Особенности роста и водного обмена растений пшеницы и ячменя с различной солеустойчивостью при натрий-хлоридном засолении

Шарипова, Гузяль Вакильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Особенности роста и водного обмена растений пшеницы и ячменя с различной солеустойчивостью при натрий-хлоридном засолении
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Особенности роста и водного обмена растений пшеницы и ячменя с различной солеустойчивостью при натрий-хлоридном засолении"

На правах рукописи

ШАРИПОВА ГУЗЯЛЬ ВЛКИЛЬЕВНА

ОСОБЕННОСТИ РОСТА И ВОДНОГО ОБМЕНА РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ И ЯЧМЕНЯ С РАЗЛИЧНОЙ СОЛЕУСТОЙЧИВОСТЬЮ ПРИ НАТРИЙ-ХЛОРИДНОМ ЗАСОЛЕНИИ

ь 03 00 16 -Экология

03 00 12 - Физиология и биохимия растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа -2007

ООЗ161ВОО

003161800

Работа выполнена в лаборатории физиологии растений Института биологии Уфимского научного центра Российской Академии наук

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты

кандидат биологических наук Веселов Дмитрий Станиславович кандидат биологических наук, доцент Высоцкая Лидия Борисовна доктор биологических наук, профессор Зялалов Абдуллазян Абдулкадырович доктор биологических наук, профессор Усманов Искандер Юсуфович

Ведущее учреждение

Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится 13 ноября 2007 г в 14 00 часов на заседании Регионального диссертационного совета КМ 002 136 01 при Институте биологии Уфимского научного центра РАН по адресу 450054, г Уфа, пр Октября, 69, тел /факс 8 (347) 235-62-47, e-mail ib@anrb ru

Автореферат разослан октября 2007 г

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Уфимского научного центра РАН

Ученый секретарь Диссертационного совета к б н , доцент

Р В Уразгильдин

Актуальность. Засоление - один из наиболее важных абиотических факторов внешней среды, приспособление к которому определяет способность растений выживать в этих условиях и давать урожай Возделываемые виды и сорта растений различаются по чувствительности к засолению (Строганов, 1962, Flowers, 2004) На начальных этапах онтогенеза устойчивость растений к засолению четко определяется по активности ростовой функции С точки зрения агрономии наиболее важным критерием солеустойчивости является урожайность растений на засоленных почвах Однако отбор солеустойчивых форм в полевых условиях осложняет неравномерность распределения засоленных участков (Munns, 2005) Поэтому не прекращается поиск способов оценки устойчивости растений к засолению в контролируемых лабораторных условиях Для того чтобы повысить эффективность отбора, необходимо хорошо понимать, как формируется солеустойчивость В действии засоления на растения выделяют два фактора токсический компонент, связанный с накоплением ионов (прежде всего, ионов натрия) в цитоплазме и дефицит воды (осмотический компонент), обусловленный присутствием избытка ионов в почве (Neumann, 1993) Основное внимание исследователей привлекает изучение механизмов, обеспечивающих ионный гомеостаз при засолении (Yeo, 1998) При этом осмотический компонент воспринимается скорее как фактор, маскирующий проявление токсического компонента (Munns et al, 2002) Вместе с тем, осмотический и токсический компоненты в какой-то мере взаимосвязаны токсичные ионы поступают в растение с транспирационным потоком, а их накопление нарушает водный обмен (например, функционирование устьичного аппарата (Robinson et al, 1997)) Однако в литературе можно найти не так много сведений об особенностях регуляции водного обмена у растений, различающихся по солеустойчивости, и эти сведения разрознены и противоречивы (Костюк и др , 1994, Леонова и др , 2005) Так, можно встретить утверждения, что устьичная проводимость выше у солеустойчивых растений (Volkov et al, 2004), а также противоположные сведения о том, что она выше у чувствительных к засолению растений (Rivell et al, 2002) Все сказанное свидетельствует о недостаточном внимании к проблеме регуляции водного обмена растений на фоне засоления, что определило актуальность нашей работы

Цель работы состояла в выявлении особенностей регуляции роста и водного обмена при натрий-хлоридном засолении у растений, различающихся по солеустойчивости Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи

1 Провести сравнительное изучение водного обмена относительно солеустой-чивых растений ячменя Hordeum vulgare (сорт Golf) и более чувствительных к засолению растений твердой пшеницы Triticum durum (сорт Безенчукская 139) и выявить особенности их устьичной и ростовой реакции при кратковременном и длительном действии засоления

2 Оценить значение аквапорина семейства HvPIP2,4 в регуляции водного обмена при засолении путем сопоставления уровня экспрессии гена, гидравлической и устьичной проводимости у линий растений Hordeum spontaneum, различающихся по солеустойчивости

3 С помощью изучения контрастных по засохоустойчивости растений ячменя выявить значимость регуляции устьичной проводимости и транспирации в ограничении потока ионов и предотвращении их токсичного действия, а также поддержании газообмена, фотосинтеза и роста в условиях засоления

4 Провести сравнительное изучение уровня накопления абсцизовой кислоты (АБК) и скорости закрытия устьиц у растений, различающихся по засухоустойчивости, при кратковременном действии хлорида натрия, с целью подтверждения (или опровержения) гипотезы о том, что АБК контролирует интенсивность транспирационного потока на начальном этапе действия засоления

5 Провести сравнительный анализ особенностей водного обмена и роста на засолении растений пяти сортов ячменя из коллекции ВИР с целью проверки воспроизводимости закономерностей, обнаруженных при изучении растений контрастных по солеустойчивости и засухоустойчивости

Научная новизна. Впервые проведено сравнение экспрессии гена аквапорина Hv Р1Р2,4 растений разных линий Hordeum spontaneum (дикий вид ячменя) и показана связь уровня экспрессии с изменением гидравлической и устьичной проводимости, а также более выраженное снижение экспрессии гена, гидравлической проводимости и транспирации у солеустойчивой линии Сравнительное изучение устьичной реакции на засоление у относительно соле-устойчивых и чувствительных к засолению видов, сортов и линии растений показало, что способность растений быстро закрывать устьица при кратковременном действии засоления необходима для формирования солеустойчивости растений Уровень накопления АБК в листьях был выше у тех растений ячменя, у которых сильнее снижалась устьичная проводимость, что подтвердило роль этого гормона в регуляции транспирационного потока при засолении Обнаружена связь между уровнем накопления ионов хлора и способностью растений быстро снижать транспирационный поток при засолении Показано, что харак-

тер связи между уровнем транспирации и солеустойчивостью меняется при длительном действии засоления в этом случае, в отличие от кратковременного действия засоления, более высокий уровень транспирации обнаружен у соле-устойчивых сортов ячменя, что коррелирует с их способностью быстрее накапливать биомассу

Практическая значимость работы. Обнаружены особенности водного обмена у солеустойчивых форм, которые проявляются в быстром снижении уровня экспрессии генов аквапоринов, снижении гидравлической проводимости и транспирации, что ограничивает приток токсичных ионов и их негативное действие на растения Показано, что при длительном действии засоления признаком более высокой солеустойчивости растений является относительно высокий уровень их устьичной проводимости Эти показатели могут быть использованы в системе оценки селекционного материала в процессе отбора солеустойчивых форм

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на международном симпозиуме «Сигнальные системы клеток растений Роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), VI съезде общества физиологов растений России (Сыктывкар, 2007)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК России

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего /■PS' наименования, в том числе /¿У на иностранных языках Работа изложена на страницах

машинописного текста, содержит 22 рисунка и 6 таблиц

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Исследования проводили в лабораторных условиях на растениях ячменя (Hordeum vulgare, сортов Golf, Прерия, Михайловский, Ранний, Красноярский 1, Красноярский 80, Porvenir и Riso-1058, Hordeum spontaneum, линий TI и 20-45), и яровой твердой пшеницы (Triticum durum Desf, сорт Безенчукская 139) в водной культуре Семена ячменя и пшеницы проращивали в темноте в течение 2 -3 суток на дистиллированной воде с добавлением 10"5 М СаСЬ, при температуре 24 С Семисуточные проростки пересаживали на 10 % среду Хогланда-Арнона-I и выращивали при освещенности 18 клк и 14-часовой продолжительности светового дня Для длительных экспериментов растения пересаживали на 100 % питательную среду Хогланда-Арнона-I и выращивали в контейнерах из

оргстекла Для предотвращения оксидативного стресса питательную среду непрерывно аэрировали воздухом с помощью микрокомпрессоров Контейнеры оборачивали светонепроницаемой бумагой во избежание подавления роста корневой системы Засоление вызывали добавлением в питательный раствор хлорида натрия до конечной концентрации 100 шМ (опыт) Эта концентрация NaCl наиболее часто используется в физиологических экспериментах по изучению действия засоления (Fricke, 1997, Munns, 1993, Neumann, 1997) Водный дефицит создавали, добавляя непроникающее из питательного раствора в корни растений нейтральное осмотически активное вещество полиэтиленгликоль 6000 (ПЭГ) до конечной концентрации 13 % Оба вещества создавали в питательной среде осмотическое давление равное 0,5 МПа

Транспирацию определяли весовым методом Осмотический потенциал определяли с помощью осмометра CAMLAB (Великобритания) по температуре замерзания Концентрацию хлорид-ионов определяли с помощью метода капиллярного электрофореза на ионном анализаторе «Нанофор 01» Относительное содержание воды (ОСВ) определяли в дифференцированной части листа растений Измерение проводили согласно описанной методике (Pardossi et al, 1992) ОСВ рассчитывали по формуле ОСВ(%)=ЮО(сырой вес-сухой вес)/(тургорный вес-сухой вес) Содержание воды рассчитывали по формуле СВ(%)=100(сырой вес-сухой вес)/сырой вес Экспрессию гена HvPIP2,l оценивали с помощью метода полимеразной цепной реакции в реальном времени Гидравлическую проводимость растений рассчитывали по аналогии с законом Ома (Carvajal et al, 1996) Движущей силой потока воды была разность осмотических потенциалов между питательной средой и ксилемным экссудатом. Устьичную проводимость растений определяли с помощью автоматического порометра МкЗ (Англия) Измерения длины и ширины листьев проводились с помощью металлической линейки с шагом 0,05 см Площадь листьев находили с помощью их сканирования и анализа полученного изображения Содержание хлорофиллов а и Ь определяли в аликвоте 96% этилового спирта, полученной из навески побегов Оптическую плотность раствора измеряли при длинах волн 663 и 644 нм на спектрофотометре СФ-56 (LOMO, Russia) Расчет вели по формулам Реббелена (Методы биохимического анализа, 1978) Для определения содержания гормонов растительный материал гомогенизировали и экстрагировали 80 % этанолом Экстракцию АБК из аликвоты водного остатка проводили диэтиловым эфиром (Кислин и др , 1985) Содержание гормонов в растительном материале определяли с помощью твердофазного иммунофер-

ментяого анализа но модифицированной методике (K.udoyarova el al., 1998). Статистическую обработку проводил» по стандартным программам MS Excel. Все эксперименты повторяли не менее трех и более биологических повторений (п). На рисунках и R таблицах приведены средние значение показателей и ошибки средних.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕ1ШЕ

1. Влияние засоления на рост и водный обмен растений ячменя (Hordeum vulgtire) и пшеницы ( Triticum duram)

Среди возделываемых растений нет галофиток и большинство важнейших сельскохозяйственных культур чувствительны к действию засоления (Балнокин и др., 2005). Однако среди них выделяются виды и сорта, обладающие относительной устойчивостью к неблагоприятному ноздействию токсичных коноп. 1 Гредставляется важным использовать более устойчивые к засолению сельскохозяйственные Культуры в областях с [ювышенной засоленностью почв,

Дда проведения опытов нами были выбраны растения ячменя и пшеницы, различающиеся по со-деустойчивоСти (Murms ct al., 2000). Добавление в питательную среду хлорида натрия до конечной концентрации 100 мМ привело к снижению уетьичной проводимости растений пшеницы и ячменя по сравнению с контрольными растениями (рис. 1). Поскольку растения ячменя и пшеницы различались по уровню уетьичной проводимости, результаты представлены как процент от значений контрольных растений, которые не подвергались действию засоления. На вторые сутки засоление вызывало снижение уетьичной проводимости на 30 % у растений пшеницы и на 40% у растений ячменя. На третьи сутки снижение составило 40% у чувствительного к засолению вида (пшеница) и 70% у устойчивого (ячменя).

Таким образом, сначала уменьшение уетьичной проводимости было сильнее выражено у более устойчивых растений ячменя» I lo уже на четвертые сутки акЩуЗнЩЩ картина изменилась. В то время, когда устьичиря проводимость

;; Г< 72

Йречн после .10 Jg J Naí!, ч

РвсД, Влияние ЗИС'ОТСНИЯ и.) yílt.K'lIlvK) 1|[и>ки-

днмоетт, растений ячменя 13 и пшеницы Ей (п=8)

подвергнутых засолению растений пшеницы оставалась низкой, у растений ячменя этот показатель вернулся к контрольным значениям

В результате добавления в питательный раствор хлорида натрия до конечной концентрации 100 мМ происходило снижение его водного потенциала, что затрудняло поглощение воды растениями Вода переставала поступать в корень из-за исчезновения градиента водного потенциала между средой корнеобитания и клетками корня (осмотический компонент действия засоления) Закрытие устьиц является реакцией на снижение доступности воды В наших экспериментах после первоначального снижения устьичной проводимости (на 70 % после трех суток воздействия по сравнению со значениями контрольных растений), к четвертым суткам действия засоления у растений ячменя наблюдалось резкое увеличение этого показателя (до 90 % от контрольных величин) По всей видимости, у растений ячменя существует защитный механизм, позволяющий поддерживать более высокую устьичную проводимость и, соответственно, более высокий уровень фотосинтеза, что дает возможность растениям продолжать свой рост в новых, экстремальных условиях У растений пшеницы уровень устьичной проводимости был почти в два раза ниже, чем в контроле, начиная с 72 часов действия засоления, что неизбежно должно было сказаться на фотосинтетической активности Отрицательное действие засоления на фотосинтетический аппарат проявляется не только в нарушении газообмена, но и в снижении количества пигментов (Cramer et al, 1988, Herradle et al, 1998) Действительно, на девятые сутки действия засоления концентрация хлорофилла уменьшалась в большей степени у растений пшеницы по сравнению с растениями ячменя (табл 1)

Таблица 1

Концентрация хлорофилла (мгт~* сырой массы) в побеге после 9 суток воздействия хлорида натрия (п=5)_____

Растение Вариант а b а+Ь

Ячмень контроль 4,4±0,2 4,6±0,2 8,7±0,4

NaCI 3,5±0,3 3,4±0,3 6,7±0,6

% от контроля 80,6±9,0 75,1±9,6 77,5±10Д

Пшеница контроль 4,1±0,2 4,0±0,2 7 8 ±0,4

NaCI 2,7±0,1 2,2±0,5 5,1 ±0,2

% от контроля 66,4±2,7 53,7±12,9 64,7±1,6

Подавление функционирования фотосинтетического аппарата в условиях засоления неизбежно приводит к ингибированию роста побега Измерение длины листьев показало, что к 9 суткам действия засоления рост третьего и четвер-

того листа ячменя Подавлялся г, меньшей степени, чем у растении пшеницы (рис. 2). Снижение содержания хлорофилла, которое было сильнее выражено у

120 ,

1<|11 :

в 80 -

1 о 60

'Л.

'с в 40 ■

^ 211 '

120 -£

ад 1

я £ « |

V 40

20 |

и -

Рис. 2. Влияние ляеолении на рост первого (а), второго (б), третьего (») И четвертого (г) ЛШ-тЬеВ растений ячменя Н и пшеницы Ё2 . Па осях абсцисс представлены сутки после цачаяя действия )ясолс((ия (п=40)

растений пшеницы, является индикатором подавления фотосинтеза (табл. 1), и более выраженное ингибирование прироста побегов у растений пшеницы можно объяснить тем, что у них уровень фото синтетических процессов при засолении был подавлен в большей степени, чем у растений ячменя. К 9 суткам засоления было зарегистрировано снижение накопления биомассы побега, которое наиболее значимо проявилось у растений пшеницы (рис. 3). В случае корней различий по биомассе не наблюдалось. Это можно объяснить тем, что дефицит водм, вызванный засолением, влияет на рост корней гораздо Я Меньшей

степени, чем на. роет побегов

(Ргенке11, 1997). 'Го, что у растений

149 |

5 100 ■

6 «о!

В 601

? 1

^ 4(1 J

Ж ._

Рис. 3. Сухан мяссм раегстинй нчменя Еш п пшеницы ЕЯ через 9 су ток с начала засоления (н=20)

ячменя наблюдалось даже увеличение массы корней по сравнению с контролем, по-видимому, связано с удлинением корней как адаптивной реакцией на дефицит воды

Таким образом, характер различий реакций растений пшеницы и ячменя на засоление менялся со временем При кратковременном действии засоления растения ячменя, в отличие от пшеницы, сильнее закрывали устьица, что позволяло им в большей степени восстанавливать свои ростовые функции в первые часы стресса за счет ограничения транспирационных потерь и повышения доступности воды для роста растений При более длительном засолении картина была обратной В этом случае уровень устьичной проводимости у растений ячменя был выше, что обеспечивало нормальный газообмен и позволяло фотосинтетическому аппарату функционировать с большей интенсивностью (косвенным подтверждением этого предположения являются наши данные по содержанию хлорофилла), в результате чего в меньшей степени угнетался прирост биомассы побега

2. Изучение водных отношений и роль аквапоринов в реакции растений на засоление на примере двух линий ячменя Hordeum spontaneum TI и 20-45, контрастных по солеустойчивости

Сравнение реакции на засоление у растений пшеницы и ячменя показало важное значение механизмов, обеспечивающих поддержания водного обмена для формирования солеустойчивости Помимо непосредственного токсичного действия ионов, при засолении также нарушаются водные отношения в растениях Гидравлическая проводимость на пути воды от клетки к клетке зависит от количества и активности аквапоринов (Morillon and Chnspeels, 2001) Аквапо-рины - это белки мембраны, формирующие каналы для воды Действие этих каналов связано с контролем движения воды в растении, что особенно важно при засухе и засолении (Yeo, 1998) Хотя цитоплазматическая мембрана обладает меньшей проницаемостью для воды, чем тонопласт, ее гидравлическая проводимость более вариабельна, что указывает на важность функционирования аквапоринов цитоплазматической мембраны (PIP аквапорины) (Javot and Maurel, 2002) Семейство аквапоринов PIP2 наиболее ярко представлено в корнях (Javot et al, 2003, Chaumont, et al, 2000) и экспрессия PIP2,4 гена в растениях кукурузы была признана неспецифической реакцией на засоление (Zhu et al ; 2005)

Растения ячменя являются традиционным объектом изучения аквапоринов в условиях дефицита воды из-за преобладания трансклеточного пути транспор-

та воды ^еисИе апс! .[ексЬкс, 1983). Для получения более полной картины ответа растений на соленой стресс на следующем этапе нашей работы были изучены водные отношения и вклад акп апории си? в реакцию растений на засоление па примере двух, различающихся но еолеуетойчивости, линий ячменя Т1 (чувствительная) и 20-45 (устойчивая).

Концентрацию хлорида натрия повышали постепенно, увеличивая её каждые сутки на 25 мМ до конечной неличины 75 мМ. В первые 2 часа с начала действия засоления скорость транспирации у растений обоих линий ячменя снижалась в равной степени (рис. 4). Значительное ингибирование этого процесса было зафиксировано через 24 часа после начала засоления у 20-45 растений, в то время, как у Т1 растений транспира-ция уменьшалась в меньшей степени.

Через 3 часа после увеличения концентрации хлорида натрия с 50 мМ до 75 мМ снижение гидравлической про во димосс к корней у линии Т1 составило примерно 20% от контроля, а у линии 20-45 гидравлическая проводимость снижалась в 2 раза (абсолютные значения приведены в диссертации).

Изменение во времени экспрессии 1«на акиапорина для Т1 и 20-45 растений при засолении представлено на рисунке 5. Снижение экспрессии у 20-45 растений стало статистически значимым через 2 часа действия хлорида натрия и осталось на таком уровне до конца эксперимента. Уменьшение экспрессии гена ак-вапорина у 1-1 растений наблюдалось спустя 24 часа после начала действия засоления. Разница между двумя линиями растений в

120 1

О 0.5 2 24 72

Длитыыюстг- тасолския, ч

Рис, 4. Влияние засоления на гр.шошрацнш: □ -Т1.И-20-45 (и =30)

I) 11,5 2 II -

ДлИ1 ЕЛЫЮС ГЬ *.:I'IИИ

Рис. И :м< Н1Н1к н уршшс [ рмт'крнпцпи гена аквянирнна Р1Р 2;4 (экспрессия предстиилена но отношению к контролю) ¡фЧ действии на-

□ - "Г1. ЕЭ - 20-45 (п==5)

степени ингнбировпния трапепирации становится заметной позже, чем различия в уровне экспрессии гена аквапорина, поскольку требуется время. чтобы изменения в экспрессии гена привели к яркому физиологическому эффекту.

Почему у толерантных к засолений растений снижается гидравлическая проводимость, в результате чего затрудняется поступление поды в побег, которое уже и так проблематично из-за уменьшения доступности воды в засоленном растворе? Возможно, снижение гидравлической проводимое™ линии 20-45 позволяет растениям сохранять оводненность корней в условиях дефицита воды, У солеустойчивой линии 20-45 содержание воды в корнях снижалось ЛИШЬ lia I %, в то время как у чувствительной линии Т-1 - ira 3 %. Кроме того, из-за уменьшения гидравлической проводимости снижается поступление токсичных попок в корни растений через нсспсциалшмроищтыс ионные каналы (Davenport and Tester, 2000).

