ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2010, том 57, № 6, с. 898-910
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 581.1
ИЗМЕНЕНИЕ ВОДНЫХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАЗУШНЫХ ПОЧЕК ГОРОХА ПРИ ПЕРЕХОДАХ РОСТ-ПОКОЙ-РОСТ
В АПИКАЛЬНОМ ДОМИНИРОВАНИИ
© 2010 г. А. А. Котов, Л. М. Котова
Учреждение Российской академии наук Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Москва
Поступила в редакцию 13.07.2009 г.
На 8-18-дневных проростках гороха (Pisum sativum L.) изучали переход почки от покоя к росту и обратно методом изопиестической термопарной психрометрии. Были прослежены изменения водного (yw) и осмотического (ys+m) потенциалов, а также тургора (уР) у покоящейся почки и порогового тургора (Y) у растущей почки, являющегося одной из реологических характеристик клеточных стенок. Декапитация проростка приводила к снижению Yпочки, которое совпадало с началом ее отрастания, а замещение терминального побега экзогенным ауксином (НУК или ИУК) сдерживало отрастание почек и поддерживало в них высокий уровень Y, свидетельствуя в пользу "ауксинового" контроля за данным параметром. При коррелятивном затормаживании 1-й почки вышерасположенной 2-й латеральной почкой, оставленной на растении, начало увеличения Yпредшествовало видимому угнетению роста, что делает данную реологическую величину ранним маркером перехода почки от роста к покою. Во влиянии терминального побега и нанесения ауксина на осмотический статус было обнаружено существенное различие: переход почки в состояние покоя в присутствии терминального побега, как главного, так и развивающегося из 2-й пазушной почки, сопровождался повышением ее ys + m, тогда как в опытах с замещением 2-й почки на экзогенный ауксин ингибирование растущей 1-й почки шло с понижением ее у s+m. Низкий ys+m почек являлся фактором создания значительного градиента водного потенциала между стеблем и почкой, поддерживающего в ней транспорт воды, который был намного больше, чем у растений с терминальным побегом. Видимо, этим можно объяснить отсутствие полного торможения роста почек, наблюдаемого как в наших опытах, так и в литературе, даже в случае применения высоких концентраций экзогенного ауксина. Сразу после де-капитации проростка в почках шло снижение ys + m, однако это не было результатом перераспределения трофических метаболитов при утрате их активного акцептора, поскольку снижение у s+m также наблюдали и в опыте с полной изоляцией растормаживающейся почки при помещении ее в камеру со 100% влажностью. На снижение ys + m почки после удаления терминального побега не влияло нанесение ауксина. Как и декапитация, удаление семядолей приводило к повышению тургорного давления в почках, однако водный стресс в этом случае не изменял их осмотического статуса. Таким образом, индукцию накопления осмотических веществ в почке при удалении терминального побега нельзя было связать ни с трофическим, ни с ауксиновым, ни с гидравлическим сигналами. Полученные данные позволяют заключить, что при апикальном доминировании оба компонента водного потенциала почки — ys + m и Y, играют важную роль в ее ростовой регуляции, и ауксин терминального побега принимает участие в контроле Y, тогда как природа сигнала, управляющего уровнем ys + m, неясна.
Ключевые слова: Pisum sativum — апикальное доминирование — водный потенциал — осмотический потенциал — пороговый тургор
ВВЕДЕНИЕ
Многочисленные данные свидетельствуют, что коррелятивным сигналом в апикальном до-
Сокращения: йвс1 — декапитация 11-дневных проростков гороха по 3-му междоузлию; йвс2 и йвс2* — удаление после йвс1 латеральной почки из пазухи 2-го рудиментарного листа через 1 или 5 суток у 12- или 16-дневных проростков соответственно; Ь — гидравлическая проводимость; т — растяжимость клеточной стенки; КОЯ — относительная скорость роста; У — пороговый тургор; у0 — водный потенциал окружающей среды; Ур — тургор; у + т — осмотический потенциал, включающий матричную компоненту; — водный потенциал. Адрес для корреспонденции: Котов Андрей Александрович. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений РАН. Электронная почта: kotov_andrei-62@mail.ru
минировании является ауксин, синтезирующийся в листовых зачатках терминальной почки и транспортирующийся активным способом вниз по стеблю; однако на настоящий момент механизм его действия представляется гипотетичным [1]. Неоднократно отмечалось, что в отличие от терминального побега, апикальное нанесение ауксина не столь эффективно в поддержании покоя пазушных почек, его действие непродолжительно, а для некоторых модельных систем полностью отсутствует [2]. Исследование взаимосвязи между транспортом ауксина в стебле и ростом пазушных почек проростков гороха показали, что на характер зависимости между ингибированием
их роста и величинои потока ауксинов оказывает влияние природа источника — апикальные листья разного возраста или ланолиновая паста с ауксином [3, 4]. Растущая терминальная почка может действовать как ингибитор на рост пазушных почек, выступая в роли конкурента за водные и трофические ресурсы [1]. В опытах с удалением взрослых листьев на побегах Asclepias syriaca и Phaseolus vulgaris было показано, что хотя такая обработка при наличии апикальной почки и не приводит к устойчивому росту пазушных почек, однако на декапитированных побегах Asclepias syriaca снятие гидравлических ограничений путем дополнительной дефолиации стимулировало отрастание базальных почек, остающихся после декапитации в покое [5, 6]. Обработка стебля гороха ингибиторами транспорта ауксинов не "растормаживала" пазушные почки, и даже проверка вклада водных ограничений в поддержание покоя почек не дала положительного ответа — частичное удаление листьев не снимало ауксин-независимого ингибиторного эффекта терминальной почки [7, 8]. Проведенные исследования доказывают возможность водной и трофической регуляции апикального доминирования, однако литературные данные по этому вопросу единичны и неполны [9, 10].
