научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЕ УРОВНЯ ФИТОГОРМОНОВ В КАЛЛУСАХ ПШЕНИЦЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ И ИНФИЦИРОВАНИЯ ВОЗБУДИТЕЛЕМ ТВЕРДОЙ ГОЛОВНИ TILLETIA CARIES (DC.) TUI Биология

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЕ УРОВНЯ ФИТОГОРМОНОВ В КАЛЛУСАХ ПШЕНИЦЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ И ИНФИЦИРОВАНИЯ ВОЗБУДИТЕЛЕМ ТВЕРДОЙ ГОЛОВНИ TILLETIA CARIES (DC.) TUI»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 2, с. 256-261

УДК 632.4:581.143.5:582.288.22

ИЗМЕНЕНИЕ УРОВНЯ ФИТОГОРМОНОВ В КАЛЛУСАХ ПШЕНИЦЫ ПОД ВЛИЯНИЕМ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ И ИНФИЦИРОВАНИЯ ВОЗБУДИТЕЛЕМ ТВЕРДОЙ ГОЛОВНИ Tilletia caries (DC.) Tul.

© 2004 г. И. В. Максимов, О. Б. Сурина, А. Р. Сахабутдинова, Н. Б. Трошина, Ф. М. Шакирова

Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН, Уфа Поступила в редакцию 01.04.2003 г.

На совместной культуре каллусов пшеницы с возбудителем твердой головни Tilletia caries изучалась роль салициловой кислоты (СК) в регуляции ростовых процессов и изменении уровня фитогормо-нов (ИУК, АБК, цитокининов). Обнаружено, что инфицирование каллусов грибом T. caries вызывает их гипертрофированный рост с одновременным повышением содержания фитогормонов. Добавление в среду культивирования совместных культур СК приводило к снижению роста, вызванного патогеном. При этом уровень изученных фитогормонов был сопоставим с контролем. Под влиянием СК у инфицированных каллусов также наблюдалось образование некротических пятен в местах контакта мицелия гриба с клетками, что ограничивало рост патогена. Высказывается мнение, что стабилизация гормонального баланса растительных клеток при патогенезе является одним из возможных механизмов защитного действия СК in vitro и in vivo. Следовательно, совместная культура каллусов пшеницы с грибом T. caries оказалась удобной моделью для оценки влияния защитного действия СК.

Пшеница - каллусы - Tilletia caries - совместная культура - салициловая кислота (СК) - индоли-луксусная кислота (ИУК) - цитокинины - абсцизовая кислота (АБК) - регуляция роста

Одним из наиболее перспективных подходов для изучения механизмов естественной устойчивости растительных клеток к возбудителям болезней, вызываемых биотрофными грибами, может служить создание совместных культур каллусов с фитопатогенами. Так, удобной моделью, позволяющей проследить полный цикл роста и развития возбудителя твердой головни Tilletia caries, является культура клеток пшеницы in vitro [1]. Поскольку в такой системе растительные клетки не обладают иммунностью по отношению к возбудителю этой болезни, она может быть удобной для оценки путей индуцирования системной устойчивости такими иммуномодуляторами, как, например, салициловая кислота (СК).

Двойная культура клеток пшеницы и головневого гриба характеризуется значительно более активным ростом по сравнению с неинфициро-ванными каллусами, вероятно, вследствие нарушений в гормональном статусе под влиянием фи-

топатогена [2]. Вместе с тем, важной составляющей защитного действия СК на растения пшеницы является предотвращение стресс-инду-цированного дисбаланса фитогормонов [3]. Она является эндогенным регулятором роста и выполняет в растительном организме разнообразные физиологические функции [4, 5], в частности, обладает свойством стимулировать рост растений [6]. Поскольку СК легко проникает в клетки и обладает свойствами, позволяющими быстро транспортировать ее по растению, некоторые исследователи относят ее к группе веществ, запускающих системную индуцированную устойчивость [7, 8]. Многократно выдвигались предположения и об участии этого соединения в гиперчувствительной реакции растительных клеток, инфицированных фитопатогенами [4, 7, 9].

Цель настоящей работы состояла в изучении ростовых характеристик и изменений гормонального баланса каллусных культур пшеницы под воздействием СК и фитопатогена Tilletia caries.

Сокращения: СК - салициловая кислота; МС - среда Мура-сиге и Скуга.

Адрес для корреспонденции: Максимов Игорь Владимирович. 450054 Уфа, пр. Октября, 69, Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН. Электронная почта: phyto@anrb.ru

МЕТОДИКА

Исследования проводили на каллусных культурах мягкой пшеницы ТгШеит aestivum Ь. (сорт Жница). Для этого незрелые зародыши пшеницы изолировали через 12-15 суток после цветения из

сформировавшихся зерновок и высаживали на питательную среду Мурасиге и Скуга (МС). Кал-лусную культуру выращивали в термостатированных условиях при 26°С в темноте на среде МС, в присутствии или отсутствии 0.05 мМ СК. Часть обработанных и необработанных СК каллусов спустя 5 сут, инфицировали телиоспорами T. caries (инфекционная нагрузка на каждый каллус составила около 100 телиоспор). Контролем служили необработанные СК и неинокулированные телиоспорами T. caries каллусы. Отобранный для анализа фитогормонов растительный материал взвешивали и фиксировали в жидком азоте через 3, 6, 9, 12 и 15 дней от момента инфицирования (8, 11, 14, 17 и 20 дней после начала опыта), по 4 каллуса на каждый срок опыта.

