научная статья по теме ДИНАМИКА РОСТА РАСТЕНИЙ И СОДЕРЖАНИЕ ЭНДОГЕННЫХ ФИТОГОРМОНОВ В ПРОЦЕССЕ СКОТО- И ФОТОМОРФОГЕНЕЗА ФАСОЛИ Биология

Текст научной статьи на тему «ДИНАМИКА РОСТА РАСТЕНИЙ И СОДЕРЖАНИЕ ЭНДОГЕННЫХ ФИТОГОРМОНОВ В ПРОЦЕССЕ СКОТО- И ФОТОМОРФОГЕНЕЗА ФАСОЛИ»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2007, том 54, № 3, с. 461-468

УДК 581.143:581.132

ДИНАМИКА РОСТА РАСТЕНИЙ И СОДЕРЖАНИЕ ЭНДОГЕННЫХ ФИТОГОРМОНОВ В ПРОЦЕССЕ СКОТО- И ФОТОМОРФОГЕНЕЗА ФАСОЛИ

© 2007 г. И. Ф. Головацкая, Р. А. Карначук

Кафедра физиологии растений и биотехнологии Томского государственного университета, Томск

Поступила в редакцию 28.09.2004 г.

Исследовали динамику роста и содержания свободных и связанных форм эндогенных ИУК, гиббе-реллинов (ГК), цитокининов (зеатина и его рибозида) и АБК в растениях фасоли (Phaseolus vulgaris L. сорта Белозерная), выращенных в темноте или на свету. Содержание фитогормонов определяли с помощью твердофазного иммуноферментного анализа в 5-15-дневных растениях. Показано, что рост и содержание фитогормонов в органах растений фасоли зависели от возраста растений и условий освещения. В процессе скотоморфогенеза отмечена высокая корреляция между изменением биомассы и длины гипокотиля и содержанием ГК, тогда как в процессе фотоморфогенеза - с содержанием зеатина. Рост эпикотилей в темноте положительно коррелировал с содержанием ГК, тогда как на свету мы наблюдали отрицательную корреляцию между этими параметрами. Показана зависимость ростовых параметров первичного листа от ИУК в темноте, и от ГК и зеатина - на свету. Клеточное деление в листьях на свету осуществлялось при низком содержании цитокининов, тогда как растяжение клеток происходило при более высоком уровне этих гормонов. Наибольшее содержание ГК было характерно для листьев в период окончания их роста. Увеличение уровня АБК отмечено в периоды интенсивного роста длины и биомассы листьев и корней на свету и гипокотилей в темноте. Освещение увеличивало соотношение ауксин/цитокинин в корнях фасоли и снижало его в эпикотилях. Таким образом, свет изменял реализацию программы развития растений фасоли, что выражалось в изменении скорости и продолжительности роста их отдельных частей (корень, гипо-котиль, эпикотиль, лист). Одним из механизмов реализации светового воздействия служили изменения в содержании и соотношении ИУК, АБК, ГК и цитокининов. Обсуждаются различия скотоморфогенеза однодольных и двудольных растений, обусловленные разным уровнем фитогормонов.

Phaseolus vulgaris - свет - темнота - морфогенез - фитогормоны - ИУК - цитокинины - гиббе-реллины - АБК

ВВЕДЕНИЕ

Реализация той или иной программы развития у растений во многом зависит от света, воздействующего на многие физиологические процессы в течение всей жизни растений, включая прорастание семян, рост проростков, направление роста (фототропизм, уход от тени), цветение и другие. С другой стороны, целостность растительного организма обеспечивается эндогенными системами регуляции, в числе которых важное место занимает гормональная система [1, 2].

В настоящее время широко исследуются механизмы ското- и фотоморфогенеза. Согласно мнению ряда исследователей, фитогормоны вовлече-

Сокращения: ГК - гиббереллины; РЗ - рибозид зеатина. Адрес для корреспонденции: Головацкая Ирина Феокти-стовна. 634050 Томск, пр. Ленина, 36. Томский государственный университет, кафедра физиологии растений и биотехнологии. Электронная почта: lapgol@mail.tomsknet.ru

ны в систему трансдукции светового сигнала, так как многие из регулируемых светом реакций развития растений также реагируют на обработку растительными гормонами. Так, цитокинины поддерживают фотоморфогенез, а гиббереллины (ГК) - скотоморфогенез [3, 4]. Под действием света меняется метаболизм ГК и АБК, а также чувствительность к ГК. Мутанты арабидопсиса с нарушенным синтезом фоторецептора красного света, рЬуЬ, характеризуются повышенной чувствительностью к ГК [5], а мутанты табака по фитохрому А, pew1, имеют повышенный уровень АБК [6]. Показано также, что как кратковременное, так и длительное действие света разного спектрального состава на растение изменяет рост и гормональный статус проростков и растений [7, 8]. В настоящее время недостаточно изучен баланс эндогенных гормонов целого растения в процессе его онтогенеза. Нет данных о динамике и взаимосвязи роста и гормонального статуса растений в процессе выполнения программы ското-и фотоморфогенеза.

Целью данного исследования было изучение динамики и взаимосвязи роста и комплекса фито-гормонов на ранней стадии онтогенеза фасоли в темноте и на свету.

МЕТОДИКА

Семена фасоли обыкновенной (Phaseolus vulgaris L., сорт Белозерная) с массой 0.341 ± 0.024 г проращивали в рулонах фильтровальной бумаги, смоченной водопроводной водой в темноте или на свету под люминесцентными лампами ЛБ-40 (облученность 17 Вт/м2, фотопериод 16 ч ) при температуре 23-24°С. Исследование проводили в период развития первичного листа (5-15 суток со дня замачивания). Структурную организацию мезофилла листа изучали со 2-х по 18-е сутки по методикам, описанным в работах [9, 10].

