Фотосинтез и азотный метаболизм в листьях пшеницы при низкой концентрации СО2 в атмосфере
Автор: Иванов Анатолий Алексеевич
Журнал: Ученые записки Петрозаводского государственного университета @uchzap-petrsu
Рубрика: Физико-химическая биология
Статья в выпуске: 4 (165), 2017 года.
Бесплатный доступ
Целью данного исследования было изучение изменений параметров фотосинтеза, активности ферментов метаболизма азота и содержания пролина у растений пшеницы (Triticum aestivum L.) после их инкубации при низкой концентрации СО2 в герметичной камере в течение 10 дней. Снижение концентрации СО2 в атмосфере сопровождалось изменением ряда фотосинтетических параметров при использовании СО2 в качестве акцептора электронов в фотосистеме I. Наблюдалось уменьшение скорости газообмена на плато световой кривой, величины светового компенсационного пункта и интенсивности света при насыщении световой кривой. При использовании NO2- в качестве акцептора электронов фотосинтетические параметры при анализе световых кривых выделения О2 менялись незначительно как в условиях естественной, так и низкой концентрации СО2. При дефиците СО2 возрастало значение NO2- как акцептора фотосинтетических электронов, что могло привести к изменению C/N-баланса в сторону усиления азотного метаболизма в клетках растений. Об этом также свидетельствовало увеличение активности глутаминсинтетазы, ключевого фермента данного пути. Увеличение активности ферментов азотного метаболизма при дефиците углеродных скелетов могло привести к избытку азотистых соединений и необходимости вывода их из сферы метаболических реакций. В результате наблюдалось накопление пролина в качестве условно запасного вещества, предельная концентрация которого тем не менее зависела от активности пролиндегидрогеназы.
Концентрация со2, фотосинтез, ферменты азотного обмена, пролин, альтернативные акцепторы электронов
Короткий адрес: https://sciup.org/14751191
IDR: 14751191
Список литературы Фотосинтез и азотный метаболизм в листьях пшеницы при низкой концентрации СО2 в атмосфере
- Abd-El Baki G. K., Siefritz F., Man H. M., Weiner H., K aldenho f f R., Kaiser W. M. Nitrate reductase in Zea mays L. under salinity//Plant Cell Environ. 2000. Vol. 23. P. 515-521.
- Bates L. S., Waldren R. P., Teare I. D. Rapid determination of free proline for water stress studies//Plant Soil. 1973. Vol. 39. № 1. P. 205-207.
- Ben Rejeb K., Abdelly C., Savourt A. How reactive oxygen species and proline face stress together//Plant Physiol. Biochem. 2014. Vol. 80. P. 278-284.
- Bil’ K. Y., Fomina I. R., Tsenova E. N. Effects of nitrogen nutrition on photosynthetic enzyme activities, type of photosynthates and photosystem 2 activity in maize leaves//Photosynthetica. 1985. Vol. 19. № 2. P. 216-220.
- Commichau F. M., Forchhammer K., Stülke J. Regulatory links between carbon and nitrogen metabolism//Curr. Opin. Microbiol. 2006. Vol. 9. № 2. P. 167-172.
- Eichelmann H., Oja V., Peterson R. B., Laisk A. The rate of nitrite reduction in leaves as indicated by O2 and CO2 exchange during photosynthesis//J. Exp. Bot. 2011. Vol. 62. № 6. P. 2205-2215.
- Fry I. V., Cammack R., Hucklesby D. P., Hewitt E. J. Kinetics of leaf nitrite reductase with Methyl Viologen and ferredoxin under controlled redox conditions//Biochem. J. 1982. Vol. 205. P. 235-238.
- Hare P. D., Cress W. A., Van Staden J. Dissecting the roles of osmolyte accumulation during stress//Plant Cell Environ. 1998. Vol. 21. P. 535-553.
- Hewitt E. J. Sand and water culture methods used in the study of plant nutrition. 2nd ed. London: Commonwealth Agricultural Bureau, 1966. 547 p.
- Ivanov A. A. Response of wheat seedlings to combined effect of drought and salinity//Stress Responses in Plants. Mechanisms of Toxicity and Tolerance. Springer International Publishing, 2015. P. 159-199.
- Jonassen E. M., Sandsmark B. A. A., L i 11 o C. Unique status of NIA2 in nitrate assimilation: NIA2 expression is promoted by HY5/HYH and inhibited by PIF4//Plant Signal Behav. 2009. Vol. 4. P. 1084-1086.
- Kaiser W. M., Förster J. Low CO2 prevents nitrate reduction in leaves//Plant Physiol. 1989. Vol. 91. P. 970-974.
- Kenis J. D., Rouby M. B., Edelman M. O., Silvente S. T. Inhibition of nitrate reductase by water stress and oxygen in detached oat leaves: A possible mechanism of action//J. Plant Physiol. 1994. Vol. 144. P. 735-739.
- Lacuesta M., Gonzá1ez-Moro B., González-Murua C., Muñoz-Rueda A. Temporal study of the effect of phosphinothricin on the activity of glutamine synthetase, glutamate dehydrogenase and nitrate reductase in Medicago sativa L.//J. Plant Physiol. 1990. Vol. 136. P. 410-414.