Непрерывный рост растительной клетки или органа можно представить как чередование двух последовательных процессов: (1) роста при движении воды из окружающей среды в клетку по градиенту водного потенциала (Ayw) с увеличением клеточного объема (V) и давления (vp); это приводит к повышению ее водного потенциала (Vw = Vs + Vp, где Vs — осмотический потенциал) до значения водного потенциала окружающей среды (v0), что останавливает поступление воды в клетку, и (2) процесса, идущего без изменения размеров клетки, при котором происходит пластическая деформация (релаксация) клеточных стенок, снижающая Vp клетки и ее Vw, делая последний меньше V0, что является необходимым условием для нового цикла поступления воды в клетку [11]. Без притока воды релаксация клеточных стенок способна снизить Vp клетки до значения, ниже которого деформация не происходит. Данная величина называется пороговым турго-ром Y и является реологической характеристикой клеточных стенок, Yв зрелых нерастущих клетках выше, чем в молодых растущих [12]. При росте клетки с постоянной скоростью ее Vp находится на steady-state уровне в пределах Y < Vp < Vp(max), где yp(max) — максимальное давление в клетке при Vw = V0, и, следовательно, Vp(max) = V0 - Vs. Скорость роста, представляющая относительное изменение объема в единицу времени RGR (от Relative Growth Rate) = AV/VAt, определяется скоростью транспорта воды в клетку или орган RGR =
= L(v0 — Vs — Vp) и растяжением клеточных стенок RGR = m(vp — Y), где L и m — коэффициенты гидравлической проводимости клеток и скорости пластической деформации клеточной стенки соответственно. Участие обоих процессов в росте можно выразить в виде уравнения RGR = (mL/(m + L)) (V0 — Vs — Y) = (mL/(m + L))AVw(max), в котором mL/(m + L) является ростовым коэффициентом, а второй член Avw(max) — рост-индуцирующий потенциал, представляющий максимальную AVw между средой с водным потенциалом V0 и растущим органом с осмотическим потенциалом Vs, и тургором Vp, равным его пороговому значению Y (формула (3) в [13]). Применительно к латераль-
А узел почка узел
ным почкам, AVw(max) = Vw — Vw (relaxed) = Vw —
почка узел
— Vs — Y, где Vw — водный потенциал стебля, находящийся в равновесии с потенциалом ксилемы V0 и равный ему [13].
Целью настоящей работы было проследить на модельной системе пазушной почки изменения рост-индуцирующего водного потенциала и оценить его значения при переходе почки от покоя к росту и обратно, а также определить специфику участия терминального побега проростка и экзогенного ауксина в регуляции составляющих его компонентов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Растительный материал, его обработка и измерение роста. Семена гороха сорта Адагумский (Pisum sativum L.) проращивали по 40 шт. в сосудах с водой при 20 ± 1°С и режиме 14/10 ч (свет/темнота), как было описано ранее [4]. У 7-дневных проростков удаляли 1-й рудиментарный лист, а декапитацию проростков по 3-му междоузлию (dec1) с последующим нанесением на срез стебля ланолиновой пасты с ауксином (dec1 + ИУК или НУК) и без него проводили на 11-й день (рис. 1). У части декапитированных растений почку в пазухе 2-го рудиментарного листа удаляли на 12-й (dec2) или на 16-й день (dec2*), или после удаления почки в пазуху листа наносили ланолиновую пасту с ауксином (dec2 + ИУК/НУК или dec2* + + НУК). На 1-й почке декапитированных проростков, лишенных корней и с удаленной 2-й почкой (dec2), было изучено действие трех фитогормонов — БАП, ГК3 и АБК, в раствор которых (0.01—100 мкМ) погружали после отрезания корня его оставшуюся базальную часть. Ланолиновую пасту с ауксинами (НУК или ИУК) готовили за день до применения, смешивая до гомогенизации нагретый до 37°С ланолин, вазелиновое масло и раствор ауксина в водном 30% Tween 20 в пропорции 1 : 0.4 : 1. За содержание ауксина в пасте была принята его молярная концентрация в водном 30% Tween 20, и для нанесения использовали концентрации 160,
Интактный проросток
1ие
э
12 13 14 15 16 17 18
4
dec2 + ИУК/НУК i
12 13 14 15 16 17 18
dec2
4
11
12
13
dec2
__ 1
14 | _16_
17
18
17
Нанесение ауксина
латеральная i j 1-я
почка\, латеральная почка de
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.