Количественную оценку цитокининов, индо-лилуксусной (ИУК) и абсцизовой (АБК) кислот проводили с использованием метода иммунофер-ментного анализа, как детально описано ранее [10]. Для этого фитогормоны экстрагировали 80% этанолом в течение 14-16 ч при 0-4°С в соотношении навеска: экстрагент 1:10 (вес : объем). После центрифугирования при 3.5 тыс. об. в мин на центрифуге К-70 (Германия) в течение 20 мин су-пернатант переносили в чашки Петри и упаривали этанол в токе воздуха до водного остатка, в аликвоте которого анализировали содержание цитокининов. Из оставшегося водного остатка ИУК и АБК экстрагировали серным эфиром, метилировали диазометаном и после упаривания эфира в токе воздуха сухой остаток растворяли в 80% этаноле и анализировали содержание ИУК и АБК.

Опыт проводили в 3-х биологических и 4-х аналитических повторностях. На рисунках приведены средние арифметические значения и их стандартная ошибка.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На рис. 1 приведены данные по изменению сырой массы каллуса под влиянием СК и возбудителя твердой головни пшеницы T. caries. Как видно, присутствие в пит. среде СК приводило к накоплению сырой массы каллусных культур, что, однако, заметно проявлялось лишь в конце опыта. При анализе скорости прироста сырой массы каллусов (рис. 1), обращает на себя внимание факт значительного ее превалирования у совместных культур каллусов пшеницы с фитопатогеном. В течение 9 дней от момента заражения у инфицированных каллусов, растущих на среде с СК, также наблюдался быстрый прирост биомассы. В последующем у них наблюдалось резкое, почти 3-х кратное, падение прироста биомассы, и к концу опыта этот показатель существенно не отличался от контроля. В это же время становилось заметным подавление поверхностного роста патогена

700

и

5 600

о

ч 500 ч

м 400

л о о се £ w

се &

О

300 200 100

(а)

3

Л"4

л

о о

а

о &

к

о ч к о м

а

к л н о о

& ч о и

О м

60

50

40

30

20

10

3 6 9 12 15

(б)

А

3

4

3 6 9 12 15 Время после инфицирования, сут

Рис. 1. Влияние инфицирования T. caries и СК на сырую массу каллуса (а) и скорость накопления сырой массы каллуса (б). 1 - контроль (среда МС), 2 - среда МС + 0.05 мМ салициловой кислоты, 3 - T. caries (среда МС), 4 - T. caries (среда МС + 0.05 мМ салициловой кислоты).

и формирование некротических зон в точке локализации грибного мицелия на обработанных СК каллусах пшеницы (рис. 2).

Из рис. 3 видно, что инфицирование каллусов T. caries практически сразу индуцировало накопление ИУК, что, вероятно, связано с высоким содержанием ауксинов в телиоспорах этого патогена [2]. В дальнейшем происходило неуклонное повышение ее уровня и к 9-15 сут она уже превышала контрольное значение в 3 раза. Несмотря на то, что сама СК вызывала резкий, более чем 2-х кратный подъем концентрации ИУК с максимумом на 14-е сут культивирования каллусов, обработанные СК и в последующем инфицированные возбудителем твердой головни каллусы (9 сут после инфицирования), характеризовались сопоставимым с контролем уровнем этого фитогормона (рис. 3).

На рис. 4 представлены данные по динамике содержания цитокининов в каллусных культурах, растущих на среде с СК и инфицированных возбу-

0

0

Рис. 2. Развитие некротической реакции под влиянием СК на каллусах, инфицированных T. caries. Обозначения те же, что на рис. 1. ГМ - Зона локализации мицелия T. caries; HR - зона некроза клеток каллуса.

1400

1200

§

Já 1000

о 800 &

600

« 400 К

200

Й

Й

i

Í

i

i

i

í

í

í

i

i

f

i

i

3 6 9 12 15 Время после инфицирования, сут

Рис. 3. Динамика содержания ИУК в каллусах пшеницы под влиянием СК и Т. сaries. Обозначения те же, что и на рис. 1.

20

л к

К

н

И 'Щ

М Я ор

н Л

ис

Я

ÜH

н

16

л

с с

§12

i

J

5

i

i

ii Í

i

3 6 9 12 15 Время после инфицирования, сут

Рис. 4. Влияние СК и инфицирования Т. сaries каллусов на уровень цитокининов. Обозначения те же, что и на рис. 1.

8

4

0

0

дителем твердой головни. Видно, что в контрольных каллусах по мере их культивирования на среде МС происходило постепенное снижение уровня цитокининов. Инфицирование T. caries в начальные фазы совместного культивирования

(3-и сут) приводило к резкому транзитному их накоплению. К 6-9 сут содержание цитокининов падало до контрольного значения, однако к 15 сут опыта можно наблюдать постепенное их накопление (рис. 4), что мы замечали и ранее [11]. При-

сутствие СК в среде культивирования не влияло на концентрацию цитокининов в инфицированных и неинфицированных каллусах.

Инфицирование приводило к постепенному росту содержания АБК в каллусах. К 15-м сут совместного культивирования уровень ее превышал контроль более чем в 4 раза (рис. 5). Присутствие СК в среде культивирования зараженных возбудителем твердой головни каллусов существенно снижало неуклонное накопление АБК, вызванное инфицированием, и удерживало ее уровень в пределах 80-120 нг/г сырой массы.

ОБСУЖДЕНИЕ

Мы использовали двойную культуру каллусов пшеницы и биотрофного гриба, возбудителя твердой головни - T. caries как модель для изучения взаимоотношений между хозяином и патогеном. Ранее нами было выявлено, что инфицирование каллусов пшеницы этим грибом приводит к их гипертрофированному росту за счет увеличения размера клеток [1]. В настоящей работе мы также отметили высокие темпы прироста сырой массы у инфицированных каллусов на протяжении всего опыта (рис. 1). Однако, у двойной культуры, выращиваемой на СК, эти темпы прироста к 10 сут резко снижаются, что п

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