- Li X., Yang Y., Jia L., Chen H., Wei X. Zinc-induced oxidative damage, antioxidant enzyme response and proline metabolism in roots and leaves of wheat plants//Ecotoxicol. Environ. Safety. 2013. Vol. 89. P. 150-157.
- Magalhaes J. R., Ju G. C., Rich P. J., Rhodes D. Kinetics of Nitrogen-15-labeled ammonium ion assimilation in Zea mays. Preliminary studies with a glutamate dehydrogenase GDH1 null mutant//Plant Physiol. 1990. Vol. 94. P. 647-656.
- Miller G., Honig A., Stein H., Suzuki N., Mittler R., Zilberstein A. Unraveling A1-pyrroline-5-carboxylate-proline cycle in plants by uncoupled expression of proline oxidation enzymes//J. Biol. Chem. 2009. Vol. 284. P. 26482-26492.
- Noctor G., Foyer C. H. A re-evaluation of the ATP: NADPH budget during C3 photosynthesis: a contribution from nitrate assimilation and its associated respiratory activity?//J. Exp. Bot. 1998. Vol. 49. P. 1895-1908.
- Osmond C. B. Photorespiration and photoinhibition. Some implications for the energetics of photosynthesis//Biochim. Biophys. Acta. 1981. Vol. 639. P. 77-98.
- Robinson J. M. Carbon dioxide and nitrite photoassimilatory processes do not intercompete for reducing equivalents in spinach and soybean leaf chloroplasts//Plant Physiol. 1986. Vol. 80. P. 676-684.
- Robredo A., Pirez-Lypez U., Miranda-Apodaca J., Lacuesta M., Mena-Petite A., Mueoz-Rueda A. Elevated CO2 reduces the drought effect on nitrogen metabolism in barley plants during drought and subsequent recovery//Environ. Exp. Bot. 2011. Vol. 71. P. 399-408.
- Sakakibara H. Differential response of genes for ferredoxin and ferredoxin: NADP+ oxidoreductase to nitrate and light in maize leaves//J. Plant Physiol. 2003. Vol. 160. P. 65-70.
- Sänchez-Rodrnguez E., Rubio-Wilhelmi M. M., Rios J. J., Blasco B., Rosales M. A., Melgarejo R., Romero L., Ruiz J. M. Ammonia production and assimilation: its importance as a tolerance mechanism during moderate water deficit in tomato plants//J. Plant Physiol. 2011. Vol. 168. P. 816-823.
- Sharma S., Villamor J. G., Verslues P. E. Essential role of tissue-specific proline synthesis and catabolism in growth and redox balance at low water potential1 essential role of tissue-specific proline synthesis and catabolism in growth and redox balance at low water potential//Plant Physiol. 2011. Vol. 157. P. 292-304.
- Skopelitis D. S., Paranychianakis N. V., Paschalidis K. A., Pliakonis E. D., Delis I. D., Yakoumakis D. I., Kouvarakis A., Papadakis A. K., Stephanou E. G., Roubelakis-Angelakis K. A. Abiotic stress generates ROS that signal expression of anionic glutamate dehydrogenases to form glutamate for proline synthesis in tobacco and grapevine//The Plant Cell. 2006. Vol. 18. P. 2767-2781.
- Stitt M., Müller C., Matt P., Gibon Y., Carillo P., Morcuende R., Scheible W-R., Krapp A. Steps towards an integrated view of nitrogen metabolism//J. Exp. Bot. 2002. Vol. 53. P. 959-970.
- Székely G., Abraham E., Cséplo A., Rigу G., Zsigmond L., Csiszar J., Ayaydin F., Strizhov N., Jasik J., Schmelzer E., Koncz C., Szabados L. Duplicated P5CS genes of Arabidopsis play distinct roles in stress regulation and developmental control of proline biosynthesis//Plant J. 2008. Vol. 53. P. 11-28.
- Turano F. J., Dashner R., Upadhyaya A., Caldwell C. R. Purification of mitochondrial glutamate dehydrogenase from dark-grown soybean seedlings//Plant Physiol. 1996. Vol. 112. P. 1357-1364.
- Wallsgrove R. M., Keys A. J., Eea P. J., Mieein B. J. Photosynthesis, photorespiration and nitrogen metabolism//Plant Cell Environ. 1983. Vol. 6. № 4. P. 301-309.
- Zhang Y. H., Zhang G., Liu L. Y., Zhao K., Wu L. S., Hu C. X., Di H. J. The role of calcium in regulating alginate-derived oligosaccharides in nitrogen metabolism of Brassica campestris L. var. Tsen et Lee//J. Plant Growth. Regul. 2011. Vol. 64. № 2. P. 193-202.
- Ziegler C., Feraud M., Jouglet T., Viret L., Spampinato A., Paganelli V., Hammouda M. B., Suzuki A. Regulation of promoter activity of ferredoxin-dependent glutamate synthase//Plant Physiol. Biochem. 2003. Vol. 41. P. 649-655.