Определяли содержание свободных и связанных форм АБК, ИУК, ГК (ГКХ + ГК3 + ГК4 + ГК7) и цитокининов (зеатина и рибозида зеатина, РЗ) в различных частях растения (корне, гипокотиле, эпикотиле и первичном листе).

Растения фиксировали жидким азотом. Выделение фракции свободных ГК проводили по методу, включающему экстракцию 70%-ным этанолом, упаривание экстракта до водного остатка и экстрагирование последнего при рН 2.7-3.0 этиловым эфиром уксусной кислоты [11]. Для определения содержания связанных форм ГК водный остаток подвергали щелочному гидролизу, и выделенные в результате этой процедуры свободные формы ГК экстрагировали этиловым эфиром уксусной кислоты при рН 2.7-3.0. Разделение фитогормонов проводили с помощью ТСХ на пластинках Silufol UV-254 ("Kavalier", Чехия) в системе растворителей: хлороформ : этилацетат : : уксусная кислота (70 : 30 : 5, по объему). Для идентификации веществ на хроматограмме использовали метчики ГКХ, ГК3, ГК4 ("Serva", Германия) и ГК7 (любезно предоставлен А.В. Холо-дарем, Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск). Из-за трудности разделения на хроматограммах ГКХ и ГК3, а также ГК4 и ГК7 анализировали общее содержание ГКХ + 3 и ГК4 + 7.

Выделение свободных форм ИУК и АБК проводили по методу, включающему экстракцию 70%-ным этанолом, упаривание экстракта до водного остатка и экстрагирование последнего при рН 2.7-3.0 диэтиловым эфиром [12]. Для определения содержания связанных форм ИУК и АБК водный остаток подвергали щелочному гидролизу, и полученные свободные формы гормонов экстрагировали диэтиловым эфиром при рН 2.73.0. Разделение фитогормонов проводили с помощью ТСХ на пластинках Silufol UV-254 в системе растворителей: этилацетат : хлороформ : уксусная кислота (100 : 100 : 1, по объему). Для иденти-

фикации веществ на хроматограмме использовали стандартные образцы ИУК ("Serva") и АБК ("Sigma", США).

Выделение цитокининов проводили по методу, предусматривающему экстракцию растительного материала 70%-ным этанолом, упаривание экстракта до водного остатка и экстрагирование последнего при рН 8.0 и-бутанолом [13]. Разделение цитокининов осуществляли на пластинках Silufol UV-254 в дистиллированной воде. В качестве стандартов использовали зеатин и рибозид зеати-на ("Sigma").

Количественное определение фитогормонов проводили с помощью твердофазного иммуно-ферментного метода [14, 15], используя специфические антитела к свободным формам ИУК, АБК, зеатину и рибозиду зеатина ("Фармхимин-вест", Россия), и ГК (полученные А.В. Холода-рем), и антивидовые антитела, меченные перок-сидазой ("Фармхиминвест", Россия).

На графиках приведены средние арифметические значения и их стандартные ошибки из двух независимых экспериментов, каждый из которых проведен в 3-кратной (определение фитогормонов) и 50-кратной (ростовые параметры) биологической повторности.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Регуляторная роль света на первых этапах онтогенеза фасоли проявилась в изменении программы роста. Растения, выращенные в полной темноте, развивались по программе скотоморфо-генеза: у них удлинялись гипокотиль и эпикотиль, образовывалась гипокотильная петля, желтели семядоли и гофрированные (сложенные) первичные листья. На белом свету включалась программа фотоморфогенеза: гипокотиль и эпикотиль укорачивались (рис. 16, 1в), гипокотильная петля полностью распрямлялась, зеленели семядоли и первичные листья, листовые пластинки расправлялись и расширялись (рис. 1г). Этиолированный фенотип растений, характеризующийся активным растяжением осевых органов, заменялся де-этиолированным, связанным с зеленением и развитием листовой поверхности, а также с активацией роста и ветвления корней. При этом, если у этиолированных 15-дневных растений фасоли доля осевых частей (гипокотиля и эпикотиля) составила 67%, а первичного листа - 13% от сухой массы всего растения, то у зеленых растений эти показатели были равны соответственно 41 и 35% от биомассы растения (рис. 1е-1з).

Разные условия прорастания фасоли приводили к различному использованию запасных веществ семядолей. Гетеротрофное питание зародышей при прорастании семян в темноте способствовало значительному оттоку питательных веществ из

25

(а) Корень

(б) Гипокотиль '1

(в) Эпикотиль

1 5 9 13

1 5 9 13

200

150 -

100

50

(г) Первичный

1 5 9 13 Время, сутки

л 30

2 6 10 14 18

(з) Первичный (I) и первый (II) листья

ег

<N

- 20 б

а т с и л

ь «

а

Ei

о л П

10

II

1 5 9 13

Рис. 1. Ростовые параметры растений фасоли, выращенной в темноте (1, 3) и на белом свету (2, 4). I - первичный лист, II - первый лист.

0

I

семядолей. Так, если на свету на 5-е сутки снижение сухой массы семядолей составило 22%, то в темноте - 36%. Однако действие света на 11-е сутки в большей степени, чем в темноте, активизировало использование питательных веществ, что, вероятно, было обусловлено активным ростом первичных листьев.

Мы попытались найти корреляцию между наблюдаемыми изменениями параметров роста при изменении условий освещения с изменениями в содержании фитогормонов.

Известно, что в процессе прорастания семян сахара, поступающие из семядоли, определяют ростовые процессы растения, возможно, регулируя не только формирование клеточных структур, но и метаболизм, в том числе гормональный баланс. Нами отмечена отрицательн

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