Основной показатель жтнеспособности растений - это прирост их биомассы. Засоление инлавировало рост всех листьев (кроме первого) у обеих линий растений. Во всех случаях рост листьев тормозился в большей степени у линии Т1 (рис. 6),

13 п 1Í) „ 20

' >. кя с ийчдляиейстыич Naí/E ( . i и с нячяля /кнгтиы \ . : i

Рис. 6, Изменение длины лисп*СЕ растений ичмспи при дейоини 75 мМ хлорида натрии: □ - XI, Ш - 21И5 (а второй лист, 9 - третий ЛИСТ, в четвертый лист, I'- ИЯ'Л.Ш лиг» (11-40)

Способность к накоплению биомассы определяется интенсивностью фотосинтеза. что в свою очередь зависит от содержания поглощающих свет пигментов. Содержание хлорофилла а +Ь снижалось в большей степени у линии TÎ по сравнению с 20-45 (рис. 7).

В фазе раннего отпета ira солевой стресс для растенка важно как можно быстрее «почувствовать» угрозу и з еду стать в действие долговременную стратегию, которая позволит ему справиться со стрессом не только » первое время его действия. Растения линии 20-45 успешнее справились с

преодолением Неблагоприятного действия засоления. Вероятно, резкое снижение гидравлической проводимости у динии 20-45 — это своеобразный сигнал, который поступает из корней в побеги, передавая информацию о развитии водного дефицита в корнях и, по всей видимости, запускает каскад защитных реакций.

Снижение уровня транспирации считается первичным ответом на солевой стресс (Robinson et а!, 1997). Физиологический смысл этого явления заключается в 'том, что побег теряет меньше воды, т.е. компенсирует снижение поступления поды из корней уменьшение}« ее иейарши» о поверхности лист?! через устыииые. щели. Таким образом, «сэкономленная» вода может поступать в растущие клетки и способствовать частичному восстановлению ростовых процессов.

Кроме того, е результате снижения интенсивности работы «верхнего концевого двигателя» у поверхности корней меньше концентрируется токсичных ионов. Покачано, что растения, не способные в этих условиях закрывать устьица, ожидает обезвоживание и гибель (Volkov et al,, 2003). Изменение устьич-ной проводимости позволяет растениям адаптироваться к условиям окружающей среды (Jones, 1998); В наших экспериментах транслирация в большей степени снижалась у растений, отличающийся большей солеусгойяивостъю (20-45), чем у чувствительных к засолению растений ( I I). Этот факт подтверждает гипотезу о том, что снижение транспирации в условиях засоления необходимо для минимизирования поглощения токсичных ионов и способствует запуску

<р

1 in 1

ъ 4(1 1

20 j

<1 1

Рис.7. Содержание хлорофилла а + b в листьях ячмени ва йсяднагыс су тки действий заселенна

механизмов солсустойчивостк растений. Наблюдаемое нами изменение в экспрессии актпоринов может быть ответственно 53 последующее снижетше гидравлической проводимости, обеспечивающее сохранение оводненносги корней, закрытие устьиц и ингибирование транспирации.

3. Использование сортов Прерия и Михайловский для изучения влияния засоления на растения ячменя

В первых сериях экспериментов мы использовали виды, которые судя по данным литературы, должны были отличаться по солеустойчивсзсти (пшеница и ячмень) и лжши, заранее отобранные по чувствительности к хиорнду натрия (Т] и 20-45). Представляло интерес проверить еолеустойчивость сортов, районированных в нашей Республике, которые не были ранее ихарше)ери:«> ианы в 3'11)М плане. Было необходимо выяснить, будут ли у них работать механизмы солеустойчиво-сти, характерные для ранее изученных нами растений. В ходе предварительных экспериментов нами были выбраны два сорта ячменя, отличающиеся по засухоустойчивости {Прерия - засухоустойчивый, Михайловский - влаголюбивый).

Три аспирация растений обоих сортов снижалась уже через 15 минут после добавления соли в питательный раствор (рис. 8 А), Угнетение транспирации за счет закрытия устьиц было ожидаемой реакцией на снижение доступности воды при

• ' Г'' I I А ' i' <> ' I. ."> J, . ■ , ,1 :. ), j

Put. К. Влияние кратковременного (Л) и длительного (Б) засоления пи транспи радию растений ячменя сортов Ми хайло некий Ш и Прерия ЕЗ (п=Ж)

засолении и результате уменьшения осмотического потенциала питательной среды. Наблюдения за растениями в течение 90 минут показали, что траие-пирация под влиянием засоления снижалась сильнее у растений сорта Пре-рнк, чем у растений сор та Михайлове к и й. Эти различия были небольшими и не превышали 10-15%. На следующие сутки солевого стресса скорость гранейирации у растений сорта Прерия была по-прежнему ниже контроля (рис, 8 Ь), но разница между растениями сорта 11рерия и Михайловский

увеличилась почти вдвое. Однако затем картина изменилась, В то время как растения сорта Прерия сохраняли скорость храненирации на уровне 50% от контроля, растения сорта Михайловский снизили этот показатель в 2 раза через двое суток засоления и почти полностью закрыли устьица на 5 сутки эксперимента. Подтверждением того, что трапепирация снижалась в результате закрытия устьиц, служат данные по устьичной проводимости (данные приведены в диссертации).

^анее было показано, что закрытие устьиц у растений ячменя яри действии засоления происходит в результате накопления АБК (Frickc et al., 2004; Ахия-рова и др., 2005). С помощью метода имму ко локализация было обнаружено, что накопление АБК при засолении происходит именно в устьичных клетках (Ахиярова и др., 2006). Представляло интерес выяснить, связаны ли различия в устьичной реакции на засоление с уровнем накоплении АБК в растениях разных сортов ячменя. Как видно из рисунка 9, ужо через Ю мин содержание АБК $ побегах растений увеличивалось в 1,5 раза у растений сорта Михайловский и в 2 раза у растений сорта Прерия. В корнях растений к этому времени содержание АБК возрастало только у растений сорта Прерия, Через сутки

и 215 ■ ________т

| Б О"'"" ■. '

i m,

c^sfa JÍ»

Рис. 9. Концентрация АБК у растений нчменя через 10 минут (А) и 24 часа (Б) после начала жсиошции на хлориде натрия (п=9)

содержание АБК в побегах растений ячменя на фоне засоления было в 3 раза выше, чем в контроле, у растений сорта Михайловский и в 7 раз выше, чем в контроле, у растений сорта Прерия. Таким образом, прослеживается «вязь между снижением устьичной проводимости и накоплением АБК: у растений сорта Прерия, которые накапливали больше АБК, устьичная проводимость снижалась в большей степени. Эти результаты свидетельствую! о том, что различия в устьичной реакции растений па засоление связаны со способностью накапливать АЬК,

Осмотическое давление клеточного сока растений не менялось в первое время после добавления хлорида натрия в питательный раствор (табл 2) Разница между необработанными и подверженными действию засоления растениями наметилась спустя сутки после начала действия стрессового фактора В большей степени осмотическое давление возрастало у сорта Михайловский Через 8 суток эта разница была уже почти в 5 раз выше по сравнению со значениями контрольных растений

Таблица 2

Влияние засоления на осмотическое давление (МПа) клеточного сока (п=8)

Сорт Михайловский Прерия

Воздействие контроль NaCI контроль NaCI

70 мин побег 1,15*0,06 1,36*0,05 1,19*0,03 1,31*0,04

корень 0,76*0,04 1_0,97*0,08 _ 0,63*0,11 0,84*0,11

3 часа побег 1,20*0,04 1,27*0 04 1,20*0,11 1,16*0,03

корень 0,69*0,03 0,81*0,06 0,66*0,01 0,79*0,06

24 часа побег 1,09*0,03 1,53*0,01 1,03*0 01 1,39*0,02

корень 0,58*0,04 0,75±0,09 0,57*0,02 0,79*0,02

48 часов побег 1,12*0,09 1,67*0,12 1,04*0,1 1,69*0,1

корень 0,54*0,07 0,76*0,06 0,42*0,01 0,68*0,05

8 суток побег 1,39*0,02 4,94*0,26 1,49*0,13 3,61*0,06

корень 0,56*0,03 0,73*0,08 0,76*0,03 0,85±0,06

Накопление осмотически активных веществ поддерживает тургор клеток при возрастании дефицита воды Поскольку рост клеток растяжением происходит за счет тургора, а количество осмотически активных веществ возрастало при засолении в большей степени у сорта Михайловский, можно было ожидать, что растения этого сорта будут расти на засолении быстрее Кроме того, считается, что осмотическое приспособление может способствовать поддержанию высокой скорости транспирации (Serraj and Sinclair, 2002) Таким образом, казалось бы, способность к накоплению осмотически активных веществ и поддержанию тургора, которая ярче проявлялась у растений сорта Михайловский, должна была привести к более высокой устьичной проводимости у растений этого сорта при длительном действии засоления Однако этого не происходило Почему7 Известно, что ионы натрия и хлора являются «дешевым осмотиком» (Munns et al, 2006), накопление которых в вакуолях клеток обеспечивает значительный вклад в осморегуляцию галофитов (одновременно с накоплением нетоксичных осмотиков в цитоплазме) В отличие от галофитов, ячмень, как и большинство возделываемых растений, является гликофитом Известно, что у гликофитов накопление ионов натрия в побеге приводит к ингибирова-нию их роста (Munns, 2005, Леонова и др , 2005) Таким образом, выраженный ростингибирующий эффект засоления у растений сорта Михайловский

(см диссертацию) был следствием более быстрого накопления токсичных ионов в побеге растений Данные, полученные в результате анализа содержания ионов хлора в корнях и побегах растений подтверждают это предположение (табл 3) Что могло быть причиной более быстрого накопления ионов у растений сорта Михайловский'' Поддержание ионного гомеостаза - сложный процесс, обусловленный ускоренным формированием поясков Каспари, а также функционированием селективных каналов, которые ограничивают поступление ионов натрия в клетки, их загрузку в ксилему и т д (Tester and Davenport, 2003, Ершов и др , 2005)

Таблица 3

Концентрация (г/л) хлорид ионов в клеточном соке растений после 9 суток засоления

(п=6) ____

Сорта Воздействие побеги корни

Михайловский контроль 1,4±0,2 0,3±0

NaCl 38,3±4,1 3,9±0,7

Прерия контроль 1,7±0,1 0,2±0,1

NaCl 26,3±4,3 4,3±0,8

Вместе с тем, запуск механизма поддержания ионного гомеостаза требует времени За это время ионы натрия могут проникать в клетки по неселективным каналам (Davenport et al, 2007) Скорость пассивной диффузии ионов в клетки корня определяется их поступлением к поверхности корня с транспирационным потоком Загрузка ионов в ксилему зависит от разведения ксилемного сока и также возрастает с увеличением скорости транспирации (Davenport et al, 2007) Таким образом, неудивительно, что у растений сорта Михайловский, у которых транспирация снижалась в меньшей степени, чем у растений сорта Прерия в первые сутки после засоления, в побег поступало больше токсичных ионов, что и могло быть причиной более выраженного подавления роста на засолении

Таким образом, сравнение реакции на засоление у растений, различающихся по степени засухоустойчивости, позволило показать, что снижение скорости транспирации в начале действия засоления снижает степень его ростингиби-рующего действия, что, по-видимому, связано с уменьшением притока токсичных ионов с транспирационным потоком Солеустойчивость растений складывается из многих признаков, и ее невозможно свести к одному механизму Вместе с тем, полученные нами результаты указывают на то, что способность растений быстро закрывать устьица при наличии соли в питательном растворе способствует формированию солеустойчивости и может быть использована как физиологический признак в процессе селекции Сравнение растений разных

сортов свидетельствует о том, что степень закрытия устьиц при засолении зависят от уровня и скорост и накопления АБК.

4. Сравнение действия натрий-хлоридшнч» засолении на примере различных сорто» растений ячмени

В предыдущем разделе представлены результаты исследования па» вид он (пшеница и ячмень), линий (Т1 и 20-45) и сортов (Прерия и Михайловский). Выявлены определенные закономерности в характере изменения гранспирации и роста растений, различающихся по со леу сто йч и в ости. Представляло интерес проверить, удастся ли выявить те же закономерности при изучении более шй-

Нами изучалось действие кратковременного (1-2 часа) и длительного (10 дней) засоления на растения пяти сортов ячменя из коллекции ВИР; Красноярский 1 и 80, Ранний-1, RÍSO-Í058 и Porvenir. Засоление приводило к снижению скорости роста всех изученных сортов растений: через 10 дней масса побега была ниже, чем в кон троле иа 30 -70 % (рис, I О). Засоление в наибольшей степени (t¡ 3 раза по сравненчда с контролем) подавляло рост побега у растений сорта Красноярский 80 и в наименьшей степени * у сорта Красноярский !, В последнем случае масса побега на засолении была на уровне 67 % от контроля. По абсолютной массе побегов на фоне длительного засоления его ростиигиби-рующее действие было в наименьшей степени выражено у растений сорта Ранний-1, у которого данный параметр на фоне стрессового воздействия был на 40 % выше, чем в среднем у остальных сортов. Как в абсолютном, так и относительном выражении роетин гиби ру ющее действие засоления в наибольшей степени проявлялось у растений сорта Porvenir,

В Наших экспериментах транспирацая у растений всех сортов кроме Красноярский 80 снижалась на 30-50% уже через 15 мин после добавления соли в питательный раствор, что позволяло этим растениям поддерживать

рокот спектра сортов.

к г .< :\ I 'ч • I. BU У .1, Ч i

1'ис. 10. Сырая масса побегов различных юртов «чмспя вое.те 9 суток действия засоления; Sis абсолютны« значения, Ш значении массы, выраженные в % от контроля (л-12)

30 45 Время, мин

Гис. 11. Влияние кратковременно™ действия Засоления ил тр инспирацию растений разных сортов ИЧЛП НП (п—20)

баланс между снижением притока воды из корней и транопирtuшонинми потерями (рис. I 1).

Кроме экономии воды, закрытие устьиц на засолении имеет дополнительное приспособительное значение, которое заключается в ограничении проникновения в растения токсичных ионов с транс пира ц ионным потоком (см. предыдущие разделы). Отсутствие видимого за-Вхданий растений сорта Красноярский S0 указывает па то, что у них приток воды аз их корней на засорении мог подерживаться за счет возрастания гидравлической проводимости. ÍIo всей видимости, высокая скорость трамспирационного потока у растений этого сорта способствовала быстрому накоплению токсичных ионов, что могло быть причиной резкого снижения скорости их роста до 20 % от контрольных значений. Растения остальных сортов ке различались по трапелирационной реакции на кратковременное действие засоления. Однако различия между ними проявлялись при его более длительном действии (рис, 12).

В наибольшей степени транепйрания снизилась у растений сорта Ранний-1 (на 63 % по сравнению с контролем), т.е. у сорта, который по скорости накопления биомассы на засолении проявил себя как наиболее устойчивый. Снижение транспирации у растений этого сорта происходило благодаря закрытию устьиц (устьичная проводимость у них была на уровне 30 % от контроля). Такое резкое снижение скорости транспирации за счет закрытия устьиц, по-видимому, было необходимо как компенсация вы-

Д.-штепы|исп. i.-1! дг:.. ."4 'I'" иуг

1'ис, 12. Влияние длительного действия засоления ни ТранспираШПо разных сортов ячменя (п-10)

сокой поглотительной способности хорошо развитой корневой системы (данные по массе растений приведены в диссертации) Второе место по степени снижения транспирации заняли растения сорта Riso, которые также были вторыми по накоплению биомассы побега на засолении У растений сортов Красноярский 80 и Porvemr скорость транспирации снизилась гораздо меньше, и они были наиболее чувствительными к засолению (у растений сортов Porvenir и Красноярский 80 в наибольшей степени снижалось накопление биомассы по сравнению с контролем) Интересно то, что хотя масса побега растений сорта Красноярский 80 резко снижалась на засолении, по абсолютной величине она была все же на 30 % выше, чем у растений сорта Porvenir Вероятно, причина этого эффекта заключается в закономерности, обнаруженной австралийскими исследователями (Munns, 2005) Она заключается в том, что за счет массы побега происходит разбавление токсичных ионов Поэтому, вероятно, приток токсичных ионов с быстрым транспираци-онным потоком растений сорта Красноярский 80 разбавлялся за счет большой исходной массы побега этих растений Казалось бы, удается проследить связь между степенью снижения транспирации и солеустойчивостью Более высокий уровень транспирации на засолении был у растений чувствительных сортов (Porvemr и Красноярский 80), а низкий уровень транспирации — у относительно солеустойчивых сортов (Ранний-1 и Riso) Однако в эту картину не вписывались растения сорта Красноярский 1 У них на фоне высокой транспирации степень ингибирования роста под влиянием засоления была самой низкой (масса их побегов на засолении была только на 23 % ниже контроля) Эти результаты объясняются тем, что устойчивость к засолению связана не только со скоростью траиспирационного потока Известно, что с увеличением транспирации возрастает проникновение ионов по неселективным ионным каналам (Davenport et al , 2007) Однако это далеко не единственный путь поступления ионов натрия в растения Кроме них имеется много различных селективных каналов, работа которых предотвращает поступление ионов натрия и хлора в побег и их накопление до токсичного уровня в цитоплазме (Tester, Davenport, 2003) Эффективная работа таких каналов может обеспечить устойчивость растений к засолению на фоне высокой скорости транспирации, что может позволить растению держать устьица открытыми Такая возможность в свою очередь обеспечивает высокую активность накопления биомассы растениями за счет нормализации газообмена и фотосинтеза на засолении Относительная устойчивость растений сорта Красноярский 1 к

засолению, которая проявлялась на фоне высокой скорости транспирации, может быть связана с эффективностью работы механизмов, обеспечивающих ионный гомеостаз Отсутствие видимого завядания растений сортов Красноярский 1 и Porvenir указывает на высокую гидравлическую проводимость этих растений на фоне засоления Однако в последующем у растений сорта Porvenir транспирация падала, в то время как у Красноярский 1 она сохранялась на высоком уровне, что указывает на снижение способности корней растений Porvenir проводить воду Это могло быть проявлением их чувствительности к токсичному действию ионов и причиной резкого торможения роста у растений этого сорта

Таким образом, сравнение реакции растений разных сортов на засоление выявило довольно сложную картину Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что способность растений быстро закрывать устьица в начале действия засоления является важным условием формирования соле-устойчивости Однако, в дальнейшем, поддержание ионного гомеостаза определяется иными механизмами, которые обеспечивают возможность поддержания устьиц в открытом состоянии Эти результаты свидетельствуют о необходимости дальнейшего изучения динамики транспирационного ответа с целью поиска критериев оценки солеустойчивости растений, в процессе селекции устойчивых к засолению сортов

Выводы

1 Сравнение реакции на кратковременное воздействие хлорида натрия у относительно солеустойчивых растений ячменя и менее устойчивых растений твердой пшеницы, а также линий и сортов ячменя показало, что быстрое закрытие устьиц и снижение транспирационного потока характерно для более солеустойчивых генотипов

2 Установлено, что быстрое падение гидравлической проводимости и транспирации у растений солеустойчивой линии ячменя Hordeum spontaneum 20-45 по сравнению с менее устойчивыми к засолению растениями линии Т-1 связано с более выраженным снижением экспрессии гена Р1Р2,4 на фоне засоления

3 Показано, что при кратковременном действии хлорида натрия уровень накопления АБК был выше в листьях растений ячменя сорта Прерия, у которых устьичная проводимость снижалась в большей степени по сравнению с растениями сорта Михайловский Эти результаты свидетельствуют о роли АБК в ограничении транспирационного потока при засолении

4 Выявлено, что при кратковременном засолении растения ячменя сорта Михайловский отличаются от растений сорта Прерия более высоким уровнем транспирации и большим накоплением токсичных ионов хлора

5 Обнаружено, что при более длительном действии засоления характер связи между устьичной проводимостью и солеустойчивостью меняется на противоположный по сравнению с тем, который был выявлен при кратковременном действии засоления более высокая устьичная проводимость проявляется у более солеустойчивых растений

Выражаю благодарность всем сотрудникам нашей лаборатории, особую признательность Кудояровой Г Р за ценные советы и поддержку на всех этапах моей работы и сердечную благодарность моему научному руководителю Веселову Д С за неоценимую помощь

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1 Веселое Д С , Шарипова Г В , Кудоярова Г.Р Сравнительное изучение реакции растений ячменя (Hordeum vulgare) и пшеницы (Triticum durum) на кратковременное и длительное действие натрий хлоридного засоления // Агрохимия - 2007 №7 С 41-48

2 Веселов Д С , Шарипова Г В Источник и последствия быстрой генерации сигнала АБК при засолении Тезисы докладов международного симпозиума «Сигнальные системы растений роль в адаптации и иммунитете» Казань, 2730 июня 2006 С 162-163

3 Фархутдинов Р Г, Фаизов Р Г, Высоцкая JIБ, Шарипова Г В, Веселов Д С , Кудоярова Г Р Устьичная реакция на дефицит воды у растений ячменя, рекомендованных к районированию в контрастных климатических условиях Тезисы докладов международной конференции «Современная физиология растений от молекул до экосистем» Сыктывкар, 18-24 июня 2007 С 406-408

4 Шарипова Г В , Веселов Д С , Чернов В Е , Пендинен Г И, Кудоярова Г Р Ростовая реакция на засоление у растений разных сортов ячменя и ее связь с соотношением массы побег/корень и характером изменения транспирации Тезисы докладов международной конференции «Современная физиология растений от молекул до экосистем» Сыктывкар, 18-24 июня 2007 С 427-429

5 Веселов Д С , Шарипова Г В Сравнение чувствительности водного обмена и роста растений ячменя и пшеницы к натрий-хлоридному засолению Тезисы докладов международной конференции «Современная физиология растений от молекул до экосистем» Сыктывкар, 18-24 июня 2007 С 66-67

Отпечатано с готовых диапозитивов в ООО «Г!ринт+», заказ № 136, тираж 100 шт, печать л 2,0, 450054, пр Октября, 71

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Шарипова, Гузяль Вакильевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Влияние засоления на растения.

1.2. Роль ионных каналов при засолении.

1.3. Токсичное действие ионов Na+ на растения.

1.4. Влияние ионов хлора на рост растений.

1.5. Трудности оценки устойчивости растений к ионам Na+.

1.6. Механизмы солеустойчивости.

1.7. Гены, ответственные за синтез белков-переносчиков ионов.

1.8. Регуляция водного обмена при засолении.

1.9. Аквапорины.

1.10. Роль абсцизовой кислоты в реакции растений на засоление.

1.11. Ростовая реакция растений на засоление.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Условия выращивания растений и проведение экспериментов.

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Определение скорости транспирации.

2.2.2. Определение осмотического потенциала.

2.2.3. Относительное содержание воды.

2.2.4. Определение экспрессии гена HvPIP2;l.

2.2.5. Концентрация хлорид-ионов.

2.2.6.Измерение скорости потока ксилемного экссудата и расчет гидравлической проводимости корней.

2.2.7. Определение устьичной проводимости.

2.2.8. Определение длины и площади листьев.

2.2.9. Определение содержания хлорофилла.

2.2.10. Экстракция, очистка и концентрирование гормонов.

2.2.11. Твердофазный иммуноферментный анализ.

2.2.12. Статистическая обработка.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1 Влияние засоления на растения ячменя (Hordeum vulgare) и пшеницы (Triticum durum).

3.2. Изучение водных отношений и роль аквапоринов в реакции растений на засоление на примере двух линий ячменя Hordeum spontaneum Т1 и 20-45, контрастных по солеустойчивости.

3.3. Использование сортов Прерия и Михайловский для изучения влияния засоления на растения ячменя.

3.4. Сравнение действия натрий-хлоридного засоления на примере различных сортов растений ячменя.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Особенности роста и водного обмена растений пшеницы и ячменя с различной солеустойчивостью при натрий-хлоридном засолении"

Актуальность. Засоление - один из наиболее важных абиотических факторов внешней среды, приспособление к которому определяет способность растений выживать в этих условиях и давать урожай. Среди возделываемых растений нет галофитов и большинство важнейших сельскохозяйственных культур чувствительны к действию засоления (Балнокин и др., 2005). Однако среди них выделяются виды и сорта, обладающие относительной устойчивостью к неблагоприятному воздействию токсичных ионов (Строгонов 1962; Flowers, 2004). С точки зрения агрономии наиболее важным критерием солеустойчивости является урожайность растений на засоленных почвах. Однако отбор солеустойчивых форм в полевых условиях осложняет неравномерность распределения засоленных участков (Munns, 2005). Поэтому не прекращается поиск способов оценки солеустойчивости растений в контролируемых лабораторных условиях. Для того чтобы повысить эффективность отбора, необходимо хорошо понимать, как формируется солеустойчивость. В действии засоления на растения выделяют 2 фактора: токсический компонент, связанный с накоплением ионов (прежде всего, ионов натрия) в цитоплазме и дефицит воды (осмотический компонент), обусловленный присутствием избытка ионов в почве (Neumann, 1993). Основное внимание исследователей привлекает изучение механизмов, обеспечивающих ионный гомеостаз при засолении (Yeo, 1998). При этом осмотический компонент воспринимается скорее как фактор, маскирующих проявление токсического компонента (Munns et al., 2002). Вместе с тем, осмотический и токсический компоненты в какой-то мере взаимосвязаны: токсичные ионы поступают в растение с транспирационным потоком, а их накопление нарушает водный обмен (например, функционирование устьичного аппарата (Robinson et al., 1997)). Однако в литературе можно найти не так много сведений об особенностях регуляции водного обмена у растений, различающихся по солеустойчивости, и эти сведения разрознены и противоречивы. Так можно встретить утверждения, что устьичная проводимость выше у солеустойчивых растений (Volkov et al., 2004), а также противоположные сведения о том, что она выше у чувствительных к засолению растений (Rivelli et al., 2002). Все сказанное свидетельствует о том, что водному обмену растений на фоне засоления уделялось недостаточно внимания, что определяет актуальность нашей работы.

Цель работы состояла в выявлении особенностей регуляции водного обмена при натрий-хлоридном засолении у растений, различающихся по степени устойчивости к засолению, и их значения в формировании солеустойчивости. Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести сравнительное изучение водного обмена относительно солеустойчивых растений ячменя и более чувствительных к засолению растений твердой пшеницы и выявить особенности их устьичной реакции при кратковременном и длительном действии засоления.

2. Оценить значение экспрессии гена аквапорина HvPIP2;4 в регуляции водного обмена при засолении путем сопоставления уровня экспрессии гена, гидравлической и устьичной проводимости у линий растений Hordeum spontaneum, различающихся по солеустойчивости.

3. С помощью изучения контрастных по засухоустойчивости растений ячменя выявить значимость регуляции устьичной проводимости и транспирации в ограничении потока ионов и предотвращении их токсичного действия, а также поддержании газообмена, фотосинтеза и роста.

4. Провести сравнительное изучение уровня накопления АБК и скорости закрытия устьиц при кратковременном действии хлорида натрия для того, чтобы подтвердить (или опровергнуть) гипотезу о том, что АБК контролирует высокую скорость транспирационного потока при засолении.

5. Провести сравнительный анализ особенностей водного обмена и роста на засолении растений пяти сортов из коллекции ВИР с целью проверки воспроизводимости закономерностей, обнаруженных при сравнительном изучении растений двух видов и пар контрастных по солеустойчивости и засухоустойчивости сортов и линий.

Научная новизна. Впервые проведено сравнение экспрессии гена аквапорина HvPIP2;4 растений разных линий Hordeum spontaneum (дикий вид ячменя) и показана связь уровня экспрессии с изменением гидравлической и устьичной проводимости, а также более выраженное снижение экспрессии гена, гидравлической проводимости и транспирации у более солеустойчивой линий. Сравнительное изучение устьичной реакции на засоление у относительно солеустойчивых и более чувствительных к засолению видов, сортов и линий растений показало, что способность растений быстро закрывать устьица при кратковременном действии засоления необходима для формирования солеустойчивости растений. Уровень накопления АБК в листьях растений при кратковременном действии хлорида натрия был выше у тех растений ячменя, у которых сильнее снижалась устьичная проводимость, что подтверждает роль этого гормона в регуляции транспирационного потока при засолении. Обнаружена связь между уровнем накопления ионов хлора у растений ячменя и их способностью быстро снижать транспирационный поток при засолении. Показано, что характер связи между уровнем транспирации и солеустойчивостью меняется при длительном действии засоления: в этом случае, в отличие от кратковременного действия засоления более высокий уровень транспирации обнаружен у более солеустойчивый сортов ячменя, что коррелирует с их способностью к более быстрому накоплению биомассы.

Практическая значимость. Обнаружены особенности водного обмена у более солеустойчивых форм, которые проявляются в быстром снижении уровня экспрессии генов аквапоринов, снижении гидравлической проводимости и транспирации, что ограничивает приток токсичных ионов и их негативное действие на растения. Показано, что при длительном действии засоления признаком более высокой солеустойчивости растений является относительно высокий уровень их устьичной проводимости. Эти показатели могут быть использованы в системе оценки селекционного материала в процессе отбора солеустойчивых форм.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на международном симпозиуме «Сигнальные системы клеток растений: Роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), VI съезде общества физиологов растений России (Сыктывкар, 2007).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК России.

Список сокращений

L, Lp, Lpr -гидравлическая проводимость корней;

Jv - скорость потока ксилемного экссудата; - водный потенциал; - разность водных потенциалов;

АБК - абсцизовая кислота

СВ - содержание воды в тканях растений;

ОСВ - относительное содержание воды в тканях растений;

ПЭГ - полиэтиленгликоль.

ПЦР - полимеразная цепная реакция

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Экология", Шарипова, Гузяль Вакильевна

Выводы

1. Сравнение реакции на кратковременное воздействие хлорида натрия у относительно солеустойчивых растений ячменя и менее устойчивых растений твердой пшеницы, а также линий и сортов ячменя показало, что быстрое закрытие устьиц и снижение транспирационного потока характерно для более солеустойчивых генотипов.

2. Установлено, что быстрое падение гидравлической проводимости и транспирации у растений солеустойчивой линии ячменя Hordeum spontaneum 20-45 по сравнению с менее устойчивыми к засолению растениями линии Т-1 связано с более выраженным снижением экспрессии гена Р1Р2;4 на фоне засоления.

3. Показано, что при кратковременном действии хлорида натрия уровень накопления АБК был выше в листьях растений ячменя сорта Прерия, у которых устьичная проводимость снижалась в большей степени по сравнению с растениями сорта Михайловский. Эти результаты свидетельствуют о роли АБК в ограничении транспирационного потока при засолении.

4. Выявлено, что при кратковременном засолении растения ячменя сорта Михайловский отличаются от растений сорта Прерия более высоким уровнем транспирации и большим накоплением токсичных ионов хлора.

5. Обнаружено, что при более длительном действии засоления характер связи между устьичной проводимостью и солеустойчивостью меняется на противоположный по сравнению с тем, который был выявлен при кратковременном действии засоления: более высокая устьичная проводимость проявляется у более солеустойчивых растений.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Шарипова, Гузяль Вакильевна, Уфа

1. Amptmann A., Sanders D. Mechanisms of Na+ uptake by plant cells I I Adv. Bot. Res. 1999. - V. 29. - P. 75-112.

2. Arnon D.I. Microelements in culture solution experiments with higher plants // Am. J. Bot. 1938. - V. 25. - P. 322-325.

3. Aroca R., Ferrante A., Vernieri P., Chrispeels M.J. Drought, abscisic acid and transpiration rate effects on the regulation of PIP aquaporin gene expression and abundance in Phaseolus vulgaris plants // Ann. Bot. 2006. - V. 98. - P. 1301 - 1310.

4. Ashraf M. Breeding for salinity tolerance in plants // Crit. Rev. Plant Sci. 1984. - V. 13.-P. 17-42.

5. Bacon M.A., Wilkinson S., Davies W.J. pH regulated leaf cell expansion in droughted plants is abscisic acid dapandent // Plant Physiol.- 1998. -V. 118.-P. 1507- 1515.

6. Ball MC, Farquahar GD. Photosynthetic and stomatal responses of two mangrove species, Aegiceras corniculatum and Avicennia marina, to long term salinity and humidity conditions received for publication // Plant Physiol. -1984.-V. 74.-P. 1-6.

7. Blackman P.G., Davies W.J. The effects of cytokinins and ABA on stomatal behaviour of maize and Commelina И J. Exp. Bot.- 1983.- V. 34. P. 1619- 1626.

8. Bohnert H.J., Jensen R.G. Metabolic engineering for increased salt tolerance the next step // Aust. J. Plant Physiol. - 1996. - V. 23. - P. 661 -667.

9. Bowman WD. Effect of salinity on leaf gas exchange in two populations of a C4 nonhalophyte 1//Plant Physiol.-1987.-V. 85.-P. 1055-1058.

10. Bray E.A. Molecular responses to water deficit // Plant Physiol.- 1993. -V. 103.-P. 1035- 1040.

11. Carden DE. The cell physiology of barley salt tolerance // PhD Thesis, University of Sussex. 1999. - UK.

12. Chaumont F., Barrieu F., Jung R., Chrispeels M.J. Plasma membrane intrinsic proteins from maize cluster in two sequence subgroups with differential aquaporin activity // Plant Physiol. 2000. - V. 122. - P. 1025-1034.

13. Cheeseman J.M. Mechanisms of salinity tolerance in plants // Plant Physiol.- 1988.- V. 87. P. 547-550.

14. Chen Z., Newman I., Zhou M., Mendham N., Zhang G., Shabala S. Screening plants for salt tolerance by measuring K+: a case study for barley // Plant Cell Environ. 2005. - V. 28. - P. 1230-1246.

15. Clarkson D.T., Carvajal M., Henzler Т., Waterhouse R.W., Smyth A.J., Cooke D.T., Steudle E. Root hydraulic conductance: diurnal aquaporin expression and the effects of nutrient stress // J. Exp.Bot. 2000. - V. 51. - P. 61-70.

16. Conway G. The doubly green revolution // Ithaca: Cornell University Press. 1997.

17. Cosgrove D.J. Water uptake by growing cells: an assessment of the controlling roles of wall relaxation, solute uptake, and hydraulic conductance // Plant Sci.-1993.-V. 154.-P. 10-21.

18. Cramer G.R. Kinetics of maize leaf elongation. II. Responses of a Na-excluding cultivar and a Na-including cultivar to varying Na/Ca salinities // J. Exp. Bot. 1992. - V. 43. - P. 857-864.

19. Cramer G.R., Quarrie S.A. Abscisic acid is correlated with the leaf growth limitation of four genotypes differing in their response to salinity // Functional Biology. 2002. - V. 29. - P. 111-115.

20. Davenport R., James RA., Zakrisson-Progander A., Tester A., Munns R. Control of sodium transport in durum wheat // Plant Physiol. 2005. - V. 137. -P. 807-818.

21. Davenport R.J., Tester M. A weakly voltage-dependent, nonselective cation channel mediates toxic sodium influx in wheat // Plant Physiol. 2000.-V. 122: P. 823-834.

22. Davies W.J, Kudoyarova G., Hartung W. Long-distance ABA Signaling and Its Relation to Other Signaling Pathways in the Detection of Soil Drying and the Mediation of the Plant's Response to Drought // J. Plant Grow. Regul. -2005.-V. 24.-P. 285-295.

23. Davies W.J., Zhang J. Root signals and the regulation of growth and development of plants in drying soil // Annual. Rev. Plant Pilysiology. Plant Mol. Biol. -1991. -V. 42.-P. 55-76.

24. Flowers T. J., Hajibagheri M. A, Yeo A. R. Ion accumulation in the cell walls of rice plants growing under saline conditions evidence for the Oertli hypothesis // Plant Cell Environ. - 1991.- V. 14. - P. 319-325.

25. Flowers TJ. Improving crop salt tolerance // J Exp Bot. 2004. - V. 55. -P. 307-319.

26. Flowers T.J., Hagibagheri M.A. Salinity tolerance in Hordeum vulgare ion concentrations in root cells of cultivars differing in salt tolerance // Plant soil -2001.-V. 231.-P. 1-9.

27. Flowers T.J., Yeo A.R. Breeding for salinity resistance in crop plants; were next? // Aust. J. Plant Physiol. 1995. - V. 22. - P. 875 - 884.

28. Frensch J. Primary responses of root and leaf elongation to water deficits in the atmosphere and soil solution // J. Exp. Bot. 1997. V. 48. P. 985 999.

29. Fricke W. Biophysical Limitation of Cell Elongation in Cereal Leaves//Ann. Bot. 2002. - V. 90. - P. 157-167.

30. Fricke W., Akhiyarova G., Veselov D., Kudoyarova G. Rapid and tissue-specific changes in ABA and in growth rate in response to salinity in barley leaves // J Exp Bot. 2004. - V.55. - P.l 115-1123.

31. Glenn E. P., Brown J. J., Blumwald E. Salt tolerance and crop potential of halophytes // Crit. Rev. Plant Sci. 1999. -V. 18. - P. 227-255.

32. Gowing D.J.C., Davies W.J., Jones H.G. A positive root sourced signal as an indicator of soil drying in apple, Malus domestica Borkh // J. Exp. Bot.-1990.- V. 41. - P. 1535-1540.

33. Greenway H., Munns R. Mechanisms of salt tolerance in nonhalophytes // Ann. Rev. Plant Physiol.- 1980.- V. 31. P. 149-190.

34. Gupta R.K., Abrol I.P. Salt-affected soils: their reclamation and management for crop production // Adv. Soil Sci. 1990. - V. 11. - P. 223-288.

35. Hare P. D., Cress W. A., Van Staden J. Dissecting the roles of osmolyte accumulation during stress // Plant Cell Environ. 1998. - V. 21. - P. 535-554.

36. Hartung W., Sauter A., Hose E. Abscisic acid in xylem: where does it come from, where does it go to? // J. Exp. Bot. 2002. - V. 53. - P. 27-32.

37. Herralde F.D., Biel C., Save R., Morales M.A., Torrecillas A., Alarcon J.J., Sanchez-Bianco M.J. Effect of water and salt stress on the growth, gas ezchange and water relations in Argyranthemum coronopifolium plants // Plant Sci.- 1998,- V. 139.-P.9-17.

38. Hsiao T.C. Plant responses to water stress // Ann. Rev. Plant Physiol. -1976.-V. 24.-P. 519—570.

39. Hsiao T.C., Frensch J., Rojas Lara B.A. The pressure - jump technique shows maize leaf growth to be enhanced by increases in turgor only when water status too high // Plant Cell and Environ.- 1998. - V. 21. - P.33 - 42.

40. Husain S., Caemmerer S. and Munns R. Control of salt transport from roots to shoots of wheat in saline soil // Funct. Plant Biol. 2004. - V.31 - P. 1115-1126.

41. Jackson M. Are plants hormones involved in root to shoot communication? // Adv. Bot. Res. 1993. - V. 19. - P. 103-187.

42. Jacobson Т., Adams R.M. Salt and silt in ancient Mesopotamian agriculture//Science- 1958.-V. 128.-P. 1251 1258.

43. Jacqmard A., Houssa C., Bernier G. Abscisic acid antagonizes the effect of cytokinin on DNA-replication origins // J. Exp. Bot. 1995.- V. 46. - P. 663666.

44. Javot H., Lauvergeat V., Santoni V., Martin-Laurent F., Guflu J., Vinh J., Julian Heyes J.,. Franck K.I, Schaffner A.R., Bouchez D., Maurel C. The role of a single aquaporin isoform in root water uptake // Plant Cell 2003. - V. 15.-P. 509-522.

45. Javot H., Maurel C. The role of aquaporins in root water uptake // Ann. Bot. 2002. - V. 90. - P. 310-313.

46. Johanson I., Larson С., Ek В., Kjellbom P. The major Integral Proteins of Spinach Leaf Plasma Membranes Are Putative Aquaporins and Are

47. Phosphorylated in Response to Ca2+ and Apoplastic Water Potential // Plant Cell. 1996.-V. 8.-P. 1181-1191.

48. Jones H.G. Stomatal control of photosynthesis and transpiration // J. Exp. Bot. 1998. - V. 49. - P. 387-398.

49. Karley A. J., Leigh R. A., Sanders D. Differential ion accumulation and ion fluxes in the mesophyll and epidermis of barley//Plant Physiol. 2000. - V. 122.-P. 835-844.

50. Karmoker J.L. Hormonal regulation in ion transport in plants/ Karmoker J.L. // In: Plant hormones and their role in plant growth and development.-Dordricht etc.: Martinus Neihoff Publ., 1985. P.219-263.

51. Kawasaki S., Borchert C., Deyholos M., Wang H., Brazille S., Kawai K., Galbraith D., Bohnert H.J. Gene expression profiles during the initial phase of salt stress in rice // Plant Cell 2001. - V. 13. - P. 889-905.

52. Kicheva M.I., Tsonev T.D., Popova L.P. Stomatal and nonstomatal limitations on photosynthesis in two wheat cultivars subjected water stress // Photosynthetica. 1994. - V. 30. - P. 107 -116.

53. Knight H. Calcium signaling during abiotic stress in plants//International Review of Cytology. 2000. - V. 195. - P. 269-324.

54. Maathuis F. J. M. Prins HBA. Patch clamp studies on root cell vacuoles of a salt-tolerant and a salt-sensitive Plantago species//Plant Physiol. 1990 - V. 92 - P. 23-28.

55. Mansfield T. A., Hetherington A. M., Atkinson J. C. Some current aspects of stomatal physiology // Annu. Rev. Plant. Physiol. Mol. Biol. 1990. - V. 41. -P. 55-75.

56. Marler Т.Е., Zozor Y. Salinity influences photosynthetic characteristics, water relations, and foliar mineral composition of Annona squamosa L. // J. Am. Soc. Hortic. Sci. 1996. - V. 121. - P. 243 - 248.

57. Maurel C. Aquaporins and water permeability of plant membranes // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1997. - V. 48. - P. 399-411.

58. McWillam J.R. The national and international importance drought and salinity effects on agriculture production // Aust. J. Physiol. 1986. -V. 13. P. 1 -13.

59. Monneveaux P., Belhassen E. The diversity of drought adaptation in the wide // Plant Grow. Regul. 1996. - V. 20. - P. 85-92.

60. Morgan J.M. Osmoregulation and water stress in higher plants // Annu. Rev. Plant Physiol.- 1984.- V. 35. P. 299-319.

61. Morillon R., Chrispeels M.J. The role of ABA and the transpiration stream in the regulation of the osmotic water permeability of leaf cell // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001. - V. 98. - P. 14138-14143.

62. Munns R. Genes and salt tolerance: bringing them together // New Phytol. -2005.-V. 167.-P. 645-663.

63. Munns R. Physiological processes limiting plant growth in saline soils: some dogmas and hypotheses//Plant Cell Environmental. 1993. - V. 16. - P. 15-24.

64. Munns R., Husain S., Rivelli AR., James RA., Condon AG., Lindsay MP, Lagudah ES., Schachtman DP., Hare RA. Avenues for increasing salt tolerance of crops, and the role of physiologically based selection traits // Plant Soil -2002.-V. 247.-P. 93-105.

65. Munns R., James R.A., Lauchli A. Approaches to increasing salt tolerance of wheat and other cereals // J. Exp. Bot. 2006. - V. 57. - P. 1025-1943.

66. Munns R., Passioura J., Guo J., Chazen O., Gramer G. Water relations and leaf expansion: importance of time scale // J. Exp. Bot. 2000. - V. 51. P. 1495- 1504.

67. Munns R., Schachtman D.P., Condon A.G. The significance two phase growth response to salinity in wheat and barley // Austr. J. Plant Physiol. - 1995. -V. 22.-P. 561 -569.

68. Murthy, Tester. Compatible solutes and salt tolerance: misuse of transgenic tobacco//Trends in Plant Sciences . 1996. - V. 1 - P. 294-295.

69. Neumann P. Salinity resistance and plant growth revisited // Plant Cell Environ. 1997. V. 20. P. 1193-1198.

70. Neumann P.M. Rapid and reversible modifications of extension capacity of cell walls in elongating maize leaf tissues responding to root addition and removal of NaCl // Plant Cell Environ. 1993. - V. 16. - P. 1107-1114.

71. Nilsen E.T., Muller W.H. The influence of photoperiod on drought induction of dormancy in Lotus scoparius // Oecologia. 1982. - V. 53. - P. 79 -83.

72. Ozturk Z.N., Talame V., Deyholos M., Michalowski C.B., Galbraith D.W., Gozukirmizi N., Tuberosa R., Bohnert H.J. Monitoring large-scale changes in transcript abundance in drought- and salt-stressed barley // Plant Mol. Biol. 2002. - V. 48. - P. 551-573.

73. Papa R. Response to salinity of Barley (Hordeum vulgare L.) genotypes extracted from a local population // J. Genet. Breed. 1994. - V. 48. - P. 99 -102.

74. Passioura J.B. Water transport in and to roots // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1988. - V. 39. - P. 245-265.

75. Passioura J.B., Munns R. Rapid environmental changes that affect leaf status induce transient surges or pauses in leaf expansion rate // Aust. J. Plant Physiol. 2000. - V. 27. - P. 941-948.

76. Pitman M.G, Courtice A.C, Lee B. Comparison of potassium and sodium uptake by barley roots and high and low salt status//Australian Journal of Plant science. 1968. - V. 21 - P. 871-881.

77. Preston G.M., Jung J.S., Guggino W.B., Agre P. The mercury sensitive residue at cysteine-189 in the CHIP28 protein // Science. 1992b. - V. 256. - P. 385-387.

78. Quarrie S.A., Stojanovic J., Pekic S. Improving drought resistance in small-grained cereals: A case study, progress and prospects // Plant Growth Regulation. 1999. - V. 29. - P. 1-21.

79. Rengasamy P. Word salinization with emphasis on Australia // J. Exp. Bot.-2006.-V. 57.-P. 1017-1023.

80. Richards RA. Increasing salinity tolerance of grain crops: is it worthwhile? // Plant and Soil 1992. - V. 146. -P. 89-98.

81. Rivelli A.R., James R.A., Munns R., Condon A.G. Effect of salinity on water relations and growth of wheat genotypes with contrasting sodium uptake // Funct. Plant Biol. 2002. - V. 29. - P. 1065-1074.

82. Robinson M., Very A., Sanders D., Mansfield T. How stomata contribute to salt tolerate? // Ann. Bot. 1997. V. 80. P. 387 393.

83. Royo A., Aragues R. Salinity yield response functions of Barley genotypes assessed with a triple line source sprinkler system // Plant soil - 1999. -V. 209. P. 9-20.

84. Saab I.M., Sharp R.E. Non hydrolic signals from maize roots in drying soil: inhibition of leaf elongation but not stomatal conductance // Planta.- 1989.-V. 179.-P. 466 - 474.

85. Santa-Cruz A., Acosta M., Rus A., Bolarin M. C. Short-term salt tolerance mechanisms in differentially salt tolerant tomato species//Plant Physiol. Biochem. -1999. -V. 37. P. 65-71.

86. Schroeder J., Hedrich R. Involvement of ion channels and active transport in osmoregulation and signaling in higher plant cells // Trends Biochem. Sci. -1989.-V. 14.-P. 187-192.

87. Serpe M.D., Matthews M.A. Rapid changes in cell wall yielding of elongating Begonia argenteo-guttata L. leaves in response to changes in pant water status // Plant Physiol. 1992. - V. 100. - P. 1852-1857.

88. Serraj R., Sinclair T.R. Oscolyte accumulation: can it really help increase crop yield under drought condicions? // Plant Cell Environ. 2002. - V. 25. - P. 333-341.

89. Shainberg I., Letey J. Response of soils to sodic and saline conditions // Hilgardia 1984. - V. 52. - P. 1 -57.

90. Sharp R.E., Hsiao T.C., Silk W.K. Growth of the maize primary root at low water potentials. II. Role of growth and deposition of hexose and potassium in osmotic adjustment // Plant Physiol.- 1990.- V. 93. P. 1337 - 1346.

91. Shi H., Instani M., Kim C., Zhu J.K. The Arabidopsis thaliana salt tolerance gene SOS1 encodes a putative Na+/H+ antiporter // Proc. Natl Acad. Sci. USA.- 2000.- V. 97. P. 6896-6901.

92. Sopandie D., Takeda K., Maritsugu M., Kawasaki J. Selection for high salt tolerant cultivars in Barley // Bull. Res. Inst. Bioresour. Okayama Univ. 1993. №1 P. 113-129.

93. Steudle E. Water uptake by roots: effects of water deficit // J. Exp. Bot. -2000.-V. 51.-P. 1531-1542.

94. Steudle E., Jescke W.D. Water transport in barley roots // Planta -1983.-V. 177.-P. 281-295.

95. Steudle E., Peterson C.A. How does water get through roots? // J. of Exp. Bot.- 1998.- V. 49.- P. 775-788.

96. Szabolcs I. Soils and salinisation // Pessarakali M. Handbook of Plant and Crop Stress. Marcel Dekker, New York, 1994. - P. 3-11.

97. Taeb M, Koebner RMD, Forster BP, Law CN. Association between genes controlling flowering time and shoot sodium accumulation in the Triticeae//Plant and Soil -1992. V. 146. - P. 117-121.

98. Taylor CB. Proline and water deficit: ups, down, ins, and outs // Plant Cell- 1996.- V.8.-P. 1221-1224.

99. Termaat A., Passioura J.B., Munns R. Shoot turgor does not limit shoot growth of NaCl affected wheat and barley // Plant Physiol.- 1985.- V. 77.- P. 869-872.

100. Tester M., Davenport R. Na+ tolerance and Na+ transport in higher plants // Ann. Bot. 2003. V. 91. P. 503 527.

101. Tyerman S.D., Bohnert S.J., Maurel C., Steudle E., Smith J.A.C. Plant aquaporines: their molecular biology, biophysics and significance for plant relations // J. Exp Bot. 1999. - V. 50. - P. 1055-1071.

102. Ueda A., Kathiresan A., Inada M., Narita Y., Nakamura Т., Shi W., Takabe Т., J. Bennett. Osmotic stress in barley regulates expression of a different set of genes than salt stress does // J. Exp. Bot. 2004. - V. 406. - P. 2213-2218.

103. Volkov V., Wang В., Dominy P.J., Fricke W., Amtmann A. Thellungiella halophila, a salt-tolerant relative of Arabidopsis thaliana, possesses effectivemechanisms to discriminate between potassium and sodium // Plant Cell Environ. -2004. V. 27. - P. 1-14.

104. Wareing P.F. Abscisic acid as a natural growth regulation // Phil. Trans. Roy. Soc. London. В.- 1978.- P.483-498.

105. West G., Inze D., Beemster G. T. S. Cell Cycle Modulation in the Response of the Primary Root of Arabidopsis to Salt Stress//Plant Physiol. -2004.-V. 135.-P. 1050-1061.

106. Westgate M.E., Boyer J.S. Osmotic adjustment and the inhibition of leaf, root, stem and silk growth at low water potentials in maize // Planta 1985. - V. 164.- V. 4.-P. 540-549.

107. White P.J., Broadley M.R. Cloride in soils and its uptake within in plant: a review // Ann. Bot. 2001. - V.88. - P. 967 - 988.

108. Wu S., Ding L., Zhu J. SOS 1, a genetic locus essential for salt tolerance and potassium aquisition // Plant Cell 1996. - V. 8 - P. 617 - 627.

109. Yeo A. Molecular biology of salt tolerance in the context of whole-plant physiology // J. Exp. Bot. 1998. - V. 49. - P. 915-924.

110. Yordanova I., Velikova V., Tsonev T. Plant responses to drought, acclimation, and stress tolerance // Photosynthetica.-2000.-V.31.-P.171-186.

111. Zeevaart J.A.D., Creelman R.A. Metabolism and physiology of abscisic acid // Annu. Rev. Plant Physiol.- 1988. V. 39.- P. 439-473.

112. Zhang W.H., Tyerman S.D. Inhibition of water channels by HgC12 in intact wheat root cells // Plant Physiol. 1999. - V. 120. - P. 849-858.

113. Zhao K., Munns R., King R.W. Abscisic acid synthesis in NaCl treated barley, cotton and saltbush // Aust. J. Plant Physiol.-1991.- V. 18. - P. 17-24.

114. Zhu C., Schraut D., Hartung W., Schaffher A.R. Differential responses of maize MIP genes to salt stress and ABA // J. Exp. Bot. 2005. - V. 56. - P. 2971-2981.

115. Аллагулова Ч.Р., Гималов Ф.Р., Шакирова Ф.М., Вахитов В.А. Дегидрины растений: их структура и предполагаемые функции // Биохимия. 2003. - Т. 68. - С. 1157 - 1165.

116. Ахиярова Г., Сабиржанова И.Б., Д.С. Веселов, В. Фрике. Быстрая реакция растений пшеницы на засоление // Физиол. раст. 2005. - Т. 52. -С. 891-896.

117. Балнокин Ю.В., Мясоедов Н.А., Шамсутдинов З.Ш., Шамсутдинов Н.З. Роль Na+ и К+ в поддержании оводненности тканей органов у галофитов сем. Chenopodiaceae различных экологических групп // Физиология растений. 2005. Т. 52. № 6. С. 882-890.

118. Веселов Д.С., Шарипова Г.В., Кудоярова Г.Р. Сравнительное изучение реакции растений ячменя {Hordeum vulgare) и пшеницы (Triticum durum) на кратковременное и длительное действие натрий хлоридного засоления // Агрохимия. 2007. №7. С. 41-48.

119. Гедройц К.К. Химический анализ почвы. JI: Госиздат. -1932. - 234 с.

120. Гусев Н.А. Некоторые методы исследования водного режима растений // Докл. АН СССР. 1960. С.61.

121. Дерфлинг К. Гормоны растений. Системный подход. М.: Мир, 1985.-206 с.

122. Ершов П.В., Решетова О.С., Трофимова М.С., Бабаков. А.В. Активность ионных транспортеров и солеустойчивость ячменя // Физиол. раст. 2005. - Т. 52. - С. 867-875.

123. Ефремов Д.П., Каравайко Н.Н., Кулаева О.Н. Влияние теплового шока и картолина 2 на рост проростков ячменя и содержание в них фитогромонов // Докл. РАН.- 1992.- Т.323.- С.362-365.

124. Жолкевич В.Н. О взаимосвязи водного и энергетического обмена у растений // Водный режим в связи с различными экологическими условиями. Казань: Изд-во КГУ, 1978, с. 192-210.

125. Жолкевич В.Н., Кушниренко М.Д., Печерская С.Н. и др. О кинетике процессов водообмена листа // Докл. АН СССР. 1985. - Т. 280, № 6. - С. 1514-1516.

126. Жолкевич В.Н., Гусев Н.А., Капля А.В., и др. Водный обмен растений. М.: Наука. - 1989. - 256с.

127. Жолкевич В.Н., Пузаков М.М., Монахова О.Ф. Участие актина в создании корневого давления //Докл. РАН. 2001, - Т. 380. - С. 404-407.

128. Жолкевич В.Н., Пустовойтова Т.Н. Рост листьев Cucumbus sativus L. и содержание в них фитогормонов при почвенной засухе// Физиол. раст.-1993.- Т.40, № 4.- С.676-680.

129. Зялалов А.А. Водный обмен сельскохозяйственных растений // Казань, Казанский ветеринарный институт, 1983, 62 с.

130. Зялалов А.А. Водный ток в высших растениях: физиология, эволюционное становление, системный анализ //Физиология растений, -2004, Т.51, № 4. - С. 607-616.

131. Зялалов А.А. Физиолого-термодинамический аспект транспорта воды по растению//М.: Наука, 1984. 136с.

132. Зялалов А.А., Анисимов А.В. Эффект полярного транспорта воды в растении при действии безградиентного давления // Докл. АН СССР. -1984. Т. 274, № 4. - С. 1013-1016.

133. Зялалов А.А., Авдуевский М.Л. Вклад градиента химического потенциала воды в среде на энергетический баланс надземных сосудистых растений // Ж.общ.биол., 2000, т.61, с. 173-179.

134. Зялалов А.А., Газизов И.С. Рециркуляция калия в растениях //

135. Физиология растений. 1989. - Т. 36, вып. 5,- С. 880-887.

136. Зялалов А.А., Лобанов В.Н. Устранение движущей силы транспирации увеличивает энергетические затраты растений //Доклады РАН. 1999. - Т. 369. - С. 283-285.

137. Зялалов А.А., Газизова Н.И. Функция внецитоплазматического пространства высших растений и преемственность её эволюции // Журнал общей биологии.- 1992 Т. 53,№ 6.- С. 851-860.

138. Зялалов А.А., Газизов И.С., Ионенко И.Ф Экспериментальное доказательство сопряженности водного потока с циркуляцией калия в растении // Доклады РАН, 1994, - Т.336, №5, - С. 712-713.

139. Зялалов А.А., Анисимов А.В. Эффект полярного транспорта воды в растении при действии безградиентного давления // Доклады АН СССР. -1984.-Т. 274, №4.-С. 1013-1016.

140. Иванов В.Б. Развитие идей Д.А. Сабинина в исследовании роста и морфогенеза корней // Физиол. раст.- 1989.- Т.36, №5.- С.871-879.

141. Карманов В.Г., Лялин О.О., Мамулашвили Г.Г. и др. Динамика водного обмена высшего растения и её информационная роль //Физиол. и биох. культур, растений, 1974, т. 6, вып.1., с. 69-75.

142. Кефели В.И., Коф Э.М., Власов П.В., Кислин Е.Н. Природный ингибитор роста абсцизовая кислота. - М.: Наука, 1989. - 484 с.

143. Кислин Е.Н., Богданов В.А., Щелоков О.Н. и др. Абсцизовая кислота и индолилуксусная кислоты в культуре корней гороха. Газохроматографический хромато-масспектрометрический анализ // Физиология растений. 1983. - Т. 30. - С. 187-194.

144. Кислин Е.Н., Кефели В.И. Образование абсцизовой и индолил-3-уксусной кислот в побегах и корнях винограда и гороха // Известия РАН (сер. биол.) 1985. - № 3. - С. 375-382.

145. Косаковская И.В., Майдебура Е.В.Фитогормональная регуляция процессов адаптации у растений: роль абсцизовой кислоты в устойчивости к стрессам // Физиол. биохим. культ, раст. 1989. - Т. 21, № 4. - С. 315.

146. Кузнецов Вл.В., Шевякова Н.И. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция // Физиол. раст.- 1999,- Т.46, №2.- С.321-336.

147. Кулаева О.Н. Гормональная регуляция физиологических процессов у растений на уровне синтеза РНК и белка: 4-е Тимирязевское чтение.- М.: Наука, 1982.- 82 с.

148. Леонова Т.Г, Гончарова Э.А., Ходоренко А.В., Бабаков А.В. Солеустойчивые и солечувствительные сорта ячменя и их характеристика // Физиол. раст. 2005. - Т. 52. - С. 876-881.

149. Лялин О.О. К теории трансклеточного осмоса: обратноосмотическая модель корневой экссудации // Физиология растений. 1989, т.38. с. 421434.

150. Лялин О.О., Лукоянова С.А. Влияние кинетина и АБК на параметры корневой экссудации // Физиология растений. 1993. - Т. 40, №3. - С. 406413.

151. Ляшок А.К. Влияние температурного градиента на интенсивность транспирации озимой пшеницы в условиях фитотрона // Докл. ВАСХНИЛ. 1978.-№8.-С. 10-11.

152. Максимов Н.А. Подавление ростовых процессов как основная причина снижения урожаев при засухе // Успехи современной биологии, 1939, Т.1, № 4, С. 124-136.

153. Медведев С.С. Физиологические основы полярности растений // СПб.: «Кольна», 1996, 160 с.

154. Медведев С.С. Физиология растений. Изд-во Санкт-Петербургского университета. - 2004. - 336 с.

155. Медведев С.С. Электрофизиология растений. Изд-во Санкт-Петербургского университета. 1998. 181 с.

156. Медведев С.С., Маркова И.В., Батов А.Ю., Максимов Г.Б. Полярные потоки ионов кальция и рост растительных тканей // Физиол. раст. 1989. -Т. 36.-№5. -С. 990-997.

157. Мелещенко С.Н. Система водного транспорта высшего растения и её элементы. 2. Методы определения упругих свойств стенок одиночных и находящихся в составе тканей клеток растений // Физиология растений. -1997. Т.44. - С.-256-263.

158. Мелещенко С.Н. Система водного транспорта высшего растения и её элементы. 3.Новые представления о «коэффициенте отражения» клеточной мембраны и его связи с параметрами водного транспорта в растущей клетке // Физиол. раст. 1998. - Т.45. - С. 784-794.

159. Москалева О.В., Каравайко Н.Н. Динамика эндогенных фитогормонов в развивающихся проростках кукурузы // Физиол. раст. -1990. -Т. 37.-№6. -С. 1113-1120.

160. Мохамед A.M., Ралдугина Г.Н., Холодова В.П.,. Кузнецов Вл.В. Аккумуляция осмолитов растениями различных генотипов рапса при хлоридном засолении//Физиол. раст. 2006. - Т. 53. -С. 732-738.

161. Нижко В.Ф. Физиологически активные соединения и транспорт веществ в растениях // Физиол. и биохимия культурных растений.- 1983.-Т.15,№3.-С.211-221.

162. Полевой А.В., Танкелюн О.В., Полевой В.В. Быстрая дистанционная передача сигнала о локальном стрессовом воздействии у проростков кукурузы // Физиология растений 1997. - Т.44. - №.5. - С.645-651.

163. Полевой В.В. Физиология растений //М.: Высшая школа. 1989. - 464 с.

164. Полевой В.В. Фитогормоны // Л.: ЛГУ, 1982. 249 с.

165. Пустовойтова Т.Н. Рост растений в период засухи и его регуляция// Проблемы засухоустойчивости растений // М.: Наука. 1978. С. 129-165.

166. Пустовойтова Т.Н. Стрессовые воздействия и изменение уровня регуляторов роста растений // Рост растений и дифференцировка (Кефели В.И. ред.). М.: Наука, 1981. - С. 225 - 244.

167. Самуилов Ф.Д. Водный обмен и состояние воды в растениях //Казань: Изд-во КГУ, 1972, 282 с.

168. Сахабутдинова А.Р. Регуляция салициловой кислотой устойчивости пшеницы к стрессовым факторам: Автореф. дис. канд. биол. наук. Уфа, 2001.-23 с.

169. Сидоров В.П. Транспирация и метаболизм листьев растений // Водный режим растений в связи с разными экологическими условиями: Казань: Изд.-во Казан, ун-та. 1978. - С. 279 - 281.

170. Строгонов Б.П. Метаболизм растений в условиях засоления // 33-е Тимирязевское чтение. М., 1973. С. 51.

171. Строгонов Б.П. Физиологические основы солеустойчивости растений. М.: АН СССР, 1962. - 366 с.

172. Таланова В.В., Титов А.Ф., Минаева С.В., Солдатов С.Е. Раздельное и комбинированное действие засоления и закаливающих температур на растения // Физиология растений. 1993. Т. 40. С. 584-588.

173. Таланова В.В., Титов А.Ф., Минаева С.В., Солдатов С.Е. Раздельное и комбинированное действие засоления и закаливающих температур на растения // Физиол. раст. 1993. - Т. 40. - С. 584 - 588.

174. Усманов И.Ю., Экологическая физиология растений. // М.: Логос, 2001,224 с.

175. Ушаков В.Ю., Колтунова И.Р. О пульсирующем характере транспирации и поступления воды в листья растений // Докл. АН СССР. -1982. Т. 266, № 3. - С. 766-768.

176. Фархутдинов Р.Г., Теплова И.Р., Митриченко А.Н., Кудоярова Г.Р., Веселов С.Ю. Влияние высокой температуры воздуха на содержание АБКи цитокининов и водный обмен проростков пшеницы // Известия РАН. Серия биологическая.- 2003.-№2.- С. 195-200.

177. Ферсман А.Е. Геохимия. Ленинград: Красный печатник. - 1934.354 с.

178. Шакирова Ф.М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем, 2001. - 160 с.

179. Шакирова Ф.М., Безрукова М.В., Шаяхметов И.Ф. Влияние теплового стресса на динамику накопления АБК и лектина в культуре клеток пшеницы // Физиол. раст.- 1995.- Т.42.- С. 700-702.

180. Шаяхметов И.Ф., Шакирова Ф.М. Формирование соматических эмбриоидов в суспензионной культуре клеток пшеницы в присутствии АБК // Физиол. раст.- 1996.-Т. 43.-С. 101-103.

181. Шевякова Н.И. Метаболизм и физиологическая роль пролина при водном и солевом стрессе // Физиол. раст.- 1983.- Т.30.- С. 768-783.

182. Янтурин С.И., Горская Т.Г., Миркин Б.М., Мукатанов А.Х. Опыт анализа фиторекультивационной сукцессии на засолённых почвах Зауралья Республики Башкортостан. Уфа: Принт. - 1994. - 97 с.

Информация о работе

Шарипова, Гузяль Вакильевна
кандидата биологических наук
Уфа, 2007
ВАК 03.00.16

Диссертация

Особенности роста и водного обмена растений пшеницы и ячменя с различной солеустойчивостью при натрий-хлоридном засолении - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Особенности роста и водного обмена растений пшеницы и ячменя с различной солеустойчивостью при натрий-хлоридном засолении - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы