Способность листьев и корней теплолюбивых растений табака к формированию устойчивости к гипотермии

Антипина, Ольга Валерьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Способность листьев и корней теплолюбивых растений табака к формированию устойчивости к гипотермии
ВАК РФ 03.01.05, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Способность листьев и корней теплолюбивых растений табака к формированию устойчивости к гипотермии"

На правах рукописи

АНТИПИНА Ольга Валерьевна

СПОСОБНОСТЬ ЛИСТЬЕВ И КОРНЕЙ ТЕПЛОЛЮБИВЫХ РАСТЕНИЙ ТАБАКА К ФОРМИРОВАНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ

К ГИПОТЕРМИИ

03.01.05 - физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва-2010

1 О М'?

4840239

Работа выполнена в лаборатории зимостойкости Учреждения Российской академии наук Института физиологии растений им. К.Л. Тимирязева РАИ, г. Москва.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат биологических наук

Попов Валерий Николаевич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор биологических наук, профессор доктор биологических наук, профессор

Бабаков Алексей Владимирович Загоскина Наталья Викторовна

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева

Защита состоится «15» марта 2011 г. в 11 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.210.01 при Учреждении Российской академии наук Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН по адресу: 127276, Москва, ул. Ботаническая, 35.

Факс: (499) 977 8018, электронная почта: m-azarkovich@ippras.ru; ifr@ippras.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН.

Автореферат разослан < евраля 2011 г.

Ученый секретарь

совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, кандидат биологических наук

М.И. Азаркович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Практически все растения иа Земле подвергаются действию разных неблагоприятных факторов, в том числе действию холода (низких положительных температур) и мороза (температуры ниже 0°С). В субтропиках температура периодически опускается ниже 0°С, в умеренных зонах - до минус 20-40°С. Севернее этих районов лежит зона вечной мерзлоты, где температура бывает еще ниже (Larcher, 2003). В связи с этим проблема адаптации растений к пониженным температурам является весьма актуальной, причем эта актуальность имеет не только фундаментальный, но и практический характер в связи с большими потерями, которые несет сельское хозяйство в результате периодических снижении температуры, заморозков и критических морозов (Сандухидзе и др., 2003). Несмотря на крупные достижения в области исследований физиолого-биохимическнх основ устойчивости растений к гипотермии (Туманов, 1979; Levitt, 1980; Титов, 2006), до сих пор не создана единая теория адаптации к низким температурам, а меры предотвращения гибельного действия не только отрицательных, но и низких положительных температур остаются крайне неэффективными.

Жизнеспособность растений в условиях низких температур обеспечивается комплексом физиологических процессов, имеющих своей целью адаптацию растительного организма к изменяющимся условиям окружающей среды. Известно, что в формировании устойчивости к низким температурам важную роль играют углеводы растений (Туманов, 1979; Трунова, 1984, 2007; Perera et а!., 1995; Ma ct al., 2009). Существенное значение в закаливании растений к гипотермии имеют изменения лппидиого состава и степени ненасыщенности жирных кислот, которые позволяют поддерживать текучесть мембран и предотвращать фазовый переход липидов (Lyons, 1973; Лось, 2005). Не вызывает сомнений существенная роль фотосинтеза для адаптации растений к низким температурам (Levitt, 1980; Климов и др., 2003; Суворова, 2009).

Процессы формирования низкотемпературной устойчивости наиболее полно изучены на растениях, относящихся к группе морозостойких. Теплолюбивые растения, в частности табак, в этом отношении менее изучены (Балагурова и др., 2001; Ти-

tob ii др., 2006). Кроме того, большинство исследователей основное внимание уделяли изучению низкотемпературного стресса, развивающегося в листьях. Поскольку устойчивость целого растения к действию низких температур зависит от устойчивости его отдельных органов и в целом определяется наиболее чувствительными из них (Туманов, 1979; Lee, 2005; Сусов, 2009), то возникает необходимость в более детальном исследовании особенностей формирования холодоустойчивости не только листьев растений, но и корней, так как причины высокой чувствительности корневой системы к действию низких температур, особенно у теплолюбивых растений, всё ещё недостаточно изучены.

Цель и задачи исследования. Цель данной работы заключалась в исследовании способности листьев и корней теплолюбивых растений табака (Nicotiana tabacum L.) к формированию устойчивости к гипотермии. В соответствии с данной целью были поставлены следующие задачи:

1. Определить эффективность низкотемпературного закаливания теплолюбивых растений табака и выявить особенности холодоустойчивости их органов.

2. Изучить изменения содержания и состава жирных кислот (ЖК) липидов в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах.

3. Исследовать особенности развития окислительного стресса в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах.

4. Оценить эффективность работы антиоксидантных ферментов в листьях и корнях исследуемых растений при низких положительных температурах.

5. Выявить изменения интенсивности фотосинтеза и дыхания у растений табака при низких положительных температурах.

6. Изучить изменения содержания Сахаров в листьях и корнях табака при низких положительных температурах.

Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование причин размой устойчивости листьев и корней теплолюбивых растении табака к низким температурам.

Установлено, что листья теплолюбивых растений табака реагировали на пониженную температуру (8°С, 6 сут.) увеличением содержания липидов и доли полиненасыщенных ЖК (ПНЖК) в их составе, в то время как в корнях происходило снижение содержания липидов и ненасыщенных ЖК. Увеличение доли ПНЖК в листьях за время закаливания обеспечивало сохранение функциональной стабильности мембран, что способствовало предотвращению избыточной генерации активных форм кислорода (АФК) и приводило к повышению устойчивости листовой ткани к действию низких температур. Уменьшение содержания ПНЖК в корневой системе табака в условиях низких положительных температур могло приводить к увеличению скорости генерации АФК и повышению интенсивности перекисного окисления липидов (ПОЛ). Это являлось одной из причин более слабой по сравнению с листьями устойчивости корневой системы растений табака к окислительному стрессу, вызванному пониженной температурой.

Впервые установлена возможность значительного повышения холодоустойчивости надземной части растений табака, вплоть до устойчивости к действию отрицательных температур (-3°С), и неспособность корневой системы табака к низкотемпературному закаливанию, что является лимитирующим фактором, определяющим в целом низкий потенциал устойчивости теплолюбивых растений к гипотермии.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные в работе экспериментальные данные о роли листьев и корней в формировании устойчивости к гипотермии растений табака существенно расширяют представления о физиологических механизмах низкотемпературного закаливания теплолюбивых растений. Результаты работы имеют как фундаментальный характер, так и предоставляют возможность практического применения и могут быть рекомендованы к использованию в селекционной практике (получение новых сортов сельскохозяйственных растений, устойчи-

вых к низким температурам) и сельскохозяйственном производстве (рациональное распределение температур при выращивании растений в тепличных комбинатах, подбор подвоя н привоя теплолюбивых культур).

Теоретические обобщения и совокупность экспериментальных данных работы могут быть использованы в курсах лекций для студентов ВУЗов биологических и сельскохозяйственных специальностей.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на международной конференции "Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений" (Екатеринбург, 2008), на VIII международном симпозиуме "Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования" (Москва, 2009), международной научно-практической конференции "Интенсификация и оптимизация продукционного процесса сельскохозяйственных растений" (Орел, 2009), научных конференциях молодых ученых ИФР РАН (Москва, 2008, 2009), всероссийском симпозиуме "Растение и стресс" (Москва, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, из которых 2 статьи в рецензируемых журналах.

Объем н структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объекта и методов исследования, результатов и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на^^страницах машинописного текста, вкл1очаетг>у рисунка и ^ таблиц; список литературы состоит из наименований, из них - /ЗУна иностранном языке.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования служили теплолюбивые растения табака (МсоНапа 1аЬасит Ь., сортотип Бапшш). Растения размножали черенкованием и культивировали на минеральном субстрате (перлит) в камере фитотрона ИФР РАН при температуре 22-24°С, 16-часовом фотопериоде и освещенности 5 клк. Для опытов использовали растения в возрасте шести недель.

Закаливание растений проводили в климатической камере Binder KBW-240 (Германия), в условиях 16-часового фотопериода и освещенности 5 клк в течение шести суток при температуре 8°С. Данная температура относится к диапазону закаливающих температур для теплолюбивых растений (Дроздов, 1990) и была подобрана в ходе предварительных опытов.

Холодостойкость контрольных (незакаленных) и закаленных растений табака оценивали по их выживаемости после промораживания при температуре -3°С с сохранением режима освещенности в течение суток в климатической камере Sanyo MIR-153 (Япония), а также путем измерения выхода электролитов в водную фазу из тканей листьев и корней (Hepburn et al., 1986).

Определение содержания липидов и их жирнокислотного состава осуществляли методом газожидкостной хроматографии (Цыдендамбаев, Верещагин, 1980; Пчелкин и др., 2001).

Скорость генерации супероксидного радикала (02*") определяли методом, в основе которого лежит способность этого радикала восстанавливать адреналин в адре-нохром (Часов и др., 2002) и выражали в ед. оптической плотности * 10'3/мин.

Содержание перекиси водорода (Нг02) измеряли по реакции с хлоридом титана (TiCl4) (Kumar, Knowles, 1993) и выражали в ммоль/г сыр. массы.

Об интенсивности процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) судили по накоплению продуктов окисления: диеновых конъюгатов (ДК) и малонового диальде-гида (МДА). Содержание ДК определяли путём измерения оптической плотности ли-пидных экстрактов в смеси метанол-гексан (5:1) при 232 нм (максимум поглощения ДК) и выражали в мкмоль/г сыр. массы (Кейтс, 1975). Содержание МДА определяли по реакции с тиобарбитуровой кислотой с последующим измерением оптической плотности раствора при 532 нм и рассчитывали в мкмоль/г сыр. массы (Жиров и др., 1982).

Активность супероксиддисмутазы (СОД) определяли при помощи метода, основанного на способности СОД конкурировать с нитросиним тетразолием за супероксидные радикалы и выражали в ед. активности/г сыр. массы (Kumar, Knowles, 1993).

Активность каталазы измеряли по скорости деградации Н202 согласно Kumar и Knowles (1993) и выражали в мкмоль разложившейся перекиси/г сыр. массы в мин.

Активность аскорбат-пероксидазы определяли по модифицированное методу Nakano, Asada (1981), основанному на регистрации снижения оптической плотности раствора при окислении аскорбата, и выражали в мкмоль аскорбата/г сыр. массы в мин.

Активность пероксидазы гваякола определяли по методу Kumar и Knowles (1993), основанному на реакции окисления ароматического соединения (гваякола) до окрашенного соединения (тетрагваякола), и выражали в мкмоль гваякола/г сыр. массы в мин.

Изучение С02-газообмена растений табака при 22°С и 8°С проводили на установке открытого типа с инфракрасным газоанализатором URAS 2Т (Германия). Измерения газообмена включали определение скоростей видимой ассимиляции С02 и тем-нового дыхания, которые выражали в мг С02/г сух. массы в ч (Климов, 2003).

Для определения содержания Сахаров в тканях листьев и корней их навески (-500 мг) фиксировали 96%-ным кипящим этанолом. Ткань растирали в фарфоровой ступке и сахара извлекали трехкратной экстракцией 80%-ным этанолом. В полученных экстрактах определяли глюкозу глкжозооксидазным методом, сахарозу и фруктозу - по методу Рое (Туркина, Соколова, 1971).

Для определения содержания Сахаров в апопласте целые листья подвергали вакуум-инфильтрации 50 мМ раствором СаС12 с последующим центрифугированием (Luwe et al., 1993). В полученных экстрактах определяли глюкозу глкжозооксидазным методом, сахарозу и фруктозу - по методу Рое (Туркина, Соколова,1971).

Во всех экспериментах биологическая повторность измерений - 6-8-кратная, аналитическая - 4-6-кратная. Результаты экспериментов обработаны статистически. В таблицах и на гистограммах представлены средние значения опыта и их стандартные ошибки (Доспехов, 1977).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Изменение устойчивости растений табака при низких положительных температурах. В начале работы было необходимо определить эффективность низкотемпературного закаливания (8°С, 6 сут.) теплолюбивых растений табака. Для этого был использован метод прямого промораживания растений при температуре -3°С в течение 1 сут. с последующей оценкой их выживаемости. По истечении холодовой экспозиции все незакаленные растения погибали (Рис. 1А). Напротив, закаленные растения табака после оттаивания сохраняли тургор и видимых повреждений надземной части не имели (Рис. 1А). Тем не менее, эти закаленные растения погибали через 5 сут. после промораживания при их выращивании в оптимальных температурных условиях (22°С) (Рис. 1Б). что могло быть связано с гибелью корневой системы. Для проверки этого предположения у части закаленных растений после промораживания при -3°С были срезаны побеги и помещены в резервуары с водой. Спустя 5 суток эти побеги не только не засыхали, но и возобновляли ростовые процессы и формировали придаточные корни (Рис. 1В).

Рис. 1. Растения табака после промораживания (-3°С, 1 сут.).

А - контрольное (слева) и закаленное (справа) растения сразу после промораживания:

Б - закаленное растение через 5 сут. после промораживания;

В - побег закаленного растения через 5 сут. после промораживания.

Полученные данные свидетельствуют о достаточно высокой эффективности закаливания листьев теплолюбивых растений табака, способных, в отличие от корней, развивать устойчивость даже к отрицательным температурам. Корневая система была не способна формировать устойчивость к отрицательным температурам в процессе закаливания в условиях, благоприятных для побегов, что в результате приводило к гибели целого растения.

2. Изменение содержания и жирнокислотного состава липидов в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах.

Способность клеток теплолюбивых растений увеличивать количество ненасыщенных жирных кислот в мембранных липидах является одним из важных факторов низкотемпературной адапта- [ ции, что было продемонстрировано на | растениях огурца, томата (Новицкая и | др., 1999, 2000), тыквы (Lee et al., 2005), табака (Попов и др., 2006) и других растениях. В связи с этим дальнейшие исследования были направлены на определение содержания липидов и их жирно-кислотного состава в листьях и корнях исследуемых растений.

Уже до закаливания имелись существенные различия в абсолютном содержании липидов в листьях и корнях растений (Рис. 2): содержание липидов в листьях растений в 2,8 раза превышало их содержание в корневой системе.

Более того, липиды листьев и корней различались и по составу ЖК (Таблица 1). Липиды листьев включали основные жирные кислоты с длинной цепи 13-20 атомов углерода, а корней - 14-24 атома углерода, т.е. отличались большим набором и разнообразием жирных кислот по сравнению с липидами листьев (содержится больше длинноцепочечных ЖК). В корнях преобладала линолевая кислота (18:2) в отличие от листьев, где максимальное содержание приходилось на линоленовую кислоту (18:3).

Холодовое закаливание приводило к 20% повышению содержания липидов в листьях, в то время как в корневой системе происходило снижение их количества на 14% (Рис. 2). При этом, в листьях при закаливании снижалось содержание насыщенных ЖК (16:0, 18:0) и мононенасыщенных ЖК (18:1) и одновременно повышалось содержание полиненасыщенных ЖК (18:2, 18:3). В корневой системе после холодо-

| 4000

¡I

g 2 зооо

g 2000 s

I 1000 л

8°С, 6 сут.

Рис. 2. Изменение содержания липидов в листьях (□) и корнях (■) растений табака при низких положительных температурах.

вой экспозиции (8°С, 6 сут.) наблюдалась другая тенденция в изменении содержания главных ЖК: количество насыщенных ЖК (16:0 и 18:0) возрастало, а ненасыщенных (18:1,18:2,18:3)-снижалось.

Таблица 1. Состав жирных кислот липидов в листьях и корнях растении табака.

Жирная кислота Содержание ЖК в листьях, % от суммы Содержание ЖК в корнях, % от суммы

22°С 8°С, 6 суток 22"С 8"С, 6 суток

13:0 2,5 ±0,1 0,21 ±0,1 - -

14:0 2,6 ±0,1 0,4 ±0,1 0,4 ± 0,1 0,4 ± 0,1

14:1 1,3 ±0,1 - - -

15:0 2,1 ±0,2 - 0,5 ±0,1 0,5 ±0,1

15:1 0,5 ±0,1 0,15 ± 0,1 0,5 ±0,1 0,4 ±0,1

16:0 19,5 ±0,5 14,8 ±0,3 18,0 ± 0,5 19,4 ±0,3

16:1 3,80 ±0,1 2,0 ±0,1 0,9 ±0,1 0,7 ±0,1

16:2 1,45 ±0,2 0,8 ±0,1 - 0,1 ±0.0

16:3 6,05 ± 0,8 6,17 ±0,2 - -

18:0 2,65 ±0,1 2,0 ±0,1 2,1 ± 0,1 2,6± 0,1

18:1 1,6 ±0,1 0,8 ±0,1 3,0 ±0,1 2.2 ±0,1

18:2 12,5 ±0,3 14,85 ±0,2 37,0 ±0,4 30,2 ± 0,2

18:3 42,5 ± 0,7 56,56 ±0,5 19,0 ± 0,3 18,8 ±0,2

19:0 0,3 ±0,1 0,46 ±0,1 -

20:0 0,65 ±0,1 0,8 ±0,1 0,6 ± 0,1 1,7 ± 0,1

20:3 - - 2,2 ±0,1 0,8 ±0,1

21:0 - - 0,6 ±0,1 -

22:0 - - 4,5 ±0,2 6,8 ±0,3

22:2 - - - 0.2 ±0,1

22:3 - - - 1,4 ±0,1

23:0 - - 1,0±0,1 -

24:0 - - 4,4 ±0,1 6,0 ± 0,2

24:2 - - 5,3 ± 0,1 7,8 ±0.1

На основании данных таблицы 1 было рассчитано соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (Рис. 3). Если до закаливания сумма насыщенных кислот в листьях растений табака составляла 29,5% и соответственно ненасыщенных -70,5%, то после закаливания доля насыщенных ЖК снизилась до 18,8%, а сумма пе-

насыщенных возросла до 81,2%, то есть соотношение насыщенных и ненасыщенных ЖК в листьях ещё больше сместилось в сторону преобладания ненасыщенных, главным образом за счет увеличения количества линоленовой кислоты с 42,51 до 56,56% (Таблица 1). Обратная ситуация наблюдалась в корнях растений табака: если в контроле сумма насыщенных ЖК составляла 32,1% и соответственно ненасыщенных - 67,9%, то после холодовой экспозиции (8°С, 6 сут.) доля насыщенных ЖК увеличилась до 37,4%, а сумма ненасыщенных снизилась до 62,6%.

В результате таких изменений состава ЖК липидов в листьях во время закаливания происходило увеличение индекса ненасыщенности, характеризующего жидкостные свойства мембран, с 1,82 до 2,22. В корневой системе этот показатель, наоборот, снижался с 1,52 до 1,42.

Таким образом, повышение содержания в листьях мембранных липидов с более высокой степенью ненасыщенпости их жирных кислот (с преобладанием триеновых ЖК), за время закаливания, в отличие от корней, где эти процессы имели противоположную направленность, могло быть одной из причин разной чувствительности листьев п корней табака к пониженной температуре. Снижение доли ненасыщенных жирных кислот в корневой системе при действии низких положительных температур могло являться результатом деградации полинеиасыщенных ЖК, возможно, вызванной развитием окислительного стресса и низкой активностью антиоксидантной системы.

3. Интенсивность окислительного стресса в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах.

Поскольку одной их основных причин повреждения теплолюбивых растений при действии холода является активация свободно-радикальных процессов (Мерзляк,

О 20 40 60 80 100

Рис. 3. Изменение соотношения (%) насыщенных (а) и ненасыщенных (■) ЖК липидов в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах.

1989; Лукаткин, 2002, 2005), было проведено исследование изменения уровня О/ и Н202 в листьях и корнях растений табака при закаливании.

1,6 1,2

х - з I 2

СЯ

Оь

г т_ X X

о. о

о о

X X

£ 5 0,8

¡М

О Н 0 4 а. с

о о ^ .

Ф о

л о о

ГО 0,4 5

а о,з

22°С

8°С, 6 сут.

сч

0,2 0,1

22°С

8"С, 6 сут.

Рис. 4. Изменение скорости генерации супероксидного радикала (А) и содержания перекиси водорода (Б) в листьях (□) и корнях (ш) растений табака при низких положительных температурах.

Закаливание растений табака сопровождалось почти двукратным уменьшением скорости генерации супероксидного радикала в листьях и трехкратным увеличением скорости его генерации в корневой системе (Рис. 4А), что свидетельствует о значительной интенсификации окислительных процессов в корнях за время холодовой экспозиции.

Показателем интенсивности окислительного стресса во время охлаждения может служить также и содержание в клетках перекиси водорода. Опасность избытка Н202 для растительной клетки заключается в том, что она, являясь относительно стабильной молекулой, может диффундировать в клетке на значительные расстояния, а так же служит источником другой, более токсичной формы активного кислорода - гидро-ксил-радикала (Мерзляк, 1989; Полесская, 2007). Эксперименты показали (Рис. 4Б), что при закаливании в органах растений наблюдались прямо противоположные процессы: было выявлено более чем 35% снижение содержания перекиси в листовой ткани и повышение ее количества на такую же величину в корневой системе. Полученные результаты указывают на развитие окислительного стресса в корнях растений табака.

4. Псрскнснос окисление липидов в листьях и корнях растений табака при

низких положительных температурах.

Одной из причин повреждения растений при гипотермии является нарушение структуры клеточных мембран, а основным процессом деградации мембранных ли-гшдов является их перекисное окисление (Владимиров, 1999), которое вызывается интенсивной генерацией АФК. В связи с этим, следующим этапом нашей работы было исследование процессов ПОЛ в листьях и корнях растений табака при закаливании, которые сопровождаются накоплением первичных продуктов ПОЛ - диеновых конъ-югатов (ДК) и одного из конечных продуктов ПОЛ - малонового диальдегида (МДА).

ч:

2,0

1,0

6,0

4,0

И з I

°С, 6 сут.

22°С

°С, 6 сут.

Рис. 5. Изменение содержания ДК (А) и МДА (Б) в листьях (□) и корнях (■) растений табака при низких положительных температурах.

В результате закаливания растений табака происходили существенные изменения в количестве ДК и МДА, содержание которых изменялось разионаправлено в надземных и подземных органах (Рис. 5). В листьях наблюдалось снижение содержания ДК и МДА, что указывает на торможение ПОЛ и способность листьев адаптироваться к пониженной температуре. В корневой системе происходило двукратное увеличение уровня ДК и МДА, что позволяет предположить развитие значительных повреждений клеточных мембран и свидетельствует о повышенной уязвимости корневой системы к действию окислительного стресса, индуцированного низкими положительными температурами.

Учитывая, что увеличение интенсивности ПОЛ отражает начальные этапы повреждения клеточных мембран, для характеристики их функционального состояния

также был использован метод определения выхода электролитов из тканей растений. Полученные результаты (Рис. 6) свидетельствуют о различном влиянии низкотемпературной экспозиции на холодостойкость листьев и корней табака: если в листьях за

время закаливания наблюдалось сохранение барьерных свойств клеточных мембран, то в корнях наблюдалось резкое возрастание выхода электролитов, свидетельствующее о серьезных повреждениях мембранной системы клеток.

Таким образом, холодовая экспозиция

(8°С, 6 сут.), в корневой системе наряду с усилением скорости генерации супероксидного радикала и накоплением Н202 (Рис. 4) индуцировала повышение интенсивности ПОЛ (Рис. 5). В то же время в листьях происходило значительное снижение скорости образования супероксидного радикала, так же снижались содержание Н202 и интенсивность ПОЛ. Более высокая интенсивность процессов ПОЛ в корнях растений приводила к повреждению клеточных мембран и утрате ими барьерных свойств (Рис. 6), тогда как листья достаточно успешно проходили процессы закаливания, приводящие к снижению интенсивности окислительных процессов и сохранению целостности клеточных мембран, что в конечном итоге обеспечивало им формирование устойчивости к низким температурам.

5. Изменение активности антиоксидантных ферментов в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах.

Как известно, в детоксикации АФК участвуют антиоксидантные ферменты, важнейшими из которых являются супероксиддисмутаза, каталаза, аскорбат-пероксидаза, и пероксидаза гваякола. Эти ферменты играют существенную роль в снижении интенсивности окислительных процессов, вызванных гипотермией (Мерзляк, 1999; Лу-каткин, 2002; Zhou, Zhao, 2004; Радюк и др., 2009).

m 20

= 10

22 °С

8°С, 6 сут.

Рис. 6. Изменение выхода электролитов из листьев (□) и корней (ш) растений табака при низких положительных температурах.

Значительная разница в активности СОД в органах растений табака была выявлена уже при оптимальной температуре выращивания (22°С) (Рис. 7 А). При этой температуре в листьях растений активность фермента была почти в 2 раза больше (22,6 ед. активности/г сыр. массы), чем в подземных органах растений (12,9 ед. активности/г сыр. массы). В процессе закаливания активность СОД (Рис. 7 А) в листьях возрастала достаточно существенно (~ на 40%), а в корневой системе низкая исходная активность СОД после выдерживания растений при температуре 8°С в течение б суток снижалась в 6 раз.

л о о га

пИ

О 9-

О л ^

£ 5

о ь

х и

о о

< ь-

Ч а>

22°С

8°С, 6 сут.

а. 3

га

га О

Йх*

200

160

120

22°С

8°С, 6 сут.

Рис. 7. Изменение активности С ОД (А) и каталазы (Б) в листьях (□) и корнях (■) растений табака при низких положительных температурах.

В детоксикации активных форм кислорода, образующихся при окислительном стрессе, участвует еще один важный антиоксидантный фермент - каталаза, разлагающая перекись водорода.

Из рисунка 7Б видно, что активность каталазы, как и активность СОД, при оптимальной для роста температуре была выше в листьях растений, чем в корневой системе. Закаливание приводило почти к 20% росту активности каталазы в листьях и более чем двукратному снижению активности этого фермента в корнях (Рис. 7Б).

Исходный уровень активности пероксидазы гваякола, которая также способствует быстрой утилизации Н202, при 22°С был значительно выше в корнях растений по сравнению с листовой тканью (Рис. 8А). Активность этой пероксидазы в корнях таба-

ка в результате воздействия низкими положительными температурами снижалась почти на 20%, а в листьях - возрастала более чем на 40% (Рис. 8А), повторяя тем самым тенденцию в изменении активности ферментов, рассмотренных выше.

о ! 40 н О * -о

° * 5 "

о о 2 О

т о- £ т

о о 2

х с -о н с

< 2 о

Ля

22°С

8°С, 6 сут.

500

5 " 400

О.

о ^ Ш I ОПП

О Ь т °ии о ГО 05 -го сею

ёй|5 200

О ° « я

| 2-™ 3 юо

СО ^ -0

Н о

3 ? 0

22°С

8°С, 6 сут.

Рис. 8. Изменение активности пероксидазы гваякола (А) и аскорбат-пероксидазы (Б) в листьях (□) и корнях (ш) растений табака при низких положительных температурах.

Помимо пероксидазы гваякола, при охлаждении большое значение имеет аити-оксидантный фермент аскорбат-пероксидаза, которая является основным ферментом, утилизирующим Н2О2 в хлоропластах. Активность этого фермента в листьях при 22°С превышала его активность в корнях (Рис. 8Б). После охлаждения (8°С, 6 сут.) отмечалось повышение активности аскорбат-пероксидазы в листьях практически вдвое, и снижение активности фермента в корневой системе более чем на 30%.

Таким образом, в листьях закаленных растений существенно повышалась активность СОД, каталазы и пероксидаз (Рис. 7 и 8), что могло приводить к снижению содержания АФК (Рис. 4) и интенсивности ПОЛ (Рис. 5). В то же время в корневой системе растений табака происходило снижение активности всех исследованных антиок-сидантных ферментов, что сопровождалось увеличением скорости генерации супероксидного радикала и содержания Н202 (Рис. 4). Накопление АФК приводило к повышению интенсивности ПОЛ (Рис. 5), что могло служить причиной пониженной по сравнению с листьями холодостойкости корней.

6. Изменение интенсивности фотосинтеза и темпового дыхания растений табака при низких положительных температурах.

Фотосинтез является поставщиком ассимилятов, которые необходимы как для жизнедеятельности растений при оптимальной температуре вегетации, так и для адаптации растений к гипотермии. В связи с этим, мы провели исследование СОг-газообмена как показателя интенсивности фотосинтеза и дыхания у теплолюбивых растений табака в условиях действия закаливающих температур.

Интенсивности фотосинтеза и дыхания во время закаливания снижались, но в разной степени (Табл. 2): скорость видимого фотосинтеза снижалась меньше, чем скорость темпового дыхания.

Таблица 2. Изменение С02-газообмена растений табака при низких положительных температурах.

Параметры СОг-газообмена Контрольные растения (измерения при 22°С) Закаленные растения (измерения при 8°С)

Видимый фотосинтез, мг СОг/г сух. массы в ч 8,20±1,2 3,78±0,6

Темновое дыхание, мг СОз/г сух. массы в ч 4,10±0,7 1,57±0,3

Отношение видимый фотосинтез/темповое дыхание 2,0±0,1 2,40±0,2

Это приводило к 20% увеличению отношения фотосинтез/дыхание, что рассматривается как положительное свойство, которое дает возможность более экономно расходовать усваиваемый углерод в условиях низкотемпературного стресса и служит количественной мерой способности растений к закаливанию (КПтоу, Тгипоуа, 1999). Изменения СОг-газообмена такого рода служат предпосылкой накопления большего числа продуктов фотосинтеза, обеспечивающих комплекс адаптационных перестроек метаболизма, позволяющих растениям выживать при низких температурах (КПшоу & а1., 1999). Поэтому было необходимо исследовать изменения содержания Сахаров в разных органах растений при закаливании.

7. Изменение содержания Сахаров в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах.

Одной из особенностей закаленных растений является накопление большого количества в них Сахаров, которые являются основным источником энергии и предшественниками при синтезе веществ с защитным эффектом, происходящим в период закаливания при низких положительных температурах. Обеспечение сахарами всех органов растения является важнейшим условием для успешной адаптации целого растения к гипотермии (Трунова, 2007).

Исследования показали (Рис. 9), что в результате закаливания в листьях растений табака количество растворимых Сахаров увеличивалось более чем на 20%, что является существенным для теплолюбивых растений, в то время как в корневой системе их содержание почти не изменялось, вследствие чего их количе-

22°С

8°С, 6 сут.

ство, по-видимому, оказалось недостаточным

Рис. 9. Изменение содержания растворимых Сахаров в листьях

(□) и для адаптации корневой системы при низких

корнях (■) растений табака при низких положительных температурах.

положительных температурах.

8. Загрузка флоэмы при низких положительных температурах.

Я" 3 40

5 11

1 §

| 5 20

О- ¿:

ф Т: § а «

22°С 8°С, 6 сут.

Рис. 10. Изменение содержания Сахаров (□ - сахароза, □ - глюкоза, М - фруктоза) в апопласте листьев растений табака при низких положительных температурах.

Обнаруженные нами различия по содержанию Сахаров в разных органах растений табака при закаливании могут быть связаны с изменениями процессов оттока ассимилятов из листьев в корни. Поскольку табак как представитель семейства пасленовых имеет преимущественно апопластный тип загрузки флоэмы (Гамалей, 1990), то данные о содержании Сахаров в апопласте листьев этих растений в норме 19

и при закаливающих температурах способны дать ответ на вопрос об интенсивности загрузки флоэмы при закаливании.

До закаливания в апопласте листьев растений табака преобладали глюкоза и сахароза, тогда как содержание фруктозы было незначительно (Рис. 10). После закаливания наблюдалось снижение содержания всех исследуемых форм Сахаров, при этом содержание глюкозы уменьшалось на 30%, фруктозы - более чем на 20%, а сахарозы -в 3,5 раза.

Можно предположить, что столь существенное снижение содержания в апопласте основной транспортной формы Сахаров - сахарозы приводило к существенному, хотя и не полному, ингибированию загрузки флоэмы, а, следовательно, и к торможению оттока ассимилятов из листьев в корни, что может являться одной из причин повышения содержания Сахаров в листьях и неспособности корневой системы табака к их накоплению при низких положительных температурах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Адаптация растений к низким температурам является сложным, интегральным процессом, протекающим на всех уровнях структурной организации организма и затрагивающим практически все функции растения (Klimov et al., 1999; Титов и др., 2006; Трунова, 2007; Margesin, 2007). На сегодняшний день возможности закаливания теплолюбивых растений к низким температурам изучены недостаточно полно. В литературе практически отсутствуют данные о причинах разной устойчивости листьев и корней теплолюбивых растений к гипотермии. Поэтому основное внимание в данной работе было уделено исследованию процессов низкотемпературного закаливания типичного представителя теплолюбивых растений - табака (Nicotiana tabacum L.) в связи с холодоустойчивостью его органов.

Установлено, что во время холодовой экспозиции (8°С, 6 сут.) в листьях и корнях табака происходили разнонаправленные изменения физиологических процессов, обеспечивающие повышение холодоустойчивости листьев и неспособность корневой системы к низкотемпературному закаливанию (Рис. 11).

Рис. 11. Схема изменений физиологических процессов в растениях табака при низких положительных температурах.

Увеличение содержания ПНЖК в мембранных липидах листьев обеспечивало сохранение текучести мембран в период охлаждения, что должно стабилизировать работу электрон-транспортных цепей, и могло являться причиной снижения генерации активных форм кислорода и, как следствие, интенсивности перекисного окисления липидов. С другой стороны, поддержание жидкостных свойств мембран листьев закаленных растений позволяло сохранить клеточный гомеостаз и, тем самым, обеспечить активность антиоксидантных ферментов в условиях низких температур, что также предотвращало избыточное накопление АФК.

Уменьшение содержания ПНЖК в корневой системе при закаливании табака сопровождалось снижением активности всех исследованных антиоксидантных ферментов, накоплением АФК и повышением интенсивности ПОЛ, что приводило к тому,

что корни растений табака после шестисуточной холодовой экспозиции при 8°С обладали меньшей по сравнению с листьями устойчивостью к окислительному стрессу, развивающемуся при гипотермии.

Увеличение содержания ПНЖК в мембранных липидах листьев, происходящее в основном за счет накопления линоленовой кислоты (Таблица 1), которая в значительном количестве содержится в мембранах хлоропластов, позволяло закаленным растениям поддерживать фотосинтез, хотя его интенсивность снижалась более чем в два раза по сравнению с контрольными растениями. За время закаливания интенсивность дыхания снижалась в большей мере чем фотосинтеза, что приводило к росту отношения фотосинтез/дыхание и обеспечивало увеличение содержания Сахаров в листьях. В то же время в корневой системе содержание Сахаров существенно не изменялось, вследствие чего их количество оказывалось недостаточным для успешного прохождения процесса закаливания. Обнаруженные различия по содержанию Сахаров в разных органах растений табака в результате закаливания, по-видимому, можно объяснить ингибированием загрузки флоэмы, что приводит к торможению оттока ассими-лятов из листьев в корни.

В ходе проведенной работы показана возможность значительного повышения холодоустойчивости надземной части растений табака и неспособность корневой системы табака к низкотемпературной адаптации, что является лимитирующим фактором, определяющим в целом низкий потенциал устойчивости теплолюбивых растений к гипотермии. Такие особенности теплолюбивых растений определяются, по-видимому, тем, что стратегия низкотемпературной адаптации этих растений направлена на формирование повышенной холодоустойчивости надземной части, в то время как корневая система в местах их исконного произрастания практически не подвергается повреждающему действию низких температур.

выводы

1. Листья табака реагировали на холодовое закаливание увеличением содержания липндов и доли ГТНЖК в их составе, в то время как в корнях происходило снижение содержания лнпидов и входящих в их состав ненасыщенных ЖК.

2. Закаливание растений табака приводило к снижению уровня АФК и интенсивности ПОЛ в листьях одновременно с возрастанием обоих этих показателей в корнях, что свидетельствует о меньшей устойчивости корневой системы к окислительному стрессу.

3. Листья после закаливания отличались от корней повышенной активностью СОД, каталазы и пероксидаз, что противодействовало накоплению АФК и способствовало снижению интенсивности ПОЛ в листьях.

4. Снижение скорости фотосинтеза в меньшей степени, чем скорости дыхания в результате закаливания обеспечивало увеличение отношения фотосинтез/дыхание, что является предпосылкой к накоплению продуктов фотосинтеза и повышению устойчивости растений к действию низких температур.

5. Снижение содержания Сахаров в апопласте листьев растений табака при закаливании вызывало ингибирование загрузки флоэмы, что может являться причиной неспособности корневой системы табака к накоплению Сахаров при низких положительных температурах.

6. Листья теплолюбивых растений табака способны значительно повышать устойчивость к низким температурам. Неспособность корневой системы к низкотемпературному закаливанию определяет в целом низкую устойчивость теплолюбивых растений табака к гипотермии.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Липшица О.В., Попов В.Н., Пчелкин В.П., Цыдендамбаев В.Д., Трунова Т.И. (2008) Холодостойкость теплолюбивых растений табака в связи с липидным метаболизмом. Тез. докл. межд. науч. конф. "Физико-химические основы структурно-функциональной организагщирастений", Екатеринбург, с. 52-53.

2. Popov V., Antipina O., Trunova T. (2008) Oxidative stress in the tobacco plants at hypothermia. Hort. Veg. Growing, 27, 121-127.

3. Попов В.H., Антипина O.B. (2009) Исследование низкотемпературной адаптации растений табака. Мат. симп. "Новые и нетрадт/ионные растения и перспективы их использования", Москва, с. 216-220.

4. Попов В.Н., Антипина О.В. (2009) Особенности низкотемпературной адаптации теплолюбивых растений. Мат. Межд. научно-практ. конф. "Интенсификация и оптимизация продукционного процесса сельскохозяйственных растений", Орел, с. 128-132.

5. Антипина О.В., Попов В.Н. (2009) Влияние процессов перекисного окисления липидов на закаливание теплолюбивых растений табака к гипотермии. Тез. докл. межд. научн. конф. "Физико-химические механизмы адаптации растений к антропогенному загрязнению в условиях Крайнего Севера", Апатиты, с. 33-34.

6. Антипина О.В., Попов В.Н. (2010) Увеличение интенсивности ПОЛ в корневой системе табака снижает устойчивость растений к гипотермии. Тез.докл.14 Межд. Путинская конф. молодых ученых "Биология - наука XXI века", Пущино, с. 309310.

7. Попов В.Н., Антипина О.В. (2010) Интенсивность окислительного стресса в листьях и корнях растений табака при закаливании. Мат. научн. конф. "Вторые чтения памяти профессора O.A. Зауралова", Саранск, с.66-69.

8. Попов В.Н., Антипина О.В. (2010) Роль супероксиддисмутазы в устойчивости растений табака к гипотермии. Мат. IXМежд. научно-метод. конф. "Интродукция нетрадиционных растений", Мичуринск, T. II. с. 156-160.

9. Антипина О.В. (2010) Роль листьев и корней в формировании устойчивости к гипотермии растений табака. Тез. докл. Всеросс. симп. "Растение и стресс", Москва, с. 38-39.

10. Попов В.Н., Аитипина О.В., Трунова Т.И. (2010) Перекисное окисление липидов при низкотемпературной адаптации листьев и корней теплолюбивых растений табака. Физиология растений, 57, 153-156.

Подписано в печать:

09.02.2011

Заказ № 4953 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Антипина, Ольга Валерьевна

1 .Введение

2.Обзор литературы

2.1. Повреждение растений низкими температурам

2.2. Повреждения растений отрицательными 11 температурами

2.3. Повреждение растений низкими положительными температурами

2.3.1. Снижение интенсивности фотосинтеза при низких положительных температурах

2.3.2. Нарушение ультраструктурной организации клетки при низких положительных температурах

2.3.3. Развитие окислительного стресса при низких положительных температурах

2.3.4. Фазовый переход липидов мембран при низких положительных температурах

2.4. Адаптация растений к низким температурам

2.4.1. Роль углеводного метаболизма в адаптации растений к низким температурам

2.4.2. Изменение ультраструктуры клеток при адаптации растений к низким температурам

2.4.3. Роль липидного метаболизма в адаптации растений к низким температурам

2.4.4. Значение антиоксидантных систем при адаптации растений к низким температурам

3. Объект и методы исследования

3.1. Объект исследования

3.2. Культивирование растений

3.3. Закаливание и промораживание растений

3.4. Определение содержания липидов и их жирнокислотпого состава

3.5. Измерение скорости генерации супероксидного радикала

3.6. Определение содержания перекиси водорода

3.7. Определение содержания диеновых конъюгатов

3.8. Определение содержания малонового диальдегида

3.9. Определение выхода электролитов

3.10. Определение активности супероксиддисмутазы

3.11. Определение активности каталазы

3.12. Определение активности гваякол пероксидазы

3.13. Определение активности аскорбат пероксидазы

3.14. Измерение газообмена растений

3.15. Определение содержания различных форм Сахаров в листьях и корнях растений

3.16. Определение содержания различных форм Сахаров в апопласте листьев растений

3.17. Статистическая обработка данных

4. Результаты и обсуждение 54 4.1. Изменение устойчивости растений табака при низких положительных температурах

4.2. Изменение содержания и жирнокислотного состава липидов в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах

4.3. Интенсивность окислительного стресса в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах

4.4. Перекисное окисление липидов в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах

4.5. Изменение выхода электролитов из тканей листьев и корней растений табака при низких положительных температурах

4.6. Изменение активности антиоксидантных ферментов в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах

4.7. Изменение интенсивности фотосинтеза и темнового дыхания растений табака при низких положительных температурах

4.8. Изменение содержания Сахаров в листьях и корнях растений табака при низких положительных температурах

4.9. Загрузка флоэмы при низких положительных температурах

Введение Диссертация по биологии, на тему "Способность листьев и корней теплолюбивых растений табака к формированию устойчивости к гипотермии"

Известно, что практически все растения на Земле подвергаются действию разных неблагоприятных факторов, в том числе действию холода (низких положительных температур) и мороза (температуры ниже 0°С). В субтропиках температура периодически опускается ниже 0°С, в умеренных зонах - до минус-20-40°С. Севернее этих районов лежит зона вечной мерзлоты, где температура воздуха бывает еще ниже (ЬагсЬег, 2003). Действию низких температур подвергаются как дикорастущие растения, так и возделываемые культуры, в особенности, жизненный цикл которых захватывает зимний период. В связи с этим проблема адаптации растений к гипотермии является весьма актуальной, причем эта актуальность имеет не только фундаментальный академический, но и практический характер в связи большими потерями, которые несет сельское хозяйство в результате периодических снижений температуры, критических морозов и заморозков (Сандухидзе и др., 2003).

Многие теплолюбивые растения тропического и субтропического происхождения погибают от действия низких положительных температур. Такой вид повреждений отличается по своей природе от вымерзания холодостойких растений. Очень многие важные сельскохозяйственные культуры страдают от воздействия низких положительных температур: это и рис, и кукуруза, и сахарный тростник, а также хлопчатник, томаты, фасоль, арбузы, дыни, огурцы, цитрусовые и многие другие культуры.

Одна из ключевых задач современного сельского хозяйства состоит в устойчивом наращивании продукции растениеводства, полеводства, садоводства и овощеводства применительно ко всем регионам. Одним из важных условий ее успешного решения, является повышение устойчивости выращиваемых теплолюбивых сельскохозяйственных культур к повреждающему действию отрицательных и низких положительных температур, часто обусловливающих не только значительное снижение, но и гибель растений на больших площадях, что наносит огромный ущерб современному сельскому хозяйству. По устойчивости к низким температурам, растения делятся на несколько групп: Холодоустойчивые - растения способные выдерживать любые низкие положительные температуры, но погибают после действия отрицательных температур.

Морозоустойчивые - включают в себя свойство холодостойкости, но способны выживать при действии отрицательной температуры, которая приводит к образованию межклеточного льда.

Теплолюбивые - растения повреждаются при температуре ниже 8-10°С и имеют механизм адаптации тс ограниченному диапазону действия пониженных температур (Трунова, 2007).

Жизнеспособность растений в условиях низкотемпературного стресса обеспечивается комплексом физиологических процессов, имеющих своей целью адаптацию растительного организма к изменяющимся условиям окружающей среды.

Известно, что в формировании устойчивости к низким температурам важную роль играют углеводы растений (Туманов, 1979; Трунова, 1984; Perera et al., 1995). Не вызывает сомнений значительная роль фотосинтеза для процессов адаптации растений к низким температурам (Levitt, 1980; Климов и др., 2003; Суворова, 2009). Существенное значение в закаливании растений к гипотермии принадлежит белкам. Происходит синтез белков холодового шока (Колесниченко, 2003), активация гидролитических ферментов (Трунова, 1984; Блехман, Шеламова, 1992), десатураз (Лось, 2005), а также ферментов антиоксидантной защиты (Радюк и др., 2009).

Изменение липидного состава и степени ненасыщенности жирных кислот (ЖК) — это неотъемлемый компонент процесса адаптации клеток растений к низким температурам. Эти показатели варьируют в широких пределах при изменении температуры окружающей среды (Levitt, 1980; Лось, 2005).

Несмотря на крупные достижения в области исследований физиолого-биохимических основ устойчивости растений к гипотермии, до сих пор не создана единая теория адаптации к низким температурам, а меры предотвращения гибельного действия не только отрицательных, но и низких положительных температур, остаются крайне неэффективными. Поэтому раскрытие причин гибели теплолюбивых растений от низких температур с целью разработки эффективных приемов повышения устойчивости, представляют одну из важнейших проблем физиологии растений.

2. Обзор литературы

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Антипина, Ольга Валерьевна

6. Выводы

1. Листья табака реагировали на холодовое закаливание увеличением содержания липидов и доли ПНЖК в их составе, в то время как в корнях происходило снижение содержания липидов и входящих в их состав ненасыщенных ЖК.

3. Листья после закаливания отличались от корней повышенной активностью СОД. каталазы и пероксидаз, что противодействовало накоплению АФК и способствовало снижению интенсивности ПОЛ в листьях.

4. Снижение скорости фотосинтеза в меньшей степени, чем скорости дыхания в результате закаливания обеспечивало увеличение отношения фотосингез/дыхание, что является предпосылкой к накоплению продуктов фотосинтеза и повышению устойчивости растений к действию низких температур.

6. Листья теплолюбивых растений табака способны значительно повышать устойчивость к низким температурам. Неспособность корневой системы к низкотемпературному'закаливанию определяет в целом низкую устойчивость теплолюбивых растений табака к гипотермии.

5. Заключение

Адаптация растений к низким температурам является сложным, интегральным процессом, протекающим на всех уровнях структурной организации организма и затрагивающим практически все функции растения (КИшоу а1., 1999; Титов и др., 2006; Трунова, 2007; Ма^еэт, 2007). На сегодняшний день возможности закаливания теплолюбивых растений к низким температурам изучены недостаточно полно. В литературе практически отсутствуют данные о причинах разной устойчивости листьев и корней теплолюбивых растений к гипотермии. Поэтому основное внимание в данной работе было уделено исследованию процессов низкотемпературного закаливания типичного представителя теплолюбивых растений - табака (ЩсоИапа 1аЪасит Ь.) в связи с холодоустойчивостью его органов.

Установлено, что во время холодовон экспозиции (8°С, 6 сут.) в листьях и корнях табака происходили разнонаправленные изменения физиологических процессов, обеспечивающие повышение холодоустойчивости листьев и неспособность корневой системы к низкотемпературному закаливанию (Рис. 24).

Увеличение содержания ПНЖК в мембранных липидах листьев обеспечивало сохранение текучести мембран в период охлаждения, что должно стабилизировать работу электрон-транспортных цепей, и могло являться причиной снижения генерации активных форм кислорода и, как следствие, интенсивности перекисного окисления липидов. С другой стороны, поддержание жидкостных свойств мембран листьев закаленных растений позволяло сохранить клеточный гомеостаз и, тем самым, обеспечить активность аптиоксидантных ферментов в условиях низких температур, что также предотвращало избыточное накопление АФК.

8°С обладали меньшей по сравнению с листьями устойчивостью к окислительному стрессу, развивающемуся при гипотермии.

Г" "Л

Повышение устойчивости к гипотермии

Листья Корни я Содержание липидов

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Антипина, Ольга Валерьевна, Москва

1. Аверьянов A.A., Лапикова В.П. (1989) Взаимодействие Сахаров с гидроксильным радикалом в связи с фунгитоксичностью выделений листьев. Биохимия. 54,1646-1651.

2. Азарова М.В. (1977) Действие холода и адаптационная способность огурца. Изв. СО АН СССР. Сер. библ. наук, 15, (3), 98-102.

3. Александров В.Я. (1975) Клетки, макромолекулы и температура. Л.: Наука. 330 с.

4. Антонов В.Ф. (1996). Биофизика мембран. Соросовский образовательный журнал. 6, 4-12.

5. Артюхов В.Г., Накваскина М.А. (2000) Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами. Из-во Воронежского гос. Универс. с. 296.

6. Балагурова Н.И., Титов А.Ф., Критенко С.П. (1980) О холодостойкости растений огурца. В сб: Физиологические аспекты формирования терморезистентности и продуктивности сельскохозяйственных растений, под ред. Дроздова С.Н. и др. Петрозаводск, с. 23-32.

7. Балагурова И.И., Акимова Т.В., Титов А.Ф. (2001) Влияние локального охлаждения проростков огурца и пшеницы на различные виды устойчивости листа и корня. Физиология растений, 48, (1), 113-118.

8. Барабой В.А. (1991) Механизмы стресса и перекисное окисление липидов. Успехи современной биологии, 11, (6) 923-931.

9. Велик В.Ф. (1975) Методы оценки холодостойкости растений, режимов и способов закалки к холоду семян овощных и бахчевых культур. Науч. тр. НИИ овощ, хоз-ва, 5, 263-270.

10. Белоус А.М., Бондаренко В.А. (1982) Структурные изменения биологических мембран при охлаждении. Киев: Наукова думка. -255 с.

11. Блехман Г.И., Шеламова H.A. (1992) Синтез и распад макромолекул в условиях стресса. Успехи соврем, биологии, 112, (2), 281.

12. Бухов Н.Г. (2004) Динамическая световая регуляция фотосинтеза. Физиология растений. 51, 825-837.

13. Бучинский А.Ф., Володарский Н.И., Асмаев П.Г. (1959) Табаководство М. Колос, с.369.

14. Быстрова М.Ф., Буданова E.H. (2007) Перекись водорода и пероксиредоксины в редокс-регуляции внутриклеточной сигнализации. Биологические мембраны, 24, 115 -125.

15. Васьковский В.Е. (1997) Липиды. Соросовский образовательный журнал. 3, 32-37.

16. Верещагин А.Г., Лебедева Н.И., Жуков A.B. (1985) Содержание и состав^ этерифицированных жирных кислот в митохондриях этиолированных проростков пшеницы. Физиология растений. 32, 124-129.

17. Веселовский В.А., Веселова Т.А. (1990) Люминесценция растений. Теоретические и практические аспекты. М.: Наука, 200 с.

18. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. (1972) Перекисное окисление липидов биологических мембран. М.: Наука, 252 с.

19. Владимиров Ю.А. (1999) Свободные радикалы в биологических системах. Соросовский образовательный журнал. 6, (12)ДЗ-19.

20. Гамалей Ю.В. (1990) Флоэма листа. СПб.: Наука,. 144 с.

21. Гамалей Ю.В., Пахомова М.В., Сюткина A.B. (1992) Экологические аспекты оттока ассимилятов. 1. Температура. Физиология растений, 39, 10681077.

22. Гамалей Ю.В. (1994) 53-е Тимирязевское чтение. СПб. БИН РАН, 81. с.

23. Гамалей Ю.В. (2007) Роль тонопласта клеток мезофилла в определении русла загрузки флоэмы. Физиология растений; 54, (1), с.5-14.

24. Геннис Р. (1997) Биомембраны. Молекулярная структура и функции. М.: «Мир», 624 с.

25. Губанов Я.В., Тихвинский С.Ф., Горелов Е.П. (1986) Технические культуры. М.: Агропромиздат. 287 с.

26. Джанумов Д.А., Бочаров Е.А., Климов C.B. (1982) Влияние температуры на содержание хлоропластных липидов в первом листе проростков озимой пшеницы. Физиология растений, 29, 1067-1074.

27. Доспехов Б. А. (1977) Методика опытного дела. М.: Колос, 416 с.

28. Дроздов С.Н., Курец В.К., Будыкина Н.П., Балагурова Н.И. (1976) Определение устойчивости растений к заморозкам. В кн.: Методы оценки устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды. Л.: с. 222-228.

29. Еремин Г.В., Семенова Л.Г., Гасанова Т.А. (2008) Физиологические особенности формирования адаптивности, продуктивности и качества плодов у косточковых культур в предгорной зоне Северо-Западного Кавказа. Майкоп: Адыг. респ., 210 с.

30. Ермаков Е.И., Полевой A.B. (1993) Изменение баланса эндогенных ИУК и АБК в корнях проростках кукурузы при прямом и опосредованном низкотемпературном стрессе. Докл. Росс. Академ. С.-х. наук, 3, 16-19.

31. Жиров В.К., Мерзляк М.Н., Кузнецов Л.В. (1982) Перекисное окисление мембранных липидов холодостойких растений при повреждении отрицательными температурами. Физиология растений, 29, (6), 1045-1052.

32. Заботина O.A., Аюпова Д.А., Ларская И.А., Николаева О.Г., Петровичева Г.А., Заботин А.И. (1998) Физиологически активные олигосахариды,накапливающиеся в корнях озимой пшеницы в ходе низкотемпературной адаптации. Физиология растений, 45, 262-267.

33. Зауралов О.А, Лукаткин A.C. (1985) Кинетика экзоосмоса электролитов у теплолюбивых растений при действии пониженных температур. Физиология растений, 32, (2), 347-354.

34. Зауралов O.A., Лукаткин A.C. (1996) Тканевые и клеточные аспекты холодоустойчивости и- холодового повреждения теплолюбивых растений. Успехи современной биологии. 116, (4), 418-431.

35. Исабеков Б.М. (1989) Осмотические свойства растительных протопластов, устойчивых к морозу. Дисс. кан. биол. наук, Москва, 115 с.

36. Калнинь Л. (1977) Методика селекции кукурузы на холодостойкость. Тр. Латв. С.-х. акад, 135, 99-102.

37. Карасев Г.С. (1986) Перекисное окисление липидов и применение антиоксидантов для повышения морозоустойчивости озимой пшеницы: Дисс. канд. биол. наук. Киев, 129 с.

38. Кейтс М. (1975) Техника липидологии. М.: Мир, 324 с.

39. Кипайкина Н.В. (2006) Участие А9-ацил-липидной десатуразы в формировании устойчивости к гипотермии растений табака, трансформированных геном des С из Synechococcus vulcanus. Автореф. канд. биол. наук. Москва, 27 с.

40. Кириченко Е.Б., Кудрэ А., Вейссейр Ф., Аддад С., Чернядьев И.М. (1991) Действие низкой температуры на С02- газообмен растений хлебных злаков. ДАН СССР, 317, (1), 246-250.

41. Климов C.B. (1997) Биоэнергетическая концепция адаптации растений к низким температурам. Успехи современной биологии, 117, 133-154.

42. Климов C.B. (2001) Пути адаптации растений к низким температурам. Успехи современной биологии, 121, 3-22.

43. Климов C.B., Попов В.Н., Дубинина И.М., Бураханова Е.А., Трунова Е.А. (2002) Пониженная холодостойкость теплолюбивых растений связана сингибированием ассимиляции С02 в листьях и накопления Сахаров в корнях. Физиология растений, 49, (6), 871-877.

44. Климов C.B. (2003) Холодовое закаливание растений результат поддержания повышенного отношения фотосинтез/дыхание при низких температурах. Известия АН, 1, 57-62.

45. Климов C.B., Дубинина И.М., Бураханова Е.А., Астахова Н.В, Попов В.Н., Алиева Г.П., Трунова Т.И. (2004) Связь С02 газообмена с накоплением Сахаров и активностью инвертаз при холодовом закаливании озимой пшеницы. ДАН, 398, (1). 135-138.

46. Колесничекно A.B., Войников В.К. (2003) Белки низкотемпературного стресса растении. Иркутск: СО РАН, 196 с.

47. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В. (2010) Формирование адаптивных реакций растений на действие абиотических стрессоров. Киев. «Основа», -352 с.

48. Кравкина И.М., Котеева Н.К. (2002) Структурные изменения в клетках мезофилла зимнезеленого листа Muscari tubergenianum (Hyacintaceae) в условиях зимних колебаний температур. Ботанический журнал, 87, (10), 7479.

49. Кравец B.C., Великожон Л.Г. (1984) Дыхание поддержания у озимой пшеницы в осенне-зимний период. Физиология и биохимия культурных растений, 16, (6), 529-534.

50. Креславский В.Д., Карпентиер Р., Климов В.В., Мурата Н., Аллахвердиев

51. С.И. (2007) Молекулярные механизмы устойчивости фотосинтетического аппарата к стрессу. Биол. мембраны. 24, 195-217.

52. Кузьменко А.И., Морозова Р.П., Николенко И.А., Корпиец Г.В., Холодова

53. Ю.Д. (1997) Влияние витамина Д3 и экдиетерона на свободно-радикальное окисление липидов. Биохимия, 62, (6), 712-715.

54. Курганова JI.H., Веселов А.П., Синицынд Ю.В., Еликова Е.А. (1999) Продукты перекисного окисления липидов как возможные посредники между воздействием повышенной температуры и развитием стресс-реакции у растений. Физиология растений, 46, (2), 218-222.

55. Курсанов A.JI. (1976) Транспорт ассимилятов в растении. М. Наука. 646 с.

56. Кушнеренко C.B. (1958) Физиологические особенности томатов и кукурузы закаленных к холоду переменными температурами. Физиология растений, 5, (3), 235-244.

57. Лось Д.А. (1997) Десатуразы жирных кислот: адаптивная экспрессия и принципы регуляции. Физиология растений, 44, (4), 528-540.

58. Лось Д.А. (2005) Молекулярные механизмы холодоустойчивости растений. Вестник РАН, 75, 338-345.

59. Лукаткин A.C. (2002) Холодовое повреждение теплолюбивых растений и окислительный стресс. Саранск. Из-во мордовского университета, 207 с.

60. Лукаткин A.C. (2005) Инициация и развитие холодового повреждения в листьях теплолюбивых растений. Физиология растений, 52, (4), 608-613.

61. Львов С.Д. (1950) Основные направления в историческом развитии учения о дыхании растений. М.-Л. 86 с.

62. Макаренко С.П., Коненкина Т.А., Хотимченко C.B. (2007) Жирнокислотный состав липидов вакуолярных мембран корнеплодов. Физиология растений, 54, (2), 223-228.

63. Марковская Е.Ф., Сысоева М.И. (2004) Роль суточного температурного градиента в онтогенезе растений.- М.: Наука,-199 с.

64. Марковская Е.Ф., Сысоева М.И., Шерудило Е.Г. (2008) Феномен ежесуточного кратковременного влияния низких закаливающих температур на жизнедеятельность растений. Онтогенез, 39, (5), 323-332.

65. Марковская Е.Ф., Шерудило Е.Г., Галибина H.A., Сысоева М.И. (2010) Роль углеводов в реакции теплолюбивых растений на кратковременные и длительные никзотемпературные воздействия. Физиология растений, 57, (5), 687-694.

66. Мерзляк М.Н. (1989) Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки. Итоги науки и техники. Сер. Физиология растений, 6, 167.

67. Мерзляк М.Н. (1999) Активированный кислород и жизнедеятельность растений. Соросовский образовательный лсурнал. 9, 20-26.

68. Мирославов Е.А. (1994) Структурные адаптации растений к холодномуклимату. Ботанический журнал, 9, (2), 20-26.f

69. Митриченко A.A. (1999) Динамика содержания гормонов в проростках пшеницы при изменении температуры: Автореф. дис. канд. биол. Наук, Уфа, 23 с.

70. Незговоров JI.A., Соловьев А.К. (1965) Действие низких температур и патогенной микрофлоры на поглощение воды теплолюбивыми растениями. Физиология растений, 12, (3), 500-515.

71. Новицкая Г.В., Суворова Т.А. (1994) Изменение липидного состава мембранных фракций проростков озимой пшеницы при низкотемпературной адаптации. Физиология растений, 41, (4), 539-545.

72. Новицкая Г.В., Астахова Н.В., Суворова Т.А., Трунова Т.И. (1999) Роль липидной компоненты мембран в устойчивости растений огурца к низкой температуре. Физиология растений, 46, (4), 618-625.

73. Новицкая Г.В., Суворова Т.А., Трунова Т.И. (2000) Липидный состав листьев в связи с холодостойкостью растений томатов. Физиология растений, 47, (6), 829-835.

74. Панкратова С.И., Хохлова Л.П. (1977) Динамика содержания фосфолипидов в узлах кущения озимой пшеницы во время осеннего закаливания. Физиология и биохимия культурных растений, 9, (2), 129-135.

75. Полесская О.Г. (2007) Растительная клетка и активные формы кислорода. М. 140 с.

76. Попов В.Н. (2002) Сравнительное исследование низкотемпературной адаптации томата и огурца в связи с их углеводным метаболизмом. Диссер. канд. биол. наук. Москва, 115 с.

77. Попов В.Н., Кипайкина Н.В., Меркулова Н.В, Орлова И.В., Серебрийская Т.С., Лось Д.А., Трунова Т.И., Цыдендамбаев В.Д. (2006) Участие А9-ациллипидной десатуразы в формировании устойчивости теплолюбивых растений к гипотермии. ДАН, 407, (1). 138-141.

78. Пчелкин В.П., Кузнецова Э.И., Цыдендамбаев В.Д., Верещагин А.Г. (2001) Определение позиционно-видового состава запасных триацилглицеринов растений методом неполного химического деацилирования. Физиология растений, 48, 809-816.

79. Розенцвет O.A. (2006) Липидный состав растений как показатель их адаптивных возможностей к различным экологическим условиям. Диссер. докт. биол. наук, Тольятти. 436 с.

80. Самыгин Г.А. (1974) Причины вьшерзания растений. М.: Наука,-190 с.

81. Сандухидзе Б.И., Рыбакова М.И., Морозова З.А. (2003) Научные основы селекции озимой пшеницы в нечерноземной зоне России. М.,РАСХН, 426 с.

82. Сергеева К. А. (1971) Физиологические и биохимические основы зимостойкости древесных растений. М.: Наука, 174 с.

83. Силантьева Р.П. (1985) Технология производства табака. Кишинев, с. 25-40.

84. Синькевич М.С. (2007) Окислительный стресс и антиоксидантная роль Сахаров при гипотермии у растений картофеля. Автореф. канд. биол. наук. Москва, 26 с.

85. Синькевич М.С., Дерябин А.Н., Трунова Т.И. (2009) Особенности окислительного стресса у растений картофеля с измененным углеводным метаболизмом. Физиология растений, 56, (2), 186-192.

86. Соловьев А.К., Незговоров JI.A. (1968) Различие в реакции теплолюбивых растений на повреждающие и закалочные температуры по отжатию из листьев клеточного сока. Физиология растений, 15, (6), 1045-1054.

87. Суворова Г.Г. (2009) Фотосинтез хвойных деревьев в условиях Сибири. Новосибирск. Академическое из-во "Гео". 195 с.

88. Сусов В.И. (2009) Повышение зимостойкости плодовых деревьев. М.: Из во "СТД РФ". 85 с.

89. Тарчевский И.А. (2001) Метаболизм растений при стрессе. Казань. 448 с.

90. Титов А.Ф., Акимова Т.В., Таланова В.В., Топчиева JI.B. (2006) Устойчивость растений в начальный период действия неблагоприятных температур. М.: Наука, 143 с.

91. Трунова Т.И. (1984) Физиологические и биохимические основы адаптации растений к морозу. С-х. биология. 6, 3-10.

92. Трунова Т.И., Астахова Н.В. (1998) Роль ультраструктуры клеток в формировании морозостойкости озимой пшеницы. Докл. РАН, 359, (1), 120122.

93. Трунова Т.И. (2007) Растение и низкотемпературный стресс. 64-е Тимирязевское чтение. М.: Наука, 54 с.

94. Туманов И.И. (1979) Физиология закаливания и морозостойкости растений. М.: Наука, 352 с.

95. Туркина М.В., Соколова С.В. (1971) Методы определения моносахаридов и олигосахаридов. Биохимические методы в физиологии растений. М.: Наука, 734.

96. Турпаев К.Т. (2002) Активные формы кислорода и регуляция экспрессии генов. Биохимия, 67, (3), 339-352.

97. Устиненко-Бакумовская Г.В. (1989) Растениеводство тропиков и субтропиков. М. с. 364-380.

98. Хочачка П., Сомеро Дж. (1988) Биохимическая адаптация. М.: Мир, 568 с.

99. Цыдендамбаев В.Д., Верещагин А.Г. (1980) Исследование липидов корня сахарной свеклы в связи с функцией сахаронакопления. Физиология растений, 27, 778-784.

100. Часов А.В., Гордон JI.X., Колесников О.П., Минибаева Ф.В. (2002) Пероксидаза клеточной поверхности генератор супероксид-аниона в корневых клетках пшеницы при раневом стрессе. Цитология, 44, (7), 691-696.

101. Чиркова Т.В. (2002) Физиологические основы устойчивости растений Из -, во С.-Петербургского университета, 151 с.

102. Шаяхметова И.Ш. (1987) Адаптационные изменения липидов при формировании морозостойкости озимой пшеницы и влияние света на этот процесс. Диссер. канд. биол. наук. Москва, 143 с.

103. Шаяхметова И.Ш., Трунова Т.И., Цыдендамбаев В.Д., Верещагин А.Г. (1990) Роль липидов клеточных мембран в криозакаливании листьев и узлов кущения озимой пшеницы. Физиология растений, 37, (10), 1186-1995.

104. Якушкина Н.И., Тарасов С.И. (1982) Активность эндогенных цитокининовв проростках кукурузы, выращенных при различных температурах. Биол. науки, 1,79-82.

105. Alonso A., Queiroz C.S., Magalhaes A.C. (1997) Chilling stress leads to increased cell membrane rigidity in roots of coffee (Coffea Arabica L.) seedlings, Biochim. Biophys. Acta, 1323, 75-84.

106. Alscher R.G., Donahue J.L., Cramer C.L. (1997) Reactive oxygen species and antioxidants: Relationships in green cells. Physiologiaplantarum\ 100, 224-233.

107. Alscher R.G., Erturk N., Heath« L.S. (2002) Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants. Journal of experimental botany, 53, (372), 1331-1341.

108. Amthor J.S. (1989) Respiration and crop growth N.Y. etc.; Springer-Verlag.215 p.

109. Anderson J.V., Chevone B.I., Hess J.L. (1992) Seasonal variation in the antioxidant system of eastern white pine needles. Plant Physiol 98, (2), 501-508.

110. Apel K., Hirt H. (2004) Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Annu Rev Plant Biol, 55, 373-399.

111. Aroca R., Irigoyen J.J., Sanchez-Diaz M. (2001) Photosynthetic characteristics and protective mechanisms against oxidative stress during in chilling sensitivity. Plant Science, 161, 719-726.

112. Aroca R., Vernieri P, Irigoyen J.J., Sanchez-Diaz M., Tognoni F., Pardossi A. (2003 a) Involvement of abscisic acid in leaf and root of maize (Zea mays L.) in avoiding chilling-induced water stress. Plant Science, 165, (3), 671-679.

113. Aroca R., Irigoyen J.J., Sanchez-Diaz M. (2003 b) Dought enhances maise chilling tolerance. II Photosynthetic traits and protectie mechanisms against oxidatie stress. Physiologia Plantarum, 117, 540-549.

114. Artuso A., Guidi L., Soldatini G.F., Pardossi A., Tognoni F. (2000) The influence of chilling on photosynthesis and activities of some enzymes of sucrose metabolism in Lycopersicon esculentum Mill. Acta Physiol. Plantarum, 2, 95-101.

115. Asada K. (1992) Ascorbat peroxidase a hydrogen peroxide-scavenging enzyme in plants. Physiol. Plant. 85, (2), 235-241.

116. Ashworth E.N., Pearce R.S. (2002) Extracellular freezing in leaves of freezing-sensitive species. Planta; 214, 798-805.

117. Biddlack W.R., Tappel A.I. (1973) Fluorescent Products of Phospholipids peroxidation. Lipids, 8, 203-209.

118. Bligh E., Dyier W.I. (1959) Rapid Methods of Total Lipid Extraction and Purification. Can. J Biochem. Physiol, 37, 911-917.

119. Boese S.R., Wolfe D., Melkonian J.J. (1997) Elevated C02 mitigates chilling induced water stress and photosyntheric reduction during chilling. Plant cell environm., 20, (5), 625-632.

120. Bowler C., Van Montagu* M., Inze D. (1992) Superoxide Dismutase and Stress Toleiance. Annual review of plant physiology and plant molecular biology, 42, 83116.

121. Bowler C., Camp W. van, Montague M. van, Inze D. (1994) Superoxide dismutase in plants. Critical Rev. Plant Sci., 13, 199-218.

122. Bulder H.A.M, Den Nijs A.P.M., Speek E.J., Van Hasselt P.R., Kuiper P.J.C.1991) The effect of low root temperature on growth and lipid composition of low temperature tolerant rootstock genotypes for cucumber. J.Plant Physiol, 138, (6), 661-666.

123. Campos P.S., Quartin V., Ramalho J.C., Nunes M.A. (2003) Electrolyte leakage and lipid degiadation account for cold sensitivity in leaves of Coffea sp plants. Journal ofplant physiology; 160, (3), 283-292.

124. Christiansen M.N. (1979) Physiological bases for resistance to chilling. HortScience, 14, (5), 583-586.

125. Clarkson D.T., Hall K.C., Roberts J.K.M. (1980) Phospholipid composition and fatty acid desaturation in the roots of rye during acclimatization of low temperature. Planta, 149, 464-477.

126. Crawford R.M.M., Huxter T.J. (1977) Root growth and carbohydrate metabolism at low temperatures. J. of Exper.Botany, 28, (4), 917-925.

127. Du Y.C., Nose A., Wasano K. (1999) Effects of chilling temperature on photosynthetic rates, photosynthetic enzyme activities and metabolite levels in leaves of 3 sugaicane species. Plant cell enviromn, 22, (3). 317-324.

128. Foyer C.H., Lelandais M., Kunret K.J. (1994) Photooxidative stress in plants. Physiol. Plant, 92, 696-717.

129. Foyer C.H. (2001) Prospects for enhancement of the soluble antioxidants, ascorbate and glutathione: Biofactors; 15, (2-4), 75-78.

130. Franks F. (1985) Biophysics and biochemistry at low. temperatures. Cambridge: Cambridge univ. press. 210 p.

131. Gerrit van Meer, Dennis R. Voelker, and Gerald W. (2008) Feigenson. Membrane lipids: where they are and how they behave. Nat Rev Mo I Cell Biol., 9, (2), 112-124.

132. Goldstein G., Nobel P.S. (1991) Changes in osmotic pressure and mucilage during low-temperature acclimation of Opuntia ficus-indica. Plant Physiol., 97, 954-961.

133. Grenier G., Willemot C. (1974) Lipids changes in roots of frost-hardy and less hardy alfalfa varieties under hardening conditions. Cryobiology, 11, (4), 324-331.

134. Hakn M., Walbot V. (1989) Effect of cold-treatment on protein-synthesis and mRNA levels in rice leaves. Plant Physiol, 91, (3), 930-938.

135. Haraada T, Kodama H., Takeshita K., Utsumi H., Iba K. (1998) Characterization of Transgenic Tobacco with an Increased a-Linolenic Acid Level. Plant Physiol; 118, 591-598.

136. Hariyadi P., Parkin K.L. (1993) Chilling induced oxidative stress in cucumber (Cucumis sativus L.) seedling. J. Plant Physiol., 141 (6), 733-738.

137. Harwood J.L. (1980) Plant acyl lipids: structure, distribution, and analysis. In: Biochemistry of Plants: A comprehensive treatise, (ed) .P.K. Stumpf P.K., Conn E.E. 4 Acad. Press. New York, pp. 1-55.

138. Hazel J.R. (1995) Thermal adaptation in biological membranes: is homeoviscous adaptation the explanation? Annu. Rev. Physiol, 57, 19-42.

139. Heber U. (1986) Freezing injury in relation to loss of enzyme activities and protection against freezing. Cryobiology, 5, 188-201.

140. Hepburn H.A., Naylor F.L., Stokes D.I. (1986) Electrolyte leakage from winter barley tissue as indicator of winterhardiness. Ann. Appl. Biol., 108, 164-165.

141. Heppard E.P., Kinney A.J., Stessa K.L., Miao G.H. (1996) Development and growth temperature regulation of two different microsomal 00-6 desaturase genes in soybean. Plant Physiol, 110, 311-319.

142. Hodges D.M., Andrews Ch. J., Johnson D.A. Hamilton R.J. (1996) Antioxidant compound responses to chilling stress in differentially sensitive inbred maize lines. Physiol. Plant., 98, 685-692.

143. Hodges D.M., Andrews C.J., Johnson D.A., Hamilton R.I. (1997) Antioxidant enzyme and compound to chilling stress and their combining abilities in differentially sensitive. Crop Sci., 37, (3), 857-863.

144. Hofaecker-klett J., Beringer H.T. (1975) The influence of temperature and nitrogen fertilization on fatty acids in leaves of ryegrass (Lolium perenne). Z. Pflanzenernahr., Boden Kunde, 2, 147-151.

145. Hideg E., Bjorn L.O. (1996) Ultraweak light emission, free radicals, chilling and light sensitivity. Physiol Plant., 98 (2), 223-228.

146. Hurry V.M., Keerberg O., Paernik T., Gardestrom P., Oquist G. (1995) Cold-hardening results in increased activity of enzymes involved in carbon metabolism in leaves of winter rye {Secale cereale L.). Planta, 195 (4), 554-562.

147. Iba K. (2002) Acclimative response to temperature stress in higher plants: approaches of gene engineering for temperature tolerance. Ann Rev Plant Biol 53, 225-24.

148. Ilker R., Waring A. J., Lyons J.M. (1976) Breidenbach R.W. The cytological responses of tomato seedling to chilling and the influence of membrane modifications upon these responses. Protoplasma, 90, 229-252.

149. Jouve L., Engelinann F., Noirot M., Charrier A. (1993) Evaluation ofbiochemical markers (sugar, proline, malondialdehyde and ethylene) for coldsensitivity in microcutting of two coffee species. Plant Sci, 91, (1), 109-116.t

150. Kaniuga Z., Saczynskan V., Miskievicz E., Garstka M. (1999) Changes in fatty acids of leaf polar during chilling and post-chilling rewarming of Zea mays genotypes differing in response to chilling. Acta Physiol.Plantarum, 21, (3), 231241.

151. Kato J., Yamahara T., Tanaka K., Takio S., Satoh T. (1997) Characterisation of catalase from green algae chlamydomonas reinhardtii. J. Plant Physiol, 151, 262268.

152. Kawano T. (2003) Role of reactive oxygen species-generating peroxidase reactions in plant defense and growth induction. Plant cell Rep., 21, 829-837.

153. Kawakami A, Sato Y, Yoshida M. (2008) Genetic engineering of rice capable of synthesizing fructans and enhancing chilling tolerance. Journal of Experimental Botany, 59; 803-814.

154. Kawamura Y, Uemura M. (2003) Mass spectrometry approach for identifying putative plasma membrane proteins of Arabidopsis leaves associated with cold acclimation. Plant Journal, 36, 141-154.

155. Kerdnaimongkol K., Woodson W.R. (1999) Inhibition of catalase by antisense RNA increases susceptibility to oxidative stress and chilling injury in transgenic tomato plants. J. Am.Soc.Hortic.ScL, 124, 330-336.

156. Kodama H., Horiguchi G., Nishiuchi T., Nishimura M., Iba K. (1995) Fatty acid desaturation during chilling acclimation is one of the factors involved in conferring low temperature tolerance to young tobacco leaves. Plant Physiol, 107, (4), 11771185.

157. Koster K.L., Lynch D.V. (1992) Solute accumulation and compartmentation during the cold acclimation of Puma rye. Plant Physiol., 98, (1), 108-113.

158. Kozloff L.V.M., Turner M.A. (1991) Formation of bacterial membrane ice-nucleating lipoglycoprotein complexes. J. Bacteriol., 173, 6528-6536.

159. Kingstom-Smith A.H., Harbinson J., Foyer C.H. (1999) Acclimation of photosynthesis, H2C>2 content and antioxidants in maize (Zea mays) grown at suboptimal temperatures. Plant cell environm., 22 (9), 1071-1083.

160. Klimov S.V., Trunova T.I. (1999) An increased ratio of photosynthesis to respiration at low temperatures is a prerequisite for cold hardening of winter cereals. In: Mrozoodpornosc (ed.) Holubowicz T. Poznan: Polska Akademia Nauk, pp. 6167.

161. Klimov S.V., Astakhova N.V., Trunova T.I. (1999) Changes in photosynthesis dark respiration rates and photosynthetic carbon partitioning in winter rye and wheat seedlings during cold hardening. J. Plant. Physiol. 155, 734-739.

162. Kratsch H.A., Wise R.R. (2000) The ultrastructure of chilling stress. Plant. Cell and environment, 23, (4), 337-350.

163. Kumar C.N., Knowles N. (1993) Changes in lipid peroxidation and lipolytic and free-radical scavenging enzyme during aging and sprouting of potato (Solanum tuberosum L.) Seed-Tuber. Plant Phisiol. 102, 115-124.

164. Larcher W. (2003) Physiological plant ecology. Ecophysiology and stress physiology of functional groups. Springer, Berlin Heidelberg New York. pp. 513.

165. Lee J.M. (1994) Cultivation of grafted vegetables. I. Current status, grafting methods and benefits. Sci. Hort. 29, 235-239.

166. Lee S.H., Singh A.P., Chung G.C. (2004) Rapid accumulation of hydrogen peroxide in cucumber roots due to exposure to low temperature appears to mediate decreases in water transport. J.Exp. Bot., 55, 1733-1741.

167. Leipner J., Eracheboud Y., Stamp P. (1999) Effect of growing season on the photosynthetic apparatus and leaf antioxidative defenses in two maize genotypes of different chilling tolerance. Environmen. andExperimen. Botany. 42, 129-139.

168. Leshem Y.Y. (1988) Plant senescence processes and free radical. Free Rad. Biol. Med. 5, 39-49.

169. Levitt J. (1980) Responses of plants to environmental stresses. V.l. Chilling, freezing and high temperatures stresses. —N. Y.: Acad. Press. 497 p.

170. Livingston D.P., Henson C.A. (1998) Apoplastic sugars, fructans, fructan exohydrolase, and invertase in winter oat: responses to second phase cold hardening. Plant Physiology, 116, 403-408.

171. Lyons J.M. (1973) Chilling injury in plants. Annu. Rev. Plant.Physiol, 24, 445-466.

172. Lyons J.M., Wheaton T.A., Pratt H.K. (1964) Relationship between the physical nature of mitochondrial membranes and chilling sensitivity in plants. Plant Physiol, 39 (2), 262-268.

173. Luwe M.W.F., Takahama U., Heber U. (1993) Role of ascorbate in detoxifying ozone in the apoplast of spinach leaves. Plant Physiol, 101, 969-976.

174. Ma Y., Zhang Y., Lu J., Sliao H. (2009) Roles of plant soluble sugars and their responses to plant cold stress. African Journal of Biotechnology, 8, (10), 2004-2010.

175. Macartney A.I., Maresca B., Cossins A.R. (1994) Temperature adaptation of biological membranes, (cd.) A.R. Cossins. London: Portland Press, pp. 129-139.

176. Margesin R., Neuner G., Storey K.B. (2007) Cold-loving microbes, plants, and animals-fundamental and applied aspects. Review. Naturwissenschaften., 94, 77-99.

177. Matringe M., Ksas B., Rey P., Havaux M. (2008) Tocotrienols, the unsaturated forms of vitamin E, can function as antioxidants and lipid protectors in tobacco leaves. Plant Physiology, 147, (2), 764-778.

178. McClung Y. (1997) Regulation of catalases in Arabidopsis. Free radical biology and medicine, 23, (3), 489-496.

179. McKersie B.D., Bowley S.R., Jones K.S. (1999) Winter survival of transgenic alfalfa overexpressing superoxide dismutase. Plant Physiol., 119, 839-847.

180. Meza-Basso L., Alberdi N., Raynal M. et al. (1986) Changes in protein synthesis in rapeseed (Brassica napus) seedlings during a low temperature treatment. Ibid, 82, (3), 733-738.

181. Michaeli R., Riov J., Philosophhadas S., Meir S. (1999) Chilling-induced, leaf abscission of Ixora coccinea plants. II. Alteration of auxin economy by oxidative stress. Physiol, plantarum., 107, (2), 174 -180.

182. Mikolov P., Zafirov I! (1987) Changes in gibberellin activity in chilled maize plants, grown at different soil humidity. Plant Growth Regulators. Proc. 4th Symp. Pamporovo, Sofia, pp. 68.

183. Mitchell D.E., Madore M.A. (1992) Patterns of assimilate production and translocation in muskmelon (Cucumis melo L.). 2. Low-temperature effects. Plant Physiol., 99, (3), 966-971.

184. Morris G.J., Clarke A. (1981) Effects of low temperatures on biological membranes. London etc.: Acad, press, pp. 432.

185. Morelli R., Russo-Volpe S., Bruno N., Lo Scalzo R. (2003) Fenton-dependent damage to carbohydrates: free radical scavenging activity of some simple sugars. J.Agric FoodChem., 51, 7418-7425.

186. Murelli C., Rizza F., Albini F.M., Dulio A., Terzi V., Cattivelli L. (1995) Metabolic changes associated with cold-acclimation in contrasting cultivars of barley. Physiol. Plant, 94, 87-93.

187. Nakano Y., Asada K. (1981) Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant and Cell Physiol., 22, (5), 867880.

188. Nobuhiro S., Ron M. (2006) Reactive oxygen species and temperature stresses: A delicate balance between signaling and destruction. Physiol.Plantarum, 126, 45-51.

189. Noctor G., Arisi A.C.M., Jouanin L., Kunert K.J., Rennenberg H., Foyer C.H. (1998) Glutathione: biosynthesis, metabolism and relationship to stress tolerance explored in transformed plants. Journal of experimental botany; 49, (321), 623-647.

190. Palta J.P., Weiss L.S.,Whitaker B.D. (1990) Lipid compositional changes in the plasma membrane of two related potato species during cold acclimation. Plant Physiol. (Suppl.). 93, (1), 84.

191. Palta J.P., Whitaker B.D., Weiss L.S. (1993) Plasma membrane lipids associated with genetic variability in freezing tolerance and cold acclimation of Solanum species. Plant Physiol., 103, (3), 793-803.

192. Pearce R.S. (2001) Plant freezing and damage. Ann Bot., 87, 417-424.

193. Perera N.H., Hartmann E., Holaday A.S. (1995) Regulation of cotton photosynthesis during moderate chilling. Plant Set, 111, (2), ,133-143.

194. Pitzschke A., Forzani C., Hirt H. (2006) Reactive oxygen species signaling in plant. Forum review. Antioxidants and redox signaling. 8, (9-10) Ed. Mary Ann Libert, inc. pp. 1757-1764.

195. Prasad T.K., Anderson MiD., Martin B.A., Stewart C.R. (1994) Evidence for chilling-Induced oxidative stress in maize seedlings and a regulatory role for hydrogen peroxide. Plant Cell, 6, (1), 65-74.

196. Prasad T.K. (1996) Mechanisms of chilling-induced oxidative stress injury and tolerance in developing maize seedling: changes in antioxidanfsystem, oxidation of proteins and lipids, and protease activities. Plant J., 10, 1017-1026.

197. Rab A., Saltv eit M.E. (1996) Differential chilling sensitivity in cucumber (Cucumis sativus) seedlings. Physiol. Plant. 96, (3), 375-382.

198. Russell NJ, Nichols DS (1999) Polyunsaturated fatty acids in marine bacteria—a dogma rewritten. Microbiology 145, 767-779.

199. Ryan C.A., Farmer E.E. (1991) Oligosaccharide signals in plants: a current assessment. Ann. rev. plant, physiol. plant mol. biol., 42, 651.

200. Sachs J. (1860) Untersuchungen Über das Erfrieren der pflanzen Landw. VersuchsStationen; 2, 167.

201. Sakai A., Larcher W. (1987) Frost survival of plants. Responses and adaptation to freezing stress. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 321 p.

202. Sasaki H., Ishimura K., Oda M. (1996) Changes in sugar content during cold acclimation and deacclimation of cabbage. Ann. Bot. 78, 365-369.

203. Savitch L.V., Harney T., Huner N.R.A. (2000) Sucrose metabolism in springand winter wheat in response to higt irrdiance, cold stress and cold acclimation. Physiol. Plant., 108, 270-278.

204. Scandalios J.G. (1993) Oxygen Stress and Superoxide Dismutases. Plant Physiology, 101, 7-12.

205. Scandalios J.G. (1997) Molecular genetics of superoxide dismutase in plants. In: Oxidative stress and the molecular biology of antioxidant defenses, (ed.) Scandalios J.G. Cold springer Harbor Lab., Pp. 527-568.

206. Scandalios J.G. (2002) The rise of ROSE. Trends Biochem. Sei., 27, 483-486.

207. Schmieden U., Wild A. (1994) Chenges in levels of a-tocopherol and ascorbate in spruce needles at three low mountain sites exposed to Mg2+-defficincy and ozone. Z. Naturforsch., 49, 171-180.

208. Schulze E-D., Beck E., Müller-Hohenstein K. (2005) Plant ecology. Springer, Berlin Heidelberg New Yoik, p.702.

209. Sen Gupta A., Heinen J.L., Holaday A.S., Burke J.J., Allen R.D. (1993) Increased resistance to oxidative stress in transgenic plants that overexpress chloroplastic Cu/Zn superoxide dismuttase. Proc. Natl. Acad Sci USA, 90, 16291633.

210. Shao H B., Chu L.Y., Lu Z.H., Kang C.M. (2008) Primary antioxidant free ladical scavenging and redox signaling pathways in higher plant cells Int J. Biol. Sc.; 4, 814.

211. Simon E.W. (1974) Phospholipids and plant membrane permeability. New Phytol.; 1974, 73, (3), 377-420.

212. Sowinski P., Rudzinska-Langwald A., Adamczyk J., Kubica W., Fronk J. (2005) Recovery of maize seedling growth, development and photosynthcticefficiency after initial growth at low temperature. Journal of plant physiology, 162, (1), 67-80.

213. Starck Z., Niemyska B., Bogdan J., Tawalbeh R.N. A. (2000) Response of tomato plants to chilling stress in association with nutrient or phosphorus starvation. Plant and soil-, 226,(1), 99-106.

214. Strauss G., Hauser H. (1986) Stabilization of lipid bilayer vesicles by sucrose during freezing. Proc. natl. acad. sci. USA., 83, (8), 2422.

215. Suzuki N., Mittler R. (2006) Reactive oxygen species and temperature stresses: A delicate balance between signaling and destruction. Physiol. Plantarum. 126, 45-51.

216. Triantaphylides C., Krischke M., Hoeberichts F.A., Ksas B., Gresser G., Havaux M., Breusegein F.V., Mueller M.J. (2008) Singlet oxygen is the major reactive oxygen species involved in photooxidative damage to plants. Plant Physiol.; 148, 960-968.

217. Uemura M, Joseph RA, Steponkus PL (1995) Cold acclimation of Arabidopsis thaliana. Effect on plasma membrane lipid composition and freeze-induced lesions. Plant Physiol.-, 109, 15-30.

218. Uemura M., Steponcus P.L. (1997a) Artificial manipulation of the intracellular sucrose content alters the incidence of freeze-induced membrane lesions of isolated protoplasts of Arabidopsis thaliana. Cryobiology, 35, 336.

219. Uemura M., Steponkus P.L. (1997b) Effect of cold acclimation on the lipid composition of the inner and outer membrane of the chloroplast envelope isolated from rye leaves. Plant Physiol, 114, 1493-1500.

220. Uemura M., Steponkus P.L. (1998) Alterations in the incidence of freeze-induced lesions of arabidopsis protoplasts by artificial manipulation of intracellular sugar content. Plant cellphysiol., 39, 140.

221. Upchurch R.G. (2008) Fatty acid unsaturation, mobilization, and regulation in the response of plants to stress. Biotechnol Lett; 30, 967—977.

222. Van Bell F.J.E., Gamalei Y.V. (1991) Multiprogrammed phloem loading. Recent advances in phloem transport and assimilate compartmentation. Quest Editions. Nantes, p. 128-136.i

223. Van den Ende W, Valium R. (2009) Sucrose, sucrosyloligosaccharides and oxidative stress: scavenging and salvaging? Journal of Experimental Botany., 60, 918.

224. Vega S.E., del Rio A.H., Bamberg J.B., Palta J.P. (2004) Evidence for the upregulation of stearoyl-ACP (A9) desaturase gene expression during cold acclimation. Am J Potato Res; 81, 125-135.

225. Vereshchagin A.G., Trunova T.I., Shayakhmetova I.S., Tsydendambaev V.D. (1990) On the role of cell membrane lipids in cold hardening of winter wheat leaves and crowns. Plant Physiol. Biochem. 28, 623-630.

226. Verhoeven A.S., Adams W.W. Demming B. (1999) Xanthophill cycle pigment localization and dynamics during exposure to low temperatures and light stress in Vinca major:. Plant Physiol, 120, 727-760.

227. Vernieri P., Pardossi A., Tognoni F. (1991) Influence of chilling and dtought on water relations and abscisic acid accumulation in bean. Austral. J. Plant Physiol., 18,(1), 25-35.

228. Vernieri P., Pardossi A., Serra G., Tognoni F. (1994) Changes in abscisic acid and its glucose ester in Phaseolus vulgaris L. during chilling and water stress. Plant Growth Regulation, 15, (2), 157-163.

229. Voitsekhovskaja O.V., Pakhomova M.V.,Syutkina A.V., Gamalei Y. V., Heber U. (2000) Compartmentation of Assimilate Fluxes in Leaves. II. Apoplastic Sugar Levels in Leaves of Plants with Different Companion Cell Types. Plant boi; 2, 107112.

230. Wang C.Y., Adams D.O. (1980) Ethylene production by chilled cucumbers (Cucumis sativus L.). Plant Physiol., 66, (5), 841-843.

231. Wang Z., Reddy V. (1998) Short-term exposure to low temperature affects growth and development of soybean grown in increasing and decreasing daylengths. Biotronics., 27, 21-31.

232. Wang S.Y., Lin H.S. (2006) Effect of plant growth temperature on membrane lipids in strawberry (Fragaria x ananassa Duch.). Scicntia horticulturae; 108, (1), 3542.

233. Weiss L.S., Whitaker B.D., Palta J.P. (1993) Temporal changes in plasma membrane lipids during cold acclimation of potato species differing in acclimation capacity. Plant Physiol. (Suppl.). 102 (1), 84.

234. Williams R.J. (1992) Anomalious behavior of ice in solutions of ice-binding arabinoxylans. Thermochim. acta; 212, 105-113.

235. Wilson J.M., Crawford R. M.M. (1974) The acclimation of plants to chilling temperatures in relation to the fatty acid composition of leaf polar lipids. New Phytol; 73, 805-820.

236. Windt C.W., Van Hasselt P.R. (1999) Development of frost tolerance in winter wheat as modulated by differential root and shoot temperature. Plant Biol. 1, 573.

237. Winzeler M., McCullougn D.E., Hunt L.A. (1989) Leaf gas exchange and plant growth of winter rye, triticale. and wheat under contrasting temperature regimes. Crop Science, 29 (5), 1256-1260.

238. Wisniewski M, Lindow SE, Ashworth E.N. (1997) Observations of ice nucleation and propagation in plants using infrared video thermography. Plant Physiol., 113, 327-334.

239. Yasuda Y.,Yun J.G., Miyoshi N., Hayashi T., Yazawa S., Fujita S. (1997) Production of radicals and acute apoptotic changes of palisade cells in early steps of Saintpulia leaf-spot appearance. Acta Histochem. Cytochem. 30 (3), 303-307.

240. Yoshida S. (1984) Chemical and biophysical changes in the plasma membrane during cold acclimation of mulberry bark cells (Morus bombycis Koids. cv. Goroji). Plant physiol., 76, (1), 257-265.

241. Yoshida S., Uemura M. (1984) Protein and lipid compositions of isolated plasmamembranes from orchard grass (Dactylis glomerata L.) and changes during cold acclimation. Plant Physiol., 75, (1), 31.

242. Yoshida S., Uemura M. (1986) Lipid composition of plasma membranes and of tonoplasts isolated from etiolated seedlings of Mung Bean (Vigna radiate L.). PlantI1. Physiol., 82, (3), 807.

243. Yu H.-L., Willemot C. (1997) Effect of chilling on lipid biosynthesis in tomato pericarp disks. PlantSci. 125, 21-30.

244. Zhang Y., Tang H.R., Luo Y., Hou Y.X. (2009) Responses of antioxidant enzymes and compounds in strawberry (Fragaria x ananassa 'Toyonaka') to cold stress. New Zeland Journal Crop and Horticultural Science. 37, (4), 383-390.

245. Zhou R., Zhao H. (2004) Seasonal pattern of antioxidant enzyme system in the roots of perennial forage grasses grown in alpine habitat, related to freezing tolerance. Physiol. Plant., 121, (3), 399-408.

246. Zia M.S., Salim M., Aslam M., Gill M.A., Rahmatullah (1994) Effect of low temperature of irrigation water on rice growth and nutrient uptake. J. Agr. Crop Sci., 173,(1), 22-31.

247. Zubini P., Baraldi E. (2003) Oxidative stress in chilling injury during cold storage of aubergine. J. Plant Pathol. 4, 300-307.

Информация о работе

Антипина, Ольга Валерьевна
кандидата биологических наук
Москва, 2010
ВАК 03.01.05

Диссертация

Способность листьев и корней теплолюбивых растений табака к формированию устойчивости к гипотермии - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы