Оводненность, фракционный состав воды, углеводный и жирнокислотный состав липидов почек возобновления Hylotelephium triphyllum (Crassulaceae) в процессе перезимовки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Почки возобновления являются хорошей моделью для изучения процессов роста, метаболизма и биоэнергетики под влиянием факторов среды (свет, температура). Подобные исследования могут дать новую информацию о физиолого-биохимических и молекулярных механизмах роста побега на этапе внутрипочечного развития под влиянием экзогенных и эндогенных факторов. Приведены данные о сезонных изменениях в энергетическом обмене, фракционном составе воды, содержании фотосинтетических пигментов, растворимых углеводов, белка, жирных кислот в почках возобновления Hylotelephium triphyllum. Показано, что в сформировавшихся почках (август) оводненность составляла около 85%, доля воды, переходящей в кристаллическое состояние, была более 90%, температура фазового перехода вода–лед – −6°С. По мере снижения среднесуточных температур наблюдалось уменьшение интенсивности дыхания, увеличение скорости запасания энергии, накопление растворимых углеводов и ненасыщенных жирных кислот, уменьшение оводненности тканей и доли свободной воды в них. Отмечена прямая связь между интенсивностью дыхания, тепловыделением и запасанием энергии. Доля запасаемой энергии от образованной при дыхании составляет около 40%. В процессе формирования фотосинтетического аппарата почек возобновления отмечалось снижение скорости тепловыделения и количества запасенной энергии. Набухание почек сопровождалось увеличением содержания жирных кислот, что свидетельствует об активизации их синтеза, и совпадало с весенним максимумом содержания в них пигментов. Оводненность почек составляла около 75%, доля воды, переходящей в кристаллическое состояние, была 99%. Температура фазового перехода вода–лед – −4.7°С, соответствующая температуре льдообразования в клетках, видимо, является предельной минимальной температурой, при которой происходят необратимые повреждения клеточных структур почек возобновления. Высокая оводненность почек возобновления H. triphyllum способствует поддержанию метаболических процессов и реализации морфофизиологических и структурных перестроек в них в холодные неблагоприятные для роста сезоны года, но в то же время существенно повышает риск повреждения отрицательными температурами в малоснежные зимы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Н. Табаленкова

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Email: malrus@ib.komisc.ru
Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167000

Р. В. Малышев

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: malrus@ib.komisc.ru
Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167000

М. С. Атоян

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Email: malrus@ib.komisc.ru
Россия, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, 167000

Список литературы

  1. [Alaudinova et al.] Алаудинова Е.В., Симкина С.Ю., Миронов П.В. 2007. Сезонные изменения содержания воды в меристематических тканях почек Picea obovata L. и Pinus sylvestris L. и ее распределение в клетках. – Хвойные бореальной зоны. XXIV. 4–5: 487–491.
  2. [Alaudinova et al.] Алаудинова Е.В., Симкина С.Ю., Миронов П.В. 2010. Водорастворимые вещества меристем почек Picea obovata L. и Pinus sylvestris L.: содержание, состав и свойства при формировании состояния низкотемпературной устойчивости. – Сибирский экологический журнал. 2: 227–333.
  3. [Babak] Бабак Т.В. 2011. Распространение и жизненные формы видов семейства Crassulaceae на европейском Северо-Востоке. – Бот. журн. 7: 869–880.
  4. Barigah T.S., Bonhomme M., Lopez D., Traore A., Douris M., Venisse J.S., Cochard H., Badel E. 2013. Modulation of bud survival in Populus nigra sprouts in response to water stress-induced embolism. – Tree Physiology. 1–13. https://doi.org/10.1093/treephys/tpt002
  5. [Berestovoy et al.] Берестовой М.А., Павленко О.С., Голденкова-Павлова И.В. 2019. Десатуразы жирных кислот растений: роль в жизнедеятельности растений и биотехнологический потенциал. – Успехи современной биологии. 139(4): 338–351. https://doi.org/10.1134/S0042132419040045
  6. Bradford M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. – Analytical Biochemistry. 72(1–2): 248 –254.
  7. [Chadin et al.] Чадин И.Ф., Далькэ И.В., Малышев Р.В. 2018. Оценка морозостойкости борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.) после удаления снежного покрова в ранневесенний период. – Российский журнал биологических инвазий. 4: 105–116.
  8. Charra-Vaskou K., Badel E., Charrier G., Ponomarenko A., Bonhomme M., Foucat L. et al. 2015. Cavitation and water fluxes driven by ice water potential in Juglans regia during freeze-thaw cycles. – J. Exp. Bot. 67: 739–750.
  9. Сuttriss A.J., Chubb A.C., Alawady A., Grimm B., Pogson B.J. 2007. Regulation of lutein biosynthesis and prolamellar body formation in Arabidopsis. – Funct. Plant Biol. 34: 663–72. https://doi.org/10.1071/FP07034
  10. [Dal'ke et al.] Далькэ И.В., Чадин И.Ф., Малышев Р.В., Захожий И.Г., Тишин Д.В., Харевский А.А., Солод Е.Г., Шайкина М.Н., Попова М.Ю., Полюдченков И.П., Тагунова И.И., Лязев П.А., Беляева А.В. 2019. Морозоустойчивость борщевика сосновского по результатам лабораторных и полевых экспериментов. – Российский журнал биологических инвазий. 4: 12–25.
  11. [Deryabin, Trunova] Дерябин А.Н., Трунова Т.И. 2022. Коллигативные эффекты растворов низкомолекулярных сахаров и их роль у растений при гипотермии. – Известия РАН. Серия биологическая. 1: 26–36. https://doi.org/10.31857/S1026347021060044
  12. [Dodueva et al.] Додуева И.Е., Творогова В.Е., Азарахш М., Лебедева М.А., Лутова Л.А. 2016. Стволовые клетки растений: единство и многообразие. – Вавиловский журнал генетики и селекции. 20(4):441–458. https://doi.org/10.18699/VJ16.172
  13. Duan B., Yang Y., Lu Y., Li C., Korpelainen H., Berninger F. 2007. Interactions between water deficit, ABA, and provenances in Picea asperata. – J. Exp. Bot. 58: 302–305.
  14. Feurtado J.A., Ambrose S.J., Cutler A.J., Ross A.R.S., Abrams S.R., Kermode A.R. 2004. Dormancy termination of western white pine (Pinus monticola DOUGL. Ex D. Don) seeds is associated with changes in abscisic acid metabolism. – Planta. 218: 630–639.
  15. Gardea A.A., Carvajal-Millan E., Orozco J.A., Guerrero V.M., Llamas J. 2000. Effect of chilling on calorimetric responses of dormant vegetative apple buds. – Thermochimica Acta. 349(1–2): 89–94. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(99)00500-6
  16. [Golovkin] Головкин Б.А. 1973. Переселение травянистых многолетников на Полярный Север. Л. 266 с.
  17. [Golovko et al.] Головко Т.К., Далькэ И.В., Бачаров Д.С., Бабак Т.В., Захожий И.Г. 2007. Толстянковые в холодном климате. СПб. 205 с.
  18. [Golovko et al.] Головко Т.К., Далькэ И.В., Бачаров Д.С. 2008. Мезоструктура и активность фотосинтетического аппарата трех видов растений сем. Crassulaceae в холодном климате. – Физиология растений. 55(5): 671–680.
  19. [Golovko et al.] Головко Т.К., Захожий И.Г., Табаленкова Г.Н. 2021. Индукция САМ-фотосинтеза у Hylotelephium triphyllum (Haw.) Holub (Crassulaceae) в условиях европейского Северо-Востока. – Физиология растений. 68(1): 93–102. https://doi.org/10.31857/s0015330320060044
  20. [Graskova et al.] Граскова И.А., Дударева Л.В., Живетьев М.А., Столбикова А.В., Соколова Н.А., Войников В.К. 2011. Динамика сезонных изменений жирнокислотного состава, степени ненасыщенности жирных кислот и активности ацил-липидных десатураз в тканях некоторых лекарственных растений, произрастающих в условиях Предбайкалья. – Химия растительного сырья. 4: 223–230.
  21. [Gusev] Гусев Н.А. 1974. Состояние воды в растении. М. 134 с.
  22. Hansen LD., Hopkin M.S., Rank D.R., Anekonda T.S., Breidenbach W.R., Criddle R.S. 1994. The relation between plant growth and respiration: A thermodynamic model. – Planta. 194: 77–85.
  23. Hansen L.D., Hopkim M.S., Taylor D.K., Anekonda T.S., Rank D.R., Breidenbach R.W., Criddle R.S. 1995. Plant calorimetry. Part 2. Modeling the differences between apples and oranges. – Thermochimica Acta. 250(2): 215–232.
  24. Heide O.M. 2001. Photoperiodic control of dormancy in Sedum trephilum and some other herbaceous perennial plants. – Physiologia Plantarum. 113(3): 332–337. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054
  25. Hopkin M.S. Calorimetric Studies of Plant Physiology. 1991. Rh. D. Dissertation. Provo. 90 p.
  26. [Kolupaev et al.] Колупаев Ю.В., Рябчук Н.И., Вайнер А.А., Ястреб Т.О., Обозный А.И. 2015. Активность антиоксидантных ферментов и содержание осмолитов в проростках озимых злаков при закаливании и криострессе. – Физиология растений. 62(4): 533–541. https://doi.org/10.7868/s0015330315030112
  27. Laux T., Mayer K.F.X., Berger J., Jurgens G. 1996. The WUSCHEL gene is required for shoot and floral meristem integrity in Arabidopsis. – Development. 122: 87–96. https://doi.org/10.1242/dev.122.1.87
  28. [Lelekova et al.] Лелекова Е.В., Шаклеина М.Н., Савиных Н.П. 2020. Побегообразование у Selene tatarica (Caryophyllaceae) на песчаных отмелях р. Вятки. – Бот. журн. 105(7): 697–704. https://doi.org/10.31857/s0006813620070066
  29. Levitt J. 1980. Responses of Plants to Environmental Stresses. Vol. 1: Chilling, Freezing, and High Temperature Stresses. – New York. 497 p.
  30. Li-Beisson Y., Nakamura Y., Harwood J. 2016. Lipids: from chemical structures, biosynthesis, and analyses to industrial applications. – Lipids in Plant and Algae Development. 1: 1–18. https://doi.org/10.1007/978-3-319-25979-6_1
  31. Los D.A., Mironov K.S., Allakhverdiev S.I. 2013. Regulatory role of membrane fluidity in gene expression and physiological functions. – Photosynthesis Research. 2–3(116): 489–509. https://doi.org/10.1007/S11120-013-9823-4
  32. [Los'] Лось Д.А. 2014. Десатуразы жирных кислот. М. 372 с.
  33. [Lotova] Лотова Л.И. 2000. Морфология и анатомия высших растений. M. 528 c.
  34. [Malyshev] Малышев Р.В. 2021. Определение свободной и связанной воды в растительных тканях с различным осмотическим давлением, сравнительный анализ метода высушивания над водоотнимающей средой и дифференциальной сканирующей калориметрии. – Успехи современной биологии. 141(2): 64–171. https://doi.org/10.31857/s004213242102006X
  35. [Malyshev, Atoyan] Малышев Р.В., Атоян М.С. 2018. Оводненность и температура фазового перехода вода–лед в почках древесных растений. – Вестник ИБ НЦ УрО РАН. 2: 2–7. https://doi.org/10.31140/j.vestnikib
  36. [Malyshev et al.] Малышев Р.В., Шелякин М.А., Головко Т.К. 2016. Нарушение покоя почек влияет на дыхание и энергетический баланс побегов черники обыкновенной на начальном этапе роста. – Физиология растений. 63(3): 434–442. https://doi.org/10.7868/S001533031603009X
  37. [Markovskaya et al.] Марковская Е.Ф., Сысоева М.И., Шерудило Е.Г. 2013. Кратковременная гипотермия и растение. Петрозаводск. 194 с.
  38. [Maslova, Golovko] Маслова С.П., Головко Т.К. 2017. Тропизмы подземных побегов, столонов и корневищ. – Журнал общей биологии. 7(2): 47–60.
  39. [Maslova, Malyshev] Маслова С.П., Малышев Р.В. 2016. Строение и функции корневищ Mentha arvensis (Lamiaceae) – Бот. журн. 101(10): 1201–1212. https://doi.org/10.1134/S0006813616100057
  40. [Maslova et al.] Маслова Т.Г., Мамушина Н.С., Шерстнева О.А. 2009a. Структурно-функциональные изменения фотосинтетического аппарата у зимневегетирующих хвойных растений в различные сезоны года. – Физиология растений. 56(5): 672–681.
  41. [Maslova et al.] Маслова С.П., Малышев Р.В., Головко Т.К. 2009b. Дыхание и рост двух корневищных травянистых многолетних растений с разным типом экологической стратегии. – Бот. журн. 95(4): 581–591.
  42. [Maslova et al.] Маслова С.П., Табаленкова Г.Н., Плюснина С.Н., Головко Т.К. 2015. Морфология и экология подземного метамерного комплекса длиннокорневищных растений. М. 158 с.
  43. [Maslova et al.] Маслова С.П., Дымова О.В., Плюснина С.Н. 2019. Изменение ультроструктуры пластид и пигментного комплекса в процессе морфогенеза подземных побегов Achillea millefolium (Asteraceae). – Бот. журн. 104(11–12): 1727–1739. https://doi.org/10/1134/s0006813619110127
  44. [Maslova et al.] Маслова С.П., Шелякин М.А., Силина Е.В., Малышев Р.В. 2022. Дыхание, запасание энергии и про/антиоксидантный метаболизм в верхушке подземного побега Achillea millefolium в процессе фотоморфогенеза. – Физиология растений. 69(6): 665–674. https://doi.org/10.31857/s0015330322060203
  45. [Mihovich et al.] Михович Ж.Э., Пунегов В.В., Груздев И.В., Рубан Г.А., Зайнуллина К.С. 2017. Биохимическая характеристика растений свербиги восточной (Bunias orientalis L.) при культивировании на Севере. – Известия Самарского научного центра РАН. 19(2–3): 478–481.
  46. [Mironov et al.] Миронов П.В. Алаудинова Е.В., Репях С.М. 2001. Низкотемпературная устойчивость живых тканей хвойных. Красноярск. 221 с.
  47. [Mironov et al.] Миронов П.В. Алаудинова Е.В., Лоскутов С.Р. 2017. Низкотемпературная устойчивость тканей меристем почек хвойных: особенности распределения связанной воды в клетках. – Хвойные бореальной зоны. 35(1–2): 117–122.
  48. [Mironov, Levin] Миронов П.В., Левин Е.Д. 1985. Переохлаждение и обезвоживание хвойных зачатков в зимующих почках лиственницы сибирской. – Физиология растений. 32(4): 695–701.
  49. [Naraykina et al.] Нарайкина Н.И., Пчелкин В.П., Цыдендамбаев В.Д., Трунова Т.И. 2020. Изменение в жирнокислотном составе и в содержании липидов листьев картофеля при низкотемпературном закаливании: роль Δ12–ацил-липидной десатуразы. – Физиология растений. 47(2): 149–156. https://doi.org/10.31857/s0015330320020116
  50. [Nokhsorov et al.] Нохсоров В.В., Дударева Л.В., Чепалов В.А., Софронова В.Е., Верхотуров В.В., Перк А.А., Петров К.А. 2015. Свободные жирные кислоты и адаптация организмов к холодному климату Якутии. – Вестник БГСХА им. В.Р. Филиппова. 38(1): 127–134.
  51. Oguist G., Huner N.P.A. 2003. Photosynthesis of Overwintering Evergreen Plants. – Annu. Rev. Plant Biol. 54: 329–55. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.54.072402.115741
  52. [Palkin et al.] Палкин Ю.Ф., Мокшонова И.М., Родченко М.Н. 2017. Морозоустойчивость лука-порея Восточной Сибири. – Вестник российской сельскохозяйственной науки. 4: 23–24.
  53. Polyushkevich L.O., Gancheva M.S., Dodueva I.E., Lutova L.A. 2020. Receptors of CLE peptides in plants. – Russian Journal of Plant Physiology. 67(1): 3–19. https://doi.org/10.1134/S1021443720010288
  54. Shanklin J., Cahoon E.B. 1998. Desaturation and related modification of fatty acids. –Annu. Rev.Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 49: 611–641. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant
  55. Sakai A. 1979. Freezing avoidance mechanism of primordial shoots of conifer buds. – Plant and Cell Phisiol. 20(7): 1381–1390.
  56. [Serebryakova et al.] Серебрякова Т.И., Воронин Н.С., Еленевский А.Г., Батыгина Т.Б., Шорина Н.И., Савиных Н.П. 2006. Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений. Учеб. для вузов. М. 543 с.
  57. Shi Y., Yue X., An L. 2018. Integrated regulation triggered by a cryophyte ω-3 desaturase dene confers multiple-stress tolerance tobacco. – J. Exp. Bot. 69(8): 2131–2148. https://doi.org/10.1093/jxb/ery050
  58. [Shlyk] Шлык А.А. 1971. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев. – Биохимические методы в физиологии растений. М. С. 154–170.
  59. [Smith et al.] Смит Б.Н., Монако Т.А., Хемминг Д.Б., Хансен Л.Д., Кридлл Р.С. 1996. Связь дыхания и скорости роста у растений большого бассейна США. – Физиология растений. 43(6): 821–825.
  60. [Sofronova et al.] Софронова Г.И., Трубино Г.И., Шредерс С.М., Макаревский М.Ф. 1978. К методике количественного определения углеводов в вегетативных органах сосны. – Физиолого-биохимические исследования сосны на Севере. Петрозаводск. С. 119–133.
  61. [Tikhomirov] Тихомиров Б.А. 1963. Очерки по биологии растений Арктики. М.; Л. 125 с.
  62. [Trunova] Трунова Т.И. 2007. Растение и низкотемпературный стресс. М. 54 с.
  63. [Tumanov] Туманов И.И. 1979. Физиология закаливания и морозостойкости растений. М. 352 с.
  64. [Vereshchagin] Верещагин А.Г. 2007. Липиды в жизни растений. М. 78 с.
  65. Voitsekhovskaja O.V. 2019. Phytochromes and Other (Photo) Receptors of Information in Plants. – Russ. J. of Plant Physiol. 66(3): 351–364. https://doi.org/10.1134/S1021443719030154
  66. [Zholkevich] Жолкевич В.Н. 1968. Энергетика дыхания высших растений в условиях водного дефицита. М. 206 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Подземная часть растений Hylotelephium triphyllum: 1 – корни; 2 – клубни; 3 – почки возобновления.

Скачать (29KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Интенсивность метаболического тепловыделения (а), дыхания (б), скорости запасания энергии (в) и q/455Rco2 ( -●-) в почках возобновления Hylotelephium triphyllum.

Скачать (42KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024