ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
УДК 581.19:517.152.1
ВЛИЯНИЕ АБСЦИЗОВОЙ КИСЛОТЫ И ФЛУРИДОНА НА СОДЕРЖАНИЕ ФИТОГОРМОНОВ, ПОЛИАМИНОВ И УРОВЕНЬ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА В РАСТЕНИЯХ Mesembryanthemum crystallinum L.
ПРИ ЗАСОЛЕНИИ
© 2015 г. Л. А. Стеценко*, Н. П. Веденичева**, Р. В. Лихневский**, Вл. В. Кузнецов*
*Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН,
127276 Москва, Ботаническая ул., 35 **Институт ботаники им. Н.Г. Холодного НАНУкраины, 01601 Киев, ул. Терещенковская, 2
E-mail: larstet@mail.ru Поступила в редакцию 02.07.2014 г.
Изучено влияние абсцизовой кислоты (АБК) и флуридона на эндогенное содержание фитогормо-нов, свободных полиаминов и интенсивность окислительного стресса в растениях Mesembryanthemum crystallinum L. при засолении. Показано, что предобработка корней растений 1 мкМ АБК с последующим действием 300 мМ NaCl обусловливала защитный эффект, улучшала физиологическое состояние растений, которое проявлялось в повышении прироста биомассы и содержания свободных цитокининов при снижении значений показателей окислительного стресса. Отмечено, что ингибитор флуридон снижал эффект АБК и работал как прооксидант.
DOI: 10.7868/S0002332915020101
Засоление почв — наиболее опасный экологический стресс для растений, так как по сравнению с засухой и низкими температурами действует постоянно, а не периодически. Растения адаптируются к условиям засоления путем активирования работы целого ряда генов, которые ответственны за поддержание низких концентраций ионов в цитоплазме, аккумуляцию совместимых осмолитов, синтез регуляторных белков, ферментов, гормонов и др. (Munns, Tester, 2008). Во многих работах исследуется фитогормон абсцизовая кислота (АБК) — важная сигнальная молекула регуляции физиологических процессов, в частности при ответах на стрессы (Khadri et al., 2006; Li et al., 2010; Sharp et al., 2012). Установлено, что в растениях АБК накапливается при дефиците воды и запускает экспрессию нескольких АБК-чувствитель-ных генов, стимулирует и поддерживает развитие и рост корней в условиях стресса, увеличивает корневую гидравлическую проводимость и влияет на открытие устьиц (Khadri et al., 2006; Xiong, 2007; Li et al., 2010; Sharp et al., 2012; Ozfidan et al., 2013).
Роль АБК исследовали в нормальных условиях роста растений, а также в условиях избыточного содержания АБК (при действии экзогенной АБК) и в условиях дефицита гормона с использованием АБК-дефицитных мутантов арабидопсиса, томатов и др. (Xiong, 2007; Sharp et al., 2012). Было установлено, что обработка АБК листьев араби-
допсиса, проростков риса или корней фасоли повышала устойчивость растений к солевому стрессу (Khadri et al., 2006; Xiong, 2007; Li et al., 2010). Интенсивность роста растений, площадь поверхности листьев и их оводненность, экспрессия АБК-связанных генов в различных генотипах строго коррелировали с содержанием АБК (Sharp et al., 2012). В стрессовых условиях АБК может быстро синтезироваться из каротиноидов через ксантоксин, накапливаться и быстро инактиви-роваться в фазеевую кислоту, а затем в дигидро-фазеевую кислоту, что обеспечивает обратимость процесса, который может полностью нормализоваться после уменьшения концентрации АБК (KliCova et al., 2002).
Снизить эндогенный уровень АБК можно искусственным путем при использовании флуридона (1 -methyl- 3 -phenyl- 5 - (3 - trifluromethyl(phenyl)) -4-(1H)-pyridinone) (Edivaldo et al., 2010). Данный препарат применяется как гербицид, поглощается главным образом корнями, обладает замедленным действием и стоек в водной среде. Механизм действия флуридона основан на ингибировании биосинтеза каротиноидов на этапе фитиновой десатуразы (Edivaldo et al., 2010). Было показано, что обработка растений флуридоном приводит к ингибированию синтеза каротиноидов, АБК, и в частности к альбинизму растений, что связано с
последующим фотоокислением хлорофилла (Popova, 1995; KliCova et al., 2002).
Отметим, что на солевой стресс реагирует весь фитогормональный комплекс, происходит изменение количественных соотношений АБК, цито-кининов (ЦК), индолилуксусной кислоты (ИУК) и других фитогормонов в корнях и листьях растений (Ghanem et al., 2011).
Подобно фитогормонам в процесс адаптации растений к стрессовым воздействиям включаются полиамины (ПА), защитная роль которых определяется их специфическими взаимодействиями с биологически важными биополимерами (Kusnetsov, Shevyakova, 2007). Исследования взаимосвязи ПА и фитогормонов у растений в стрессорных условиях немногочисленны, однако они показывают, что фитогормоны АБК, ЦК и ИУК регулируют метаболизм ПА на транскрипционном уровне в ответ на стресс (Alcazar et al., 2006; Kusnetsov, Shevyakova, 2007). Значительное внимание уделяется изучению метаболизма и роли ПА в связи с окислительным стрессом, при котором стрессиндуцированная аккумуляция ПА, как и совместимых осмолитов (пролина, глицин-бетаина и др.), способствует адаптации растений к неблагоприятному действию засоления (Kusnetsov, Shevyakova, 2007; Shevyakova et al., 2009; Da Costa, Da Silva Lobat, 2011).
