Влияние засоления на ионный статус растений и ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита

Николаева, Юлия Игоревна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Влияние засоления на ионный статус растений и ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Влияние засоления на ионный статус растений и ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

Биологический факультет

На правах рукописи

Николаева Юлия Игоревна

«Влияние засоления на ионный статус растений и ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита»

Специальность 03.00.12 - физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 2005

Диссертационная работа выполнена на кафедре физиологии растений Московского Государственного Университета им. М. В. Ломоносова

доктор биологических наук, профессор И. П. Ермаков

кандидат химических наук старший научный сотрудник Н. Р. Мейчик

доктор биологических наук профессор Е. П. Феофилова

доктор биологических наук профессор Н. П. Кораблева

Ведущая организация: Институт физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН.

Защита состоится 25 ноября 2005 г. в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.46 в Московском Государственном Университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119992, г. Москва, ГСП-2, Ленинские Горы, МГУ, Биологический факультет. Факс-(095) 939-43-09

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.

Автореферат разослан 25 октября 2005 года

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь

диссертационного совета, к. о. н. М. А. Гусаковская

»■ "" -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Выяснение механизмов адаптации растительных организмов к неблагоприятным факторам окружающей среды, в том числе к одному из главных абиотических стрессоров, засолению, - одно из основных направлений физиологии растений. На клеточном и молекулярном уровне интенсивно изучаются процессы, связанные с ответными реакциями растений на действие солевого стресса: изменения в экспрессии генов, метаболизме, физиологических функциях и гомеостазе.

Известно, что высокие концентрации NaCl в среде вызывают осмотический стресс и ионный дисбаланс, ограничивая рост и продуктивность растений. Водный дефицит, возникающий в условиях засоления, сказывается, прежде всего, на способности клеток к росту растяжением. Поддержание роста в этих условиях связано как с регуляцией водного и осмотического гомеостаза, так и с изменением свойств клеточных стенок растений (Cosgrove and Li, 1993). В последние годы значительный прогресс в изучении клеточных стенок на молекулярном уровне достигнут в результате исследования состава и свойств составляющих ее полисахаридов, структурных белков и ферментов. Однако на этом фоне существует мало работ, посвященных влиянию различных стрессоров на процессы, происходящие в этом внеклеточном компартменте. Наиболее изученными в этом отношении являются вопросы, связанные с взаимодействием клеточной стенки с патогенами. Показано, что внедрение патогена приводит к изменению активности ряда ферментов, сопровождается активацией синтеза структурных белков и лигнина, изменениями в соотношении фракций полисахаридов матрикса (Заботин и др., 1995, Горшкова, 1997). В то же время мало известно о том, какие изменения в клеточных стенках возникают под действием абиотических стрессоров, в частности, засоления. Сформулировано представление, что, клеточная стенка может являться источником сигналов для запуска ответных, защитных реакций растительного организма.

По современным представлениям клеточная стенка - сложноорганизованная, многофункциональная система (Carpita and Gibeaut, 1993; Шарова, 2004). Она представляет собой внешний компартмент растительной клетки, который первым контактирует с наружным раствором и модифицирует его состав за счет реакций обмена между ионообменными группами полимерного матрикса стенок и ионами среды, тем самым, регулируя поступление веществ внутрь клетки. Эффективность модификации внешнего раствора клеточными стенками определяется их ионообменными свойствами.

Исследованию особенностей функционирования клеточных стенок растений как природных ионообменников в условиях засоления посвящены немногочисленные публикации (Bigot and Binet, 1986). Практически нет работ, в которых ионообменная способность клеточных стенок оценивалась бы количественно. В литературе также отсутствуют сравнительные исследования такого плана, проведенные на галофитах и гликофитах, что крайне важно для выявления роли клеточных стенок в механизмах солеустой-чивости. В связи с этим цель данной диссертационной работы состояла в оценке ионного статуса растений и ионообменной способности полимерного матрикса клеточных стенок галофита Suaeda altissima (L.) Pall, и гликофита Spirtacia oleracea L., и их возможного вклада в адаптацию растений к засолению.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Определить эндогенное содержание ионов (калия, натрия, хлорида) в тканях галофита и гликофита, выращенных на питательном растворе с разной концентрацией хлористого натрия.

2. Оценить влияние засоления на распределение ионов между органами (лист, корень) исследуемых растений.

3. Изучить качественный и количественный состав функциональных групп полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита и выявить изменения в нем в ответ на действие засоления.

4. Провести сравнительное исследование физико-химических свойств полимерного матрикса клеточных стенок S altissima и S. oleracea:

• определить константы диссоциации функциональных групп, расположенных в полимерной структуре клеточных стенок и способных вступать в ионообменные реакции с внешней средой;

• определить коэффициенты набухания полимерного матрикса клеточных стенок при разных значениях рН и ионной силы внешнего раствора;

• оценить степень сшивки линейных цепей в полимерном матриксе клеточных стенок галофита и гликофита.

Научная новизна работы. Впервые установлен«?, что в составе полимерного матрикса клеточных стенок галофита сведы и гликофита шпината содержатся четыре типа

ионообменных групп, три из которых являются катионообменными (карбоксильные группы полигалактуроновой и оксикоричных кислот, фенольные группы), и одна -анионообменной (аминогруппы). Впервые определены физико-химические параметры, количественно характеризующие ионообменные свойства и способность к набуханию полимерного матрикса клеточных стенок растений, различающихся по солеустойчиво-сти. Определены интервалы рН, в которых функциональные группы матрикса ионизированы и способны вступать в обменные реакции с катионами и анионами внешней среды. На основании значений коэффициентов набухания клеточных стенок S altissima и S. oleráceo установлено, что степень сшивки полимеров клеточных стенок галофита значительно превышает этот показатель у гликофита. Впервые показано, что объем клеточных стенок S altissima и S oleracea не является постоянной величиной и зависит от ионных условий и рН внешнего раствора и апопласта.

Практическая значимость работы. Полученные в работе данные расширяют фундаментальные знания о роли клеточных стенок в адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среды и могут быть включены в курсы лекций по минеральному питанию и стресс-устойчивости растений. Показано, что одной из ответных реакций галофита и гликофита на засоление являются изменения в физико-химических свойствах полимерного матрикса клеточных стенок. Полученные в работе физико-химические параметры (AS1, рКа', S,1", Sf и К"1) позволяют предсказывать изменения в ионном составе раствора у плазмалеммы на начальном этапе поглощения элементов минерального питания.

Публикации. Всего по материалам диссертации опубликовано 7 работ. Экспериментальные данные, представленные в диссертации, получены лично соискателем и опубликованы в соавторстве с руководителями и сотрудниками, работавшими совместно с автором.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на_стр. машинописного текста и состоит из введения,_глав, выводов, списка цитированной литературы, включающего_наименования (из них_на иностранных языках), приложения.

Работа содержит_таблиц и иллюстрирована_рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследования служили 50-60-дневные растения галофита Suaeda altis-sima (L.) Pall, (сведа) и гликофита Spinacia oleráceo L сорта Матадор (шпинат) из семейства Chenopodiaceae. Семена растений в течение двух недель проращивали во влажном песке (сведа) или вермикулите (шпинат), а затем проростки пересаживали на питательный раствор (Robinson and Dountov, 1985). Растения росли в оранжерее при дневной температуре воздуха 25° и ночной - 18°, при естественном освещении с подсветкой лампами ДРЛ-1000, при освещенности 25-30 кЛюкс. Четырехнедельные растения подвергали засолению, внося в питательный раствор NaCl каждые 2-3 дня таким образом, чтобы концентрация NaCl в сосуде увеличивалась не более чем на 50 мМ. Концентрация хлористого натрия в питательной среде для шпината составляла 0,5, 150, 250 мМ, для сведы - 0,5, 250, 750 мМ. Листья у растений шпината разделяли на нижний (первые 4 листа) и верхний (остальные листья) ярусы.

Выделение клеточных стенок из разных тканей растений проводили в соответствии с методикой (Meychik et al., 1999, Meychik and Yermakov, 2001). Интактный или высушенный растительный материал помещали в стеклянную ионообменную колонку (V=250 мл), промывали в динамических условиях последовательно 1%-ными растворами щелочи, кислоты и дистиллированной водой до отсутствия хлорид-ионов в промывных водах, а затем высушивали в присутствии поглотителя (СаС12) при 55-60°до постоянного веса.

Для оценки качества выделения клеточных стенок проводили микроскопический анализ препаратов, окрашенных флуоресцентным красителем DAPI.

Для определения качественного и количественного состава ионообменных групп полимерного матрикса клеточных стенок использовали потенциометрическое титрование, которое осуществляли методом отдельных навесок (Мейчик и др., 1999). Расчет кривых титрования проводили, как описано в работах (Meychik and Yermakov 1999, 2001). Количество функциональных групп каждого типа, а также значения рН, отвечающие началу и концу их ионизации определяли, анализируя экспериментальные

кривые зависимости сорбционной способности клеточных стенок от рН. Содержание свободных аминогрупп определяли методом неводного титрования в уксусной кислоте (Черонис и Ма, 1973).

Определение содержания воды в тканях растений и весового коэффициента набухания клеточных стенок в воде проводили в соответствии с методикой (Meychik and Yermakov, 2001). Весовой коэффициент набухания стандартизованных клеточных стенок (О и содержание воды в корнях и листьях (Q) определяли по соответствующим формулам (Гельферих, 1962).

Эндогенное содержание ионов калия и натрия в тканях растений определяли по-тенциометрическим методом с использованием ионселективных электродов, хлорид-ионов - титриметрическим методом.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программ SPSS, версия 13.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Эндогенное содержание ионов в тканях растений и их распределение между органами в зависимости от концентрации NaCI в среде

Для оценки ионного статуса растений, выращенных при разном уровне засоления, получены данные об эндогенном содержании ионов калия и натрия в тканях сведы и шпината. Накопление этих ионов в органах растений отчетливо указывает на различие в поведении галофита и гликофита (табл.1). С увеличением концентрации NaCI в питательном растворе у сведы и шпината возрастает содержание натрия в тканях. Однако во всех вариантах в тканях сведы накапливается значительно больше Na+, чем у шпината. Так, с увеличением засоления питательного раствора у сведы содержание Na+ в корнях возрастает от 80 до 700, тогда как у шпината - от 20 до 120 мкмоль/г сырой массы. В листьях различия по содержанию этого иона между галофитом и гликофитом достигают еще больших величин, составляя для сведы свыше 1000 мкмоль/г сырой массы. Механизм адаптации галофита сведы в условиях засоления основан на накоплении больших количеств ионов в вакуолях клеток надземных органов для создания градиента водного потенциала вдоль оси растения. Результаты о накоплении ионов натрия в листьях сведы свидетельствуют о наличии у этого растения эффективно функционирующего механизма загрузки ксилемы Na+.

С изменением уровня засоления от 0,5 до 750 мМ (сведа) и от 0,5 до 250 мМ (шпинат) содержание К+ в корнях сведы увеличивается в два раза, тогда как у шпината

уменьшается во столько же раз. В этих условиях в листьях галофита происходит резкое снижение содержания калия от 350 до 60 мкмоль/г сырой массы, в то время как у шпината уменьшается незначительно. По-видимому, это обусловлено тем, что у сведы, в отличие от шпината, натрий может замещать большую часть калия в листьях при выполнении осморегуляторной функции. Результаты о накоплении ионов натрия и калия в корнях сведы и шпината могут косвенно свидетельствовать об эффективности функционирования калий-транспортирующих систем. Значительно более низкие концентрации калия в клетках корня гликофита могут быть связаны или с более низкой избирательностью калий-транспортирующих систем, или с их ингибированием в условиях засоления.

Таблица 1. Эндогенное содержание ионов (Э„ мкмоль/г сырой массы), коэффициенты концентрирования (к,) ионов в корнях и листьях галофита сведы и некоторых гликофитов, выращенных на питательной среде в присутствии 0,5 мМ ЫаС1. *- листья нижнего яруса **- листья верхнего яруса

объект орган Эма Эк Эс, кма кК кС1

Свела корни 76+12 90+12 43±5 152 13 72

листья 233±44 343+45 54+4 466 49 90

Шпинат корни 18±5 86+3 29+7 36 12 48

листья н.я. * 14+1 227+8 20+4 28 32 33

листья в.я. ** 13±1 182+14 29±6 26 26 48

Маш корни 9±1 54+10 27±9 18 27 11

гипокотиль 6±1 80±16 45+16 12 40 15

листья 4±1 53+18 34±12 9 27 11

Огурец корни 14±4 22+7 29±10 28 3 49

листья 10±4 18±7 74±18 20 3 124

Пшеница корни 24+10 28±8 11±3 48 4 18

первый лист 14±3 78±20 37±9 28 14 61

Отличительной особенностью поведения галофита является высокое накопление в тканях при его низкой доступности в среде. Количественной характеристикой аккумулирования иона может служить коэффициент накопления или концентрирования (к,), равный С|п/Соц1) где Сш - концентрация иона в тканях, мМ; Сои, - концентрация иона в среде, мМ. Расчеты свидетельствуют, что при условии низкой концентрации Ыа+ в среде значение к№ в 4 раза в корнях и в 15 раз в листьях сведы выше по сравнению со

шпинатом (табл.1). Следует отметить, что при этих условиях процесс концентрирования Na+ происходит также в тканях шпината.

Чтобы установить, является ли способность к накоплению Na+ при его низкой доступности в среде отличительной особенностью растений из семейства Chenopodiaceae, проведено определение эндогенного содержания ионов в тканях гликофитов из других семейств, выращенных в аналогичных условиях. Полученные результаты (табл. 1) свидетельствуют о том, что в корнях и листьях пшеницы, огурца и маша также накапливается натрий, причем величины kNa и в корнях, и в листьях одного порядка со значением этого параметра у шпината. Следовательно, можно полагать, что натрий является необходимым элементом и для гликофитов (маш, огурец, пшеница). Значительное накопление Na+ в тканях растений при его малых концентрациях в среде, вероятно, связано с разной гидратацией ионов натрия и калия в водных растворах. Известно, что натрий, обладая положительной гидратацией, снижает подвижность молекул воды и упрочняет ее структуру, а калий, наоборот, разрушает структуру воды, делая ее более подвижной (отрицательная гидратация). Можно предположить, что накопление натрия при его низкой доступности в срсде необходимо растениям, чтобы связать часть молекул воды или уменьшить ее активность и, таким образом, снизить потери воды при транспирации. Вероятно, с этим свойством натрия связано его преимущественное, по сравнению с калием, накопление в тканях галофита.

Известно, что хлорид является необходимым элементом питания для всех растений, но потребность в этом ионе невелика и составляет всего лишь 3-10 мкмоль/г сухой массы. При этом все растения накапливают хлорид в концентрациях, превышающих необходимый уровень, однако причины данного явления не установлены (Marschner, 1995; White and Broadley, 2001). С увеличением уровня засоления у галофита и в корнях, и в листьях содержание хлорид-иона резко повышается, тогда как у гликофита в корнях изменяется незначительно, а в листьях возрастает более чем на порядок (табл.1). Следует отметить, что у сведы при всех условиях в корнях и листьях Na+ накапливается вдвое больше, чем СГ, в то время как у шпината концентрация хлорид-ионов в листьях выше, чем ионов натрия. Эти результаты подтверждают точку зрения о том, что многие соле-чувствительные виды способны эффективно исключать Na+ из поглощения, но не обладают такой способностью по отношению к СГ (Marschner, 1995). Поэтому даже при небольшом уровне засоления токсичность хлорида является главной причиной снижения роста этих растений. При низких концентрациях СГ в среде в тканях и сведы, и шпината

происходит его значительное накопление, о чем свидетельствует kCi (табл.1). Можно полагать, что хлорид-ион является эффективным осморегулятором у этих растений.

Результаты по распределению Na+ и К+ по орг анам также свидетельствуют об отличиях в адаптации растений с разной солеустойчивостыо. У сведы и шпината 80-90 % калия и натрия сосредоточено в тканях надземных органов, главным образом в листьях, тогда как у маша в листьях накапливается не более 15% от общего содержания этих ионов в растении. Шпинат и маш являются гликофитами, но существенно различаются по солеустойчивости. Шпинат менее чувствителен к засолению, т.е. концентрация NaCI до 100 мМ не оказывает ингибирующего влияния на рост этого растения. Полученные результаты по распределению натрия подтверждают известные данные о том, что главным направлением адаптации солечувствительных гликофитов является ограничение потока натрия из корней в надземные органы, вероятно, за счет их способности реабсорбиро-вать натрий клетками корня из ксилемы (Tester and Danenport, 2003).

Исследование ионообменных свойств полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита

Известно, что от ионообменных свойств клеточных стенок в определенной степени зависит способность к поглощению элементов минерального питания и ионный состав растений. Ионообменная способность полимерного матрикса клеточных стенок, изолированных из разных органов галофита и гликофита, была исследована с помощью по-тенциометрического метода, который ранее был разработан и применен к исследованию структуры ионогенных групп клеточных стенок других растений (Мейчик и др., 1999, Meychik and Yermakov, 1999, 2001). На рис. 1 представлены экспериментальные кривые pH,=f(S,) титрования клеточных стенок корней сведы и шпината, выращенных при разном уровне засоления. Область положительных значений S, соответствует выделению протонов в соответствии с уравнением реакции ~СООН + Na+—» ~COONa + Н+, где ~ обозначает полимерную цепь. При рН > 10,8 значения катионообменной (S^") достигают максимального уровня. S"" характеризуют общее количