая кислота (ЖК), ее метиловый эфир (МеЖК) и другие жасмонаты - низкомолекулярные соединения оксилипиновой природы образуют группу регуляторов роста растений, широко распространенных внутри растительного сообщества [1]. Эти соединения обладают сходной биологической активностью и являются сигнальными веществами, участвующими в регуляции всех этапов жизнедеятельности растения - от прорастания семян и клубней до созревания плодов и старения листьев. Кроме того, жасмонаты контролируют устойчивость растений к биотическим и абиотическим стрессам [2, 3].
Содержание жасмонатов изменяется в разных органах растения картофеля в течение периода вегетации, достигая максимума в клубнях к началу периода глубокого покоя [4]. Обработка ЖК растений in vitro приводит к стимуляции образования клубней на столоне: увеличивается скорость клубнеобразования, число, размеры и масса клубней [5, 6]. Высказывается мнение, что образование клубней под действием экзогенной ЖК происходит за счет активного растяжения клеток. Одновременно с этим наблюдали изменения в морфологии апикальных меристем столона клубней [7, 8]. В опытах in vivo ЖК (в зависимости от концентрации) подавляла или стимулировала прорастание клубней и образование боковых корней на проростках. Максимальный ингибирующий эффект на рост апексов клубней наблюдали при действии ЖК в концентрации 10-8 М [9]. Этот эффект заслуживает особого внимания, поскольку подавление прорастания и продление периода глубокого покоя является существенным фактором при хранении урожая клубней картофеля. Ранее было установлено, что растяжение клеток является ведущим процессом на начальных этапах прорастания клубней картофеля, а
клетки стержневой меристемы апексов клубней являются клетками-мишенями, наиболее чувствительными к действию физиологически активных веществ [10-12].
Настоящая работа является частью комплексного биохимического исследования механизма действия ЖК на растения картофеля [9, 13, 14]. Представляло интерес оценить влияние ЖК в инги-бирующей рост концентрации на процесс растяжения клеток апикальных меристем клубней картофеля. Известно, что растяжение клеток связано с увеличением их площадей (объемов), сопровождающееся обводнением цитоплазмы. Поэтому получение точных количественных данных о внешних параметрах клеток с помощью методов ультраструктурной морфометрии сможет дать представление о процессах растяжения клеток апикальных меристем в условиях опыта.
Цель работы - ультраморфометрическое изучение процесса растяжения клеток стержневой зоны апикальных меристем клубней картофеля сорта Луговской в состоянии вынужденного покоя и при выходе из покоя, в обычных условиях и под действием ЖК в ингибирующей рост концентрации.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования были клубни картофеля сорта Луговской, обработанные в состоянии вынужденного покоя и при выходе из покоя водой (контроль), либо раствором ЖК в ранее установленной [9] ингибирующей рост концентрации (10-8 М). Для проведения опытов брали по 20 клубней картофеля из каждого варианта опыта и по 20 контрольных клубней, обработанных дистиллированной водой. Обработку проводили погружением клубней на 10 мин в растворы препарата соответствующих концентраций. После обра-
ботки клубни опытных и контрольных вариантов высушивали и помещали во влажные камеры с оптимальными условиями для прорастания (в темноте при 18°С). Через 12-14 сут при появлении в контрольных клубнях признаков роста из опытных и контрольных клубней извлекали "глазки" и взвешивали их. Массу "глазков" (г) пересчитывали на 1 клубень. Результаты опыта представлены в таблице.
Для электронно-микроскопических исследований апексы клубней картофеля, обработанных в разном физиологическом состоянии ЖК (10-8 М) и апексы контрольных клубней (при наличии в них признаков роста) извлекали и готовили для изучения по общепринятой методике. Для сравнительного ультраморфометрического изучения брали типичные клетки из стержневой зоны меристем контрольных и опытных клубней - зоны наиболее функционально активной в процессе роста апексов клубней [10-12]. Ультратонкие срезы, полученные на ультрамикротоме ЬКВ-3 (Швеция), контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца [15] и просматривали под электронным микроскопом ШМ-100 С (Япония). Для получения количественных данных, характеризующих площади клеток в зоне стержневой меристемы апексов клубней картофеля, была применена оригинальная компьютерная программа СеПСоийег, подробно описанная ранее [16], позволяющая измерять различные клеточные параметры по отсканированным электронно-микроскопическим изображениям. Контуры клеток обводили по клеточным стенкам. Статистически обработанные результаты 30 измерений по каждому варианту опыта, выраженные средними арифметическими величинами и их стандартными ошибками, представлены в таблице.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Обработка клубней картофеля сорта Лугов-ской (находящихся в состоянии вынужденного покоя, а также при выходе из покоя) ЖК в концентрации 10-8 М подтвердила ее ингибирующее действие на рост апикальных меристем клубней, о чем свидетельствует уменьшение массы "глазков" в 1.5 раза по сравнению с контролем в обоих вариантах опыта (таблица).
Ультраморфометрические измерения площадей клеток в области стержневой меристемы апексов клубней в контроле (рисунок) и под действием ЖК (10-8 М) показали, что при этой концентрации регулятора роста наблюдалось уменьшение площади клеток в 1.3 раза по сравнению с двумя вариантами контроля. Эти данные свидетельствуют о подавлении под действием ЖК процесса растяжения клеток стержневой меристемы клубней в состоянии вынужденного покоя и при выходе из покоя, коррелирующее с уменьшением массы апексов в каждом варианте опыта соответственно.
Влияние жасмоновой кислоты (ЖК) на массу "глазков", находящихся в различном физиологическом состоянии, и на площадь клеток стержневой зоны апикальных меристем клубней картофеля
Вариант
Вынужденный покой
Выход из покоя
Масса глазков, г/клубень
Контроль(вода) ЖК (10-8 М)
0.016 ± 0.001 0.011 ± 0.001
0.018 ± 0.001 0.012 ± 0.001
Площадь клеток, мкм2
Контроль(вода) 340.5 ± 0.02 373.5 ± 0.02
ЖК (10-8 М) 267.5 ± 0.01 279.5 ± 0.01
Рост апикальных меристем является интегральным процессом и при изучении его регуляции с помощью каких-либо факторов необходимо учитывать две его составляющие - деление клеток и их растяжение. Однако эти два процесса в растущем апексе не всегда совпадают и могут быть разделены пространственно и во времени, с преобладанием того или иного процесса в определенные периоды ро-
Электронно-микроскопическая фотография клеток зоны стержневой меристемы апексов клубней картофеля (контроль): В - вакуоль; КС - клеточная стенка; МК - межклетник; Я - ядро.
46
ПЛАТОНОВА и др.
ста [17]. Согласно существующей точки зрения, запуск ростовых процессов при прорастании начинается с процесса растяжения клеток, который регулируется балансом фитогормонов, в число которых входят ИУК, ГК, АБК и этилен [18]. Ранее нами было показано, что переход от покоя к росту в апикальных меристемах клубней картофеля осуществляется, в основном, за счет растяжения клеток [11]. Происходит это на фоне чрезвычайно низкой митотической активности в области стержневой меристемы апексов. Кроме того, деление и растяжение клеток, скорее всего, регулируются несколькими независимыми механизмами [17]. В настоящей работе не ставилось цели оценить влияние ЖК на деление клеток апикальных меристем. Однако в литературе приводятся данные о том, что ЖК предотвращала митозы у Nicotiana tabacum L., если ее применение происходило в период синтеза ДНК. В то же время отмечается, что чувствительность клеток к ЖК зависит от фазы клеточного цикла [19].
Данные нашего эксперимента, свидетельствующие о подавлении растяжения клеток апикальных меристем клубней картофеля под действием низкой концентрации ЖК, получены в опытах in vivo. Имеющиеся в литературе данные по действию ЖК на растения картофеля получены либо на дисках, вырезанных из клубня картофеля и культивированных в условиях in vitro, либо на культуре протопласта. Они часто противоречивы и указывают на различный эффект ЖК в зависимости от ее концентраций на процессы растяжения и деления клеток клубня растений картофеля в опытах in vitro [7, 8, 20-22].
Известно, что жасмонаты могут выступать в качестве антагонистов действия других фитогормонов, например, цитокининов, АБК, ИУК и ГК [7, 19, 20, 23]. В связи с этим ответ растительных тканей на действие ЖК в каждом конкретном случае зависит от качественного и количественного соотношения регуляторов роста в тканях растений в момент проведения опыта. Изменение баланса фитогормонов и, в первую очередь, содержания АБК в тканях клубней позволяет регулировать покой и рост клубней картофеля [24]. Действие ЖК может быть опосредовано изменением уровня эндогенных фитогормонов. В частности, есть данные, что жасмонаты стимулировали образование этилена в тканях плодов яблони [25] и способствовали увеличению содержания свободной АБК в гипокотилях проростков растения Arabidopsis thaliana (L.) [26]. Эти данные представляют для нас особый интерес, поскольку для растений картофеля показано [27], что стимуляция синтеза по крайней мере двух фитогормонов - этилена и АБК - позволяет управлять двумя важнейшими функциями клубней картофеля - покоем и устойчивостью к болезням.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сопоставляя литературные данные с полученными нами результатами, можно
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.