ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 3, с. 415-421
УДК 581.1
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ЭТИЛЕНОМ И СПЕРМИДИНОМ В ЛИСТЬЯХ ПРОРОСТКОВ ЫусуттЫга ита1епш ПРИ ОСМОТИЧЕСКОМ СТРЕССЕ КОРНЕЙ
© 2004 г. Ч.-Ж. Ли*' ***, С.-П. Вей**, В. Ли***, Г.-С. Ван*' **
* Колледж науки о жизни, Университет провинции Чжэцзян, Ханчжоу, Китай ** Главная государственная лаборатория агроэкологии засушливых районов, Университет Ланчжоу, Ланчжоу, Китай *** Агрономический факультет, Сельскохозяйственный университет провинции Ганъсу, Ланчжоу, Китай
Поступила в редакцию 31.03.2003 г.
В листьях проростков О1усуггЫга uralensis изучали корреляцию между выделением этилена и содержанием спермидина (Спд) при осмотическом стрессе корней. После 4-часового стресса Спд заметно подавлял выделение этилена, в то время как различия в образовании этилена не повлияли на содержание Спд в листьях. После 24-часового стресса между выделением этилена и содержанием Спд в листьях обнаруживалась четкая отрицательная корреляция, и такая корреляция сохранялась, даже если общий предшественник этих соединений Б-аденозилметионин был в избытке. Следовательно, причина отрицательной корреляции не связана с конкуренцией за него. После 24-часового осмотического стресса в корнях усиленное образование этилена ускоряло образование Н202 и активного кислорода в листьях, тогда как обработка Спд привела к замедлению этих процессов. Далее, экзогенная Н202 способствовала ускоренному выделению этилена и снижению содержания Спд в результате сильного стресса. Можно заключить, что активные формы кислорода были вовлечены в проявление отрицательных корреляций между выделением этилена и содержанием Спд в листьях проростков О. uralensis, подвергнутых сильному осмотическому стрессу.
О1уеуттЫга uralensis - этилен - спермидин - активные формы кислорода
Полиамины спермидин (Спд) и спермин (Спм), а также их предшественник диамин путресцин широко распространены в растениях. Эти полиамины участвуют в разнообразных процессах, связанных с ростом и развитием растений, а также с реакцией на стрессы [1, 2]. Этилен также контролирует многие процессы роста и развития растений в норме и при стрессе [3, 4]. Спд, Спм и этилен образуются только из метионина через S-аденозилметионин (SAM). В связи с этим взаимосвязь между этиленом и полиаминами приобретает особое значение [5, 6].
Согласно многочисленным наблюдениям, полиамины могут подавлять синтез 1-аминоцикло-пропанкарбоновой кислоты (АЦК), предшественника этилена, ингибируя тем самым образование этилена. Например, обработка протопластов
Сокращения: АФК - активные формы кислорода; АЦК -1-аминоциклопропанкарбоновая кислота; АВГ - аминоэток-сивинилглицин; ВВТБК - вещества, взаимодействующие с тиобарбитуровой кислотой; ИСМ - индекс стабильности мембран; МГБГ - метилглиоксаль-бис-гуанилгидразон; Спд -спермидин; Спм - спермин; SAM - S-аденозилметионин. Адрес для корреспонденции: Gen-xuan Wang. State Key Laboratory of Arid Agroecology, Lanzhou University, Lanzhou, 730000 P.R. China. Fax: 0086-931-891-2893; e-mail: wanggx@lzu.edu.cn
яблони и листьев из яблок Спд и Спм замедляла синтез этилена. Эти полиамины подавляли индуцируемое ауксином выделение этилена и превращение метионина в АЦК и этилен [7]. В срезанных лепестках гвоздики Спм снижал содержание АЦК, синтез этилена, активность и количество транскриптов АЦК-синтазы и АЦК-оксидазы [8]. С другой стороны, синтез этилена влиял на синтез полиаминов в клетках каллуса ячменя [9]. Хотя часто полиамины и этилен подавляли синтез друг друга, известны и другие примеры. Например, обработка полиаминами листьев сои стимулировала образование этилена [10]. В цветках петунии во время предклимактерической фазы подавление синтеза путресцина и Спм Б-аргинином и метилг-лиоксаль-бмс-гуанилгидразоном (МГБГ) не активировало синтез этилена [5]. В некоторых случаях этилен стимулировал синтез полиаминов, например, в затопленных междоузлиях риса [11]. Обработка этиленом культивируемых клеток табака повышала содержание в них Спд и Спм, а также активировала аргининдекарбоксилазу, орни-тиндекарбоксилазу и БАМ-декарбоксилазу [12]. Однако в дисках из подвергнутых стрессу листьев рапса применение этилена в виде 2-хлорэтилфос-фоновой кислоты или этефона подавляло синтез
полиаминов за исключением агматина и диамино-пропана [13].
Таким образом, взаимоотношения между содержанием полиаминов и выделением этилена различно в зависимости от вида растения, исследуемой ткани и типа обработки. Природа этого взаимодействия неясна и для выяснения ее необходимы дальнейшие исследования. В данной работе мы определяли содержание Спд и выделение этилена в листьях проростков Glycyrrhiza uralen-sis, корни которых были подвергнуты осмотическому стрессу, и оценивали корреляции между этими параметрами.
МЕТОДИКА
Семена Glycyrrhiza uralensis Fisch. стерилизовали HClO4 (8% активного хлора) в течение 10 мин, споласкивали дистиллированной водой и затем отмывали 24 ч в дистиллированной воде. Затем семена проращивали в камере с контролируемыми условиями в темноте при 26 ± 1°С в течение 48 ч. Проросшие семена переносили в пластмассовые горшки с вермикулитом, которые помещали в камеру с температурой 26 ± 1°С, и проростки выращивали при освещенности 120 мкмоль/(м2 с) и световом дне 14 ч. Растения ежедневно поливали питательным раствором Хогланда [14]. На 15-е сут проростки вынимали из субстрата, корни ополаскивали дистиллированной водой и подвергали одной из следующих обработок: их помещали (1) в раствор ПЭГ-4000 (-1.0 МПа); (2) в тот же раствор, содержавший Спд, МГБГ, АЦК или АВГ, чтобы повлиять на содержание Спд или образование этилена и (3) в тот же раствор, что и при обработке (2), но с добавлением SAM до конечной концентрации 400 мкМ.
Проростки с корнями, погруженными в эти растворы, переносили в камеру с температурой 26 ± ± 1°С и постоянным освещением 120 мкмоль/(м2 с). При обработке 10 мМ перекисью водорода или водой листья опрыскивали до их увлажнения. Анализировали листья второго от основания стебля яруса.
Водный потенциал листьев определяли в камере давления (модель ZLZ-4), изготовленной в университете Ланчжоу (Китай).
Относительное содержание воды определяли гравиметрическим методом Barrs и Weatherley [15]. Около 0.5 г листьев взвешивали (сырой вес, Всыр), затем помещали на 24 ч в стакан с дистиллированной водой и снова взвешивали (вес при насыщении водой, Вн), а затем высушивали в сушильном шкафу при 80°С в течение 1б ч и снова взвешивали (сухой вес, Всух).
Относительное содержание воды рассчитывали по формуле: относительное содержание воды = = [(Всыр - Всух)/(ВН - Всух)] х 100%.
Содержание H2O2 определяли методом Manuel
с соавт. [16]. Скорость образования 02 измеряли методом Ke с соавт. [17].
Содержание веществ, взаимодействующих с тиобарбитуровой кислотой (ВВТБК), измеряли по реакции с этой кислотой, которая характеризует степень перекисного окисления липидов [18]. Концентрацию ВВТБК рассчитывали, используя коэффициент экстинкции 155 мМ/см.
Индекс стабильности мембран (ИСМ) вычисляли методом Sairam с соавт. [19]. Изолированные листья (0.5 г) тщательно промывали дистиллированной и бидистиллированной водой, затем помещали на 30 мин в 10 мл бидистиллята, нагретого до 30°С, и измеряли электропроводность (Сх). Затем тот же образец помещали на 15 мин в кипящую водяную баню и после охлаждения до примерно 30°С снова измеряли электропроводность (С2). ИСМ подсчитывали по формуле ИСМ = (1 -- C1/C2) X 100%.
Экстракцию Спд и ВЭЖХ проводили согласно методу Flores и Galston [20]. Бензоилирование стандартного Спд ("Sigma," США) также проводили методом Flores и Galston. Концентрацию Спд измеряли в программируемом жидкостном хроматографе (модель Waters 600E, "Waters Inc.," США). Система растворителей состояла из 65%-ного метанола со скоростью протока 1 мл/мин. Бензои-лированный экстракт элюировали при комнатной температуре в колонке для разделения по принципу обратной фазы ("Waters Symmetry C18", 3.9 X 150 мм), упакованной частицами размером 5 мкм. Измерения проводили при 254 нм, используя ультрафиолетовый детектор.
Для измерения выделения этанола отрезанные листья помещали в пенициллиновые флаконы, которые запечатывали на 2 ч. Извлеченный оттуда газ анализировали в газовом хроматографе (модель GC-9A, "Altex-Beckman Inc.," Япония) в колонке Pa-ropark при температуре в колонке 90°С. В качестве газа-носителя использовали азот.
Все опыты повторяли не менее трех раз. Представлены типичные результаты. Все измерения подвергали статистической обработке. Достоверными считали различия при P < 0.05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
После того, как корни были в течение 4 ч подвергнуты осмотическому стрессу, водный потенциал листьев и относительное содержание в них воды сразу же заметно снижались (рис. 1а), в то время как ИСМ и содержание ВВТБК практически не изменялись (рис. 16). Позже водный потенциал листьев, относительное содержание в них воды и ИСМ снижались, в то время как содержание ВВТБК постепенно увеличивалось (рис. 1а, 16).
ч се
н я я
О се
« I
л
к
и
о
PQ
rS °
W о
н «
и и
(D И
в ^
iB °
се ь
сР 3
<L>
О ¡в О
2.1 1.9 1.7 1.5 1.3 1.1 0.9 0.7
45 40 35 30 25 20
(а)
90
70
50
о м
О Й
к g
ч 1:4
<о о
н s
я к
о се
о М
Щ ~
Н &
О U
CJ и о о
0 4 8
12 16
(б)
20
24 28 1
90
70
50
30
—
В
о
Ц ^
is ®
VO Й н ю
5 £
о «
М £
«
и к К
120
« к О а о о я о 110 100
о и и о 90
к а ^ 80
* & о j-H 70
о и л ч 60
о О о 50
К 40
2 -
80 70 60 50 40 30
о g ^
§ 5*
Ч w
л о
m s к
0 4 8 12 16 20 24 28 Длительность осмотического стресса, ч
Рис. 1. Водный потенциал, относительное содержание воды, содержание веществ, взаимодействующих с тиобарбитуровой кислотой (ВВТБК) и индекс стабильности мембран в листьях проростков О. игЛетгя, корни которых были подвергнуты осмотическому стрессу.
а - водный потенциал (1) и относительное содержание воды (2); б - содержание ВВТБК (1) и индекс стабильности мембран (2). Вертикальные линии обозначают стандартные ошибки; п = 3; Р < 0.05.
После 24 ч стресса водный потенциал листьев и относительное содержание в них воды
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.