Некоторые аспекты регуляции уровня АБК в проростках пшеницы и риса под действием аноксии

2004 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. Сеп. 3. Вып. 3

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 581.1

Н. А. Кирчгаина, В. В. Емельянов, Т. В. Чиркова

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ РЕГУЛЯЦИИ УРОВНЯ АБК В ПРОРОСТКАХ ПШЕНИЦЫ И РИСА ПОД ДЕЙСТВИЕМ АНОКСИИ

Одна из основных защитных реакций растений на неблагоприятные воздействия внешней среды - остановка роста. При этом происходит изменение в гормональном балансе растительного организма. К наиболее универсальным изменениям можно отнести накопление абсцизовой кислоты (АБК) как ингибитора роста. В нашей предыдущей работе и работах других авторов было показано, что в условиях аноксии [1] и при иных воздействиях [2, 5, 7] наблюдается увеличение содержания свободной формы АБК. В связи с этим представляет интерес выяснение источников возрастания количества АБК, поскольку известно, что ее биосинтез, как и многих других соединений, в бескислородной среде замедлен. Вопрос об источнике увеличения концентрации свободной АБК в анаэробных условиях в литературе остается совершенно не освещенным. Поэтому цель настоящей работы заключалась в определении как свободной АБК, так и ее связанных форм - конъюгированных соединений.

Методика. В качестве объектов исследования использовали 7-дневные проростки пшеницы (Triticum aestiywn L.) сорта «Ленинградка» и 10-дневные проростки риса (Oryza sativa L.) сорта ВНИИР 17, различающиеся по устойчивости к недостатку кислорода. Растения выращивали на 0,2 моль/л модифицированном растворе Кнопа при нормальной аэрации, освещении 80 Вт/м2 и температуре 20-22°С. Перед проращиванием семена поверхностно стерилизовали 5%-ным раствором NaCIQ в течение 10 мин, после чего промывали дистиллированной водой.

Одну часть растений (побеги и корни) использовали для анализа в качестве исходного материала, а другую разделяли на опытные и контрольные варианты. Для создания анаэробных условий растения опытных вариантов помещали в камеры, через которые 40 мин пропускали газообразный азот (содержание кислорода < 0,01%; АОЗТ «Лентехгаз», С.-Петербург), затем камеры герметично закрывали и ставили в темноту для предотвращения образования кислорода на свету. Экспозиция в атмосфере азота составляла 6, 12, 24, 48 и 72 ч. Контрольные растения помещали на те же сроки в темноту. Перед постановкой в экспериментальные условия корни растений для стерилизации 5 мин выдерживали в 0,01%-ном растворе NaCIO, после чего растения несколько раз промывали дистиллированной водой.

Экстракцию и очистку фитогормона проводили способом, описанным в работе [6] в нашей модификации [1]. Спирторастворимые эфирные конъюгаты фитогормонов гидролизовапи 1 N NaOH (1 : 1 по объему) на кипящей водяной бане в течение 40 мин. Гидролизат нейтрализовали 1 N НС1 и фитогормоны экстрагировали по схеме, аналогичной использованной для свободных форм.

Для освобождения спиртонерастворимых конъюгатов фитогормонов (связанных с макромолекулами) из мезги, оставшейся после экстрагирования свободных форм, проводили ее гидролиз 1 N NaOH (1 : 20, масса/объем) так же, как и для спирторастворимых форм. Осадок отделяли центрифугированием и трижды промывали 1/2 первоначального объема 1 N NaOH. Далее последовательность процедур была той же, что и в случае спирторастворимых конъюгатов.

Дальнейшую очистку проводили методом тонкослойной хроматографии. Содержание АБК оценивали методом твердофазного иммуноферментного анализа [3]. Содержание фитогормона рассчитывали в пмолях на 1 г сырой массы. Измерение эндогенного уровня фитогормонов проводили в 4-8 независимых экспериментах. Для построения калибровочного графика, расчета и статистической обработки данных использовали программу MS Excel 97. При оценке достоверности различий использовали критерий Стьюдента при 5%-ном уровне значимости.

© Н. А. Кирчихина, В. В. Емельянов, Т. В. Чиркова, 2004

2100 -

Свободная форма

Побег

Корень

Спирторастворимые конъюгаты

¡1800

9-1500

л 1200

= 900

600 П

300

I

1"

[I

в

Спиртонерастворимые конъюгаты

6 12 24 48 Время экспозиции, ч

6 12 24 48 Время экспозиции, ч

75

Содержание свободной и связанных форм АБК в побегах и корнях %  - аэрация, В - аноксия.