Несмотря на обширный фактический материал о влиянии АБК на растения, малочисленны исследования, в которых внутриклеточное изменение пула ПА и фитогормонов оценивали бы одновременно при избытке и дефиците АБК в условиях хлоридного засоления. В связи с этим в данной работе оценивали солеустойчивость факультативного галофита хрустальной травки (Mesembryanthe-mum crystallinum L.) при различных количествах эндогенной АБК по физиологическим показателям, уровню окислительного стресса и изменениям содержания фитогормонов и свободных ПА. Хрустальная травка отличается тем, что содержит в растительных тканях полный спектр ПА, включая редкий для высших растений диамин кадаверин (Shevyakova et al., 2009).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Семена M. crystallinum проращивали во влажном перлите, в который вносили разбавленную в 2 раза модифицированную питательную среду Джонсона (Winter, Holtum, 2007). Проростки в возрасте 2 нед рассаживали по одному в сосуды с питательной средой нормальной концентрации и выращивали в условиях водной культуры в фитотроне при 12-часовом фотопериоде (натриевые лампы Reflax-250, Россия) с освещенностью 200— 210 мкЕ/(м2 с), температуре воздуха 23 ± 1°C/15 ± 1°C (день/ночь) и относительной влажности воз-
духа 55 и 70% днем и ночью соответственно. Питательную среду в сосудах меняли каждые 5—6 сут.
Растения, достигшие возраста 6 нед (ювениль-ная фаза, до образования боковых побегов), разделили на три группы (по 20 растений в каждой): стандартную питательную среду (контроль), питательную среду с АБК (Aldrich Chem. Co., США) в концентрации 1 мкМ, питательную среду с однократно внесенным флуридоном (Sigma-Ald-rich, США) в концентрации 15 мкМ. Через 24 ч половину растений из каждой группы подвергли засолению путем однократного добавления в питательную среду NaCl до концентрации 300 мМ.
Физиологические параметры каждой группы растений оценивали спустя 3 и 6 сут выращивания в указанных выше условиях засоления. Одновременно фиксировали в жидком азоте образцы листьев и корней, которые хранили при —70°С до проведения биохимических анализов.
Биомассу растений определяли общепринятым гравиметрическим методом с точностью до 0.1 мг. Содержание малонового диальдегида (МДА) как показателя перекисного окисления липидов (ПОЛ) определяли описанным ранее методом (Heath, Parker, 1968). Содержание пролина определяли с помощью нингидринового метода (Bates et al., 1973).
Содержание ПА определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в виде бензоильных производных на жидкостном хроматографе высокого давления HP 1090 (Hewlett-Packard, США) модифицированным методом (Ракитин и др., 2011). В качестве стандартов ПА использовали путресцин (Пут), сперми-дин (Спд), спермин (Спм) и кадаверин (Кад) (Fluka, Швейцария).
Активность диамин — (ДАО) и полиаминокси-даз (ПАО) определяли методом Кона и др. (Cona et al., 2003). Содержание фитогормонов в растительных тканях определяли методом ВЭЖХ (Му-сатенко и др., 2003) на хроматографе Agilent 1200 LC с диодно-матричным детектором G 1315B (Agilent, США). Анализ и обработку хромато-грамм выполняли с программным обеспечением Chem. Station, версия В.03.01 в непрерывном режиме.
Обработку данных проводили методами параметрической статистики с использованием программы Microsoft Exel 2007 и выражали в виде средних из трех повторов ± ошибка среднего значения признака. Бары на рисунках обозначают стандартные отклонения от среднего при 5%-ном уровне значимости.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Влияние обработки растений АБК и флуридоном на эндогенное содержание АБК в листьях хрусталь-
Содержание АБК, нг/г сырой массы 30
20
10
□ 1 □ 2
Контроль
Флуридон
АБК
№С1
№С1 + + АБК
№С1 + + флуридон
Рис. 1. Влияние обработки корней АБК (1 мкМ) или флуридоном (15 мкМ) на содержание АБК в листьях хрустальной травки после 6 сут экспозиции растений в отсутствие или в присутствии 300 мМ №С1 в питательной среде. 1 — свободная форма, 2 — связанная.
ной травки. При действии экзогенной АБК, содержание ее свободной формы в листьях повысилось в среднем в 2 раза, связанной формы — более чем в 10 раз, а на среде с №С1 содержание обеих форм АБК за 6 сут возросло в среднем в 7 раз по сравнению с контрольными растениями (рис. 1). Обработка флуридоном приводила к изменению соотношения свободной и связанной форм, при этом содержание свободной формы АБК в листьях понизилось в среднем на 40% по сравнению с контролем. У всех растений при засолении среды повышался уровень свободной и связанной форм АБК, который был минимальным у растений, выращиваемых на среде №С1 + флуридон (рис. 1).
Влияние АБК и флуридона на физиологическое состояние растений, содержание МДА и пролина в листьях хрустальной травки. Все растения, используемые в эксперименте, сохраняли жизнеспособность, но значительно отличались по интенсивности роста. Надземная масса растений на среде с №С1 за 6 сут засоления снизилась в среднем в 2.8 раза, а растения, обработанные АБК, увеличили надземную массу в среднем в 1.5 раза по сравнению с контрольными ра
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.