Интенсивность фотосинтеза и транспорт ассимилятов у Solanum tuberosum под действием 24-эпибрассинолида

Интенсивность фотосинтеза и транспорт ассимилятов у Solanum tuberosum под действием 24-эпибрассинолида

Автор: Пузина Т.И., Макеева И.Ю.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Физиология, биохимия

Статья в выпуске: 1 т.57, 2022 года.

Бесплатный доступ

Брассиностероиды - уникальный класс гормонов стероидной природы. Они сочетают свойства стимуляторов роста и индукторов защитных реакций, снижающих повреждающее действие стрессоров на растительный организм, а также регулируют процессы этиоляции и синтеза других групп фитогормонов. Имеются сведения об участии брассиностероидов в экспрессии светорегулируемых фотосинтетических генов и регуляции функционирования фотосинтетического аппарата. В единичных исследованиях отмечается стимуляция поглощения СО2 и положительное влияние на продуктивность разных видов сельскохозяйственных культур. При этом практически отсутствуют данные о влиянии брассиностероидов на транспорт ассимилятов в аттрагирующие центры растений. В настоящей работе впервые показано участие 24-эпибрассинолида в регуляции транспорта ассимилятов в клубни картофеля и изменении содержания абсцизовой кислоты (АБК) в базальной зоне стебля и цитокининов в клубнях. Нашей целью было изучение влияния 24-эпибрассинолида на интенсивность процесса фотосинтеза, содержание ассимилятов в зонах стебля и выявление участия АБК и цитокининов в оттоке ассимилятов в клубни у Solanum tuberosum L . Объектом исследования служили растения картофеля сорта Скороплодный. Растения выращивали в условиях вегетационного домика в почвенной культуре. Опытные растения в фазу цветения опрыскивали 1,47½10-8 М раствором 24-эпибрассинолида (Институт биоорганической химии НАН Беларуси). Контрольные растения опрыскивали водой. Интенсивность фотосинтеза изучали с помощью радиоактивного изотопа 14С, который получали в газгольдере из смеси радиоактивной и чистой соды. В конце цветения растений интактный лист 8-го яруса экспонировали в естественных условиях в камере-прищепке, в которую вводили 10 мл 14СО2 из газгольдера. Удельная радиоактивность в атмосфере 14СО2 - 0,0334 мБк/нМ, концентрация 14СО2 - 0,6 %. Продолжительность нахождения в атмосфере 14СО2 - 10 мин. Через 48 ч после пребывания в атмосфере 14СО2 отрезки зон стебля фиксировали для оценки содержания 14С-ассимилятов. Измерение радиоактивности проводили на торцовом счетчике Т-25-БФЛ («Изотоп», Россия). Содержание сахарозы определяли рефрактометрическим методом на рефрактометре РПЛ-3 (ОАО «Киевский завод «АналитПрибор», Украина). Количество абсцизовой кислоты (АБК) в зонах стебля и содержание зеатина в клубнях определяли методом твердофазного иммуноферментного анализа. В качестве стандартных растворов фитогормонов были взяты АБК и зеатин («SERVA Electrophoresis GmbH», Германия). Содержание хлорофиллов а, b и каротиноидов определяли после экстракции 80 % раствором ацетона на фотометре КФК-3-01 (АО «ЗОМЗ», Россия). Толщину феллемы (пробки) измеряли на прижизненных поперечных срезах в средней части клубня с помощью окулярного микрометра на микроскопе Биолам («ЛОМО», Россия). Опрыскивание растений картофеля в конце цветения раствором 24-эпибрассинолида увеличило интенсивность ассимиляции 14СО2 на 23 % (р £ 0,05). В результате листья 8-го яруса, получившие 14СО2, содержали больше сахарозы по сравнению с контролем. Показано, что обработка растений 24-эпибрассинолидом приводила к повышению интенсивности ассимиляции 14СО2 и содержания сахарозы. Отмечено увеличение содержания в листьях хлорофилла а, b и каротиноидов. Выявлены различия в содержании сахарозы и 14С-ассимилятов в зонах стебля. В базальной зоне их было меньше, чем в средней. В опытном варианте увеличивался градиент 14С-ассимилятов и сахарозы между зонами стебля, что может свидетельствовать об усилении их оттока в клубни. Это происходило на фоне повышения в базальной зоне количества эндогенной абсцизовой кислоты, которая способствует разгрузке флоэмных окончаний. Под влиянием эпибрассинолида градиент АБК между зонами составил 41 % против 26 % в контроле (р £ 0,05). Выявлено увеличение содержания цитокининов, обладающих аттрагирующим эффектом, в клубнях в варианте с 24-эпибрассинолидом. Изученный брассиностероид повысил продуктивность растений картофеля на 25 % (р £ 0,05) в условиях почвенной культуры, а также стимулировал образование феллемы (пробки) в клубнях. Полученные данные позволяют заключить, что 24-эпибрассинолид регулирует интенсивность процесса фотосинтеза, а также отток ассимилятов в формирующиеся клубни через участие АБК в создании градиента ассимилятов в зонах стебля и увеличение количества цитокининов в клубнях, что в конечном итоге сказывается на продуктивности растений картофеля.

Еще

24-эпибрассинолид, фотосинтез, пигменты, сахароза, 14с-ассимиляты, абсцизовая кислота, цитокинины, зоны стебля, solanum tuberosum

Короткий адрес: https://sciup.org/142234457

IDR: 142234457

Список литературы Интенсивность фотосинтеза и транспорт ассимилятов у Solanum tuberosum под действием 24-эпибрассинолида

  • Yin W., Dong N., Niu M., Zhang X., Li L., Liu J., Liu B., Tong H. Brassinosteroid-regulated plant growth and development and gene expression in soybean. The Crop Journal, 2019, 7(3): 411-418 (doi: 10.1016/j.cj.2018.10.003).
  • Castorina G., Consonni G. The role of brassinosteroids in controlling plant height in Poaceae: a genetic perspective. International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21(4): 1191 (doi: 10.3390/ijms21041191).
  • Özdemir F., Bor M., Demiral T., Türkan 1. Effects of 24-epibrassinolide on seed germination, seedling growth, lipid peroxidation, proline content and antioxidative system of rice (Oryza sativa L.) under salinity stress. Plant Growth Regulation, 2004, 42: 203-211 (doi: 10.1023/B:GR0W.0000026509.25995.13).
  • Nolan T., Chen J., Yin Y. Cross-talk of Brassinosteroid signaling in controlling growth and stress responses. Biochem. J, 2017, 474(16): 2641-2661 (doi: 10.1042/BCJ20160633).
  • Cai Y.-F., Peng L.-C., Li S.-F., Zhang L., Xie W.-J., Song J., Wang J.-H. 24-epibrassionlide improves photosynthetic response of Rhododendron delavayi to drought. Nordic Journal of Botany, 2020, 38(10) (doi: 10.1111/njb.02900).
  • Bai M.-Y., Shang J.-X., Oh E., Fan M., Bai Y., Zentella R., Sun T.-P., Wang Z.-Y. Brassinosteroid, gibberellin and phytochrome impinge on a common transcription module in Arabidop-sis. Nat. Cell Biol, 2012, 14: 810-817 (doi: 10.1038/ncb2546).
  • Yu X., Li L., Zola J., Aluru M., Ye H., Foudree A., Guo H., Anderson S., Aluru S., Liu P., Rodermel S., Yin Y. A brassinosteroid transcriptional network revealed by genome-wide identification of BESI target genes in Arabidopsis thaliana. Plant J., 2011, 65(4): 634-646 (doi: 10.1111/j.1365-313X.2010.04449.x).
  • Liang T., Mei S., Shi C., Yang Y., Peng Y., Ma L., Wang F., Li X., Huang X., Yin Y., Liu H. UVR8 interacts with BES1 and BIM1 to regulate transcription and photomorphogenesis in Arabidopsis. Dev. Cell., 2018, 44(4): 512-523 (doi: 10.1016/j.devcel.2017.12.028).
  • Авальбаев А.М., Юлдашев Р.А., Фатхутдинова Р.А., Урусов Ф.А., Сафутдинова Ю.В., Ша-кирова Ф.М. Влияние 24-эпибрассинолида на гормональный статус растений пшеницы при действии хлорида натрия. Прикладная биохимия и микробиология, 2010, 46(1): 109-112.
  • Hola D. Brassinosteroids and photosynthesis. In: Brassinosteroids: a class of plant hormone /S. Hayat, A. Ahmad (eds.). Springer, Dordrecht, 2011: 143-192 (doi: 10.1007/978-94-007-0189-2_6).
  • Головацкая И.Ф., Бендер О. Г., Ефимова М. В., Бойко Е.В., Малофий М.К., Мурган О.К., Плюснин И.Н. Роль экзогенных стероидных фитогормонов в регуляции функционирования фотосинтетического аппарата растений. Мат. Всерос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы картофелеводства: фундаментальные и прикладные аспекты». Томск, 2018: 103-107.
  • Gao Y., Jiang T., Xiang Y., He X., Zhang Z., Wen S., Zhang J. Epi-brassinolide positively affects chlorophyll content and dark-reaction enzymes of maize seedlings. Phyton-International Journal of Experimental Botany, 2021, 90(5): 1465-1476 (doi: 10.32604/phyton.2021.014811).
  • Xia X.-J., Huang L.-F., Zhou Y.-H., Mao W.-H., Shi K., Wu J.-X., Asami T., Chen, Z., Yu J.Q. Brassinosteroids promote photosynthesis and growth by enhancing activation of Rubisco and expression of photosynthetic genes in Cucumis sativus. Planta, 2009, 230: 1185-1196 (doi: 10.1007/s00425-009-1016-1).
  • Yu J.Q., Huang L.F., Hu W.H., Zhou Y.H., Mao W.H., Ye S.F., Nogues S. A role of brassinosteroids in the regulation of photosynthesis in Cucumis sativas. Journal of Experimental Botan, 2004, 55(399): 1135-1143 (doi: 10.1093/jxb/erh124).
  • Ogweno J., Song X., Shi K., Hu W., Mao W., Zhou Y., Yu J., Nogues S. Brassinosteroids alleviate heat-induced inhibition of photosynthesis by increasing carboxylation efficiency and enhancing antioxidant systems in Lycopersicon esculentum. Journal of Plant Growth Regulation, 2007, 27: 4957 (doi: 10.1007/s00344-007-9030-7).
  • Федина Е.О. Влияние 24-эпибрассинолида на фосфорилирование белков по тирозину у гороха после действия засоления. Физиология растений, 2013, 60(3): 360-368 (doi: 10.7868/S0015330313020085).
  • Vardhini V., Anuradha S., Rao S.S.R. Brassinosteroids — new class of plant hormones with potential to improve crop productivity. Indian Journal of Plant Physiology, 2006, 11: 1-12.
  • Wu C., Trieu A., Radhakrishnan P., Kwok S.F., Harris S., Zhang K., Wang J., Wan J., Zhai H., Takatsuto S., Matsumoto S., Fujioka S., Feldmann K.A., Pennell R.I. Brassinosteroids regulate grain filling in rice. The Plant Cell, 2008, 20(8): 2130-2145 (doi: 10.1105/tpc.107.055087).
  • Xu F., Xi Z.-M., Zhang H., Zhang C.-J., Zhang Z.-W. Brassinosteroids are involved in controlling sugar unloading in Vitis vinifera «Cabernet Sauvignon» berries during veraison. Plant Physiology and Biochemistry, 2015, 94: 197-208 (doi: 10.1016/j.plaphy.2015.06.005).
  • Петрухин Ю.А., Константинова Л.М. Фотосинтетический метаболизм углерода в листьях хлорофитума. Биологические науки, 1982, 7: 95-99.
  • Веселов С.Ю., Кудоярова Г.Р. Принципы иммуноанализа применительно к определению фитогормонов. В сб.: Иммуноферментный анализ регуляторов роста растений. Применение в физиологии растений и экологии. Уфа, 1990: 8-22.
  • Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. М., 2003.
  • Müller M., Munne-Bosch S. Hormonal impact on photosynthesis and photoprotection in plants. Plant Physiology, 185(4): 1500-1522 (doi: 10.1093/plphys/kiaa119).
  • Чиков В.И. Эволюция представлений о связи фотосинтеза с продуктивностью растений. Физиология растений, 2008, 55(1): 140-154.
  • Роньжина Е.С., Мокроносов А.Т. Донорно-акцепторные отношения и участие цитокини-нов в регуляции транспорта и распределения органических веществ в растениях. Физиология растений, 1994, 41(3): 448-459.
  • Thomas T.H. Hormonal control of assimilate movement and compartmentation. In: Plant growth sub-stances /M. Bopp (ed). Springer-Verlag, Berlin, 1985: 350-359 (doi: 10.1007/978-3-642-71018-6_45).
  • Заякин В.В., Нам И.Я. Стимуляция абсцизовой кислотой поступления ассимилятов из оболочки семени к развивающемуся зародышу люпина (Lupinus luteus L.). Физиология растений, 1998, 45(1): 100-107.
  • Пузина Т.И., Кириллова И.Г., Якушкина Н.И. Динамика индолилуксусной кислоты в органах картофеля на разных этапах онтогенеза и ее роль в регуляции роста клубня. Известия Академии Наук. Серия биологическая, 2000, 2: 170-177.
  • Münch E. Die Stoffbewegungen in der Pflanze. Jena, Verlag von Gustav Fischer, 1930.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp