doi: 10.15389/agrobiology.2022.1.113rus
УДК 633.49:581.132:581.134.8:577.175.1
ИНТЕНСИВНОСТЬ ФОТОСИНТЕЗА И ТРАНСПОРТ АССИМИЛЯТОВ
У Solanum tuberosum ПОД ДЕЙСТВИЕМ 24-ЭПИБРАССИНОЛИДА
Т.И. ПУЗИНА✉, И.Ю. МАКЕЕВА
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 1,47×10-8 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.
Ключевые слова: 24-эпибрассинолид, фотосинтез, пигменты, сахароза, 14С-ассимиляты, абсцизовая кислота, цитокинины, зоны стебля, Solanum tuberosum.
T.I. Puzina✉, I.Yu. Makeeva
Brassinosteroids are a unique class of steroid hormones. They have a wide functional activity, combining the properties of growth stimulants and inducers of protective reactions that reduce the damaging effect of stressors on the plant organism. They regulate the processes of ethiolation, the synthesis of other groups of phytohormones. There is information about the participation of brassinosteroids in the expression of light-regulated photosynthetic genes and regulation of the functioning of the photosynthetic apparatus. Nevertheless, information regarding the content of pigments is conflicting. Activation of the enzymes of the Calvin cycle is shown. Some researchers noted stimulation of CO2 uptake and a positive effect on the yield of various crops. However, there are practically no data on the effect of brassinosteroids on the transport of assimilates to the attracting centers of plants. In this work, we established the effect of brassinosteroids on the rate of photosynthesis of potato plants and for the first time revealed their participation in the regulation of the transport of assimilates to tubers through changes in the content of ABA in the basal zone of the stem and cytokinins in tubers. Our work aimed to study the effect of 24-epibrassinolide on the intensity of the photosynthesis process, the content of assimilates in different zones of the stem, and to reveal the participation of ABA and cytokinins in the outflow of assimilates into tubers in potato plants. The Solanum tuberosum L. cv. Skoroplodny plants were grown in a growing house in soil culture. At flowering phase, the plants were sprayed with a 1.47×10-8 M solution of 24-epibrassinolil (Institute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus); the control plants were sprayed with water. The intensity of photosynthesis was assessed using the 14C radioactive isotope generated in a gasholder from a mixture of radioactive and non-radioactive sodium bicarbonate. At the end of flowering, a clothespin chamber was attached to an intact leaf of the eighth layer. In the chamber, the leaf was exposed to 14СО2 atmosphere (10 ml, 0.6% 14СО2, 0.0334 mBq/nM) for 10 minutes. To determine the content of 14C-assimilates, sections of the stem zones were fixed 48 hours after exposure to the 14CO2 atmosphere. The radioactivity was measured (a T-25-BFL end counter, Isotope, Russia). The sucrose content was measured refractometrically (an RPL-3 refractometer, OAO Kyiv plant “AnalytPribor”, Ukraine). The concentration of abscisic acid (AA) in the zones of the stem and cytokinins in the tubers were determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) method. AA and zeatin (Serva, Germany) served as standard solutions of phytohormones. The content of chlorophylls a, b and carotenoids was determined in 80% acetone extracts (a KFK-3-01 photometer, AO ZOMZ, Russia). The thickness of the phellema was measured on intravital cross sections in the middle part of the tuber using an eyepiece micrometer (a Biolam microscope, LOMO, Russia). After the end of flowering, epibrassinolide increased the intensity of 14СО2 assimilation by 23 % (р ≤ 0.05). The treated leaves exposed to 14СО2 contained more sucrose as compared to the control leaves. An increase in the content of chlorophylls a, b and carotenoids occurred. The concentration of sucrose and 14C-assimilates differed between various stem zones. In the basal zone, the concentrations were lower than in the middle part. Epibrassinolide increased the gradient of 14C- assimilates and sucrose between the zones of the stem, which may indicate an increase in their outflow into tubers. Simultaneously, the level of endogenous abscisic acid in the basal zone increased, which facilitates unloading of phloem endings. Under the influence of epibrassinolide, the AA gradient between the zones was 41 % vs. 26 % (р ≤ 0.05) in the control. In tubers, due to the exogenous epibrassinolide, the level of cytokinins which exhibit an attracting effect was higher compared to the control. The brassinosteroid increased the productivity of potato plants by 25 % (р ≤ 0.05) and stimulated phellema formation in the tubers. The research data obtained suggest that epibrassinolide regulates the intensity of the photosynthesis process, the outflow of assimilates into the forming tubers through the participation of AA in the creation of a gradient of assimilates in the stem zones and an increase in cytokinins in tubers, which attract assimilates. This ultimately affects the productivity of potato plants.
Keywords: 24-epibrassinolide, photosynthesis, pigments, sucrose, 14C-assimilates, abscisic acid, cytokinins, stem zones, Solanum tuberosum.
ФГБОУ ВПО Орловский государственный |
Поступила в редакцию |