г

н 1800 -

Побег

Свободная форма

Корень

а 1500

0 -

I

&

I

Спирторастворимые коньюгаты

1500

£ 1200 -

900

300

I

4

6 12 24 48 72

Ж

Спиртонерастворимые коньюгаты

1800 ; 1500 -;

1200 \

900 -

I

600 \ 300 -I

I

0 *

¿1

0 6 12 24 48 Время экспозиции, ч

72

]11Ш

0 6 12 24

Время экспозиции,

проростков пшеницы (А, Б, В) и риса (Г, Д,Ж) в условиях анаэробиоза.

эробиозе. У пшеницы же содержание АБК оставалось на высоком уровне до конца эксперимента. Более того, для побегов и корней была характерна тенденция к его подъему. Вероятно, одной из причин этого является отсутствие у пшеницы способности к регуляции уровня АБК путем экскреции во внешнюю среду [9].

В нашей предыдущей работе [1], где было рассмотрено влияние аноксии на содержание ряда фитогормонов в проростках пшеницы и риса, у неустойчивой к гипоксии пшеницы при недостатке кислорода наблюдалась гипераккумуляция АБК без существенного увеличения уровня ИУК, что, вероятно, способствовало остановке роста. У устойчивого же растения риса АБК накапливалось значительно меньше, чем ИУК, что может быть отнесено к приспособительным реакциям, направленным на поддержание жизнедеятельности и роста его побега в условиях затопления.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что в бескислородной среде происходят значительные изменения баланса АБК, в первую очередь за счет процессов образования и распада ее конъюгированных соединений. При этом у устойчивого к данному неблагоприятному воздействию растения - риса механизмы регуляции уровня гормонов более разнообразны и совершенны по сравнению с неустойчивой пшеницей. Вероятно, в естественной среде обитания при затоплении проростков риса использование их оказывается важным для выживания в условиях кислородного дефицита.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ (грант Е00-12.0-25) и ГНТП «Университеты России» (фант УР.07.01.062).

Summary

Kirchikhina N. A., Yemelyanov V. V., ChirkovaT. К "Some aspects of ABA level regulation in wheat and rice seedlings under anoxia.

The influence of anoxia on free ABA and its conjugate level in wheat and rice seedlings was investigated. The rise of free ABA contents both in shoots and roots of experimental plants under anoxic treatment was shown. The accumulation of free ABA correlated with decrease of bound form contents. More intensive hydrolysis was characterized for alcohol-soluble conjugates than for alcohol-insoluble conjugates, except rice shoots. It is supposed that bound forms of ABA are practically of single source of free ABA under anaerobic environment, as its synthesis like that of all other plant hormones directly depends on molecular oxygen.

Литература

1. Емельянов В. В., Кирчихина Н. А., Ласточкин В. В., Чиркова Т. В. Гормональный баланс проростков пшеницы и риса в условиях аноксии // Физиология растений. 2003. Т. 50, № 6. С. 922-929. 2. Косаковская И. В., Майдебура Е. В. Фитогормональная регуляция процессов адаптации у растений. Роль абсцизовой кислоты в устойчивости к стрессам // Физиол. и биохим. культ, раст. 1989. Т. 21, №4. С. 315-321. 3. КудояроваГ. Р., Мустафи-на Р. А., Жирмунская Н. М, Горбунова В. Ю. Взаимосвязь между выживаемостью и распределением гормонов в растениях пшеницы при обезвоживании // Иммуноферментный анализ регуляторов роста растений: применение в физиологии растений и экологии. Уфа, 1990. С. 41—46. 4. Пахомова В. М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений II Цитология. 1995. Т. 37, № 1-2. С. 66-91. 5. Полевой А. В. Эндогенные фитогормоны в этиолированных проростках кукурузы в норме и при температурном стрессе: Автореф. канд. дис. СПб., 1993. 21 с. 6. Полевой В. В., Полевой А. В. Эндогенные фитогормоны этиолированных проростков кукурузы // Физиология растений. 1992. Т. 39, № 6. С. 1165-1174. 7. Пустовойтова Т. Н. Абс-цизовая кислота и засухоустойчивость растений // Водный режим сельскохозяйственных растений. Кишинев, 1989. С. 3.7-41. 8. Mapelli S„ Bertani A. Endogenous phytohormones and germination of rice under anoxia: indoleacetic acid and abscisic acid // Interacting stresses on plants in a changing climate / Ed. by M. B. Jackson, C. R. Black. NATO ASI Series. 1993. Vol. 116. P. 353-363. 9. Mapelli S., Locate Hi F., Bertani A. Effect of anaerobic environment on germination and growth of rice and wheat: endogenous levels of ABA and IAA//Bulg. J. Plant Physiol. 1995. Vol. 21, N2-3. P. 33^1. 10. Mapelli S., Rocchi P., BertanyA. ABA and IAA in rice seedlings under anaerobic conditions II Biol. Plant. 1986. Vol. 28, N1. P. 57-61.

Статья поступила в редакцию 18 марта 2004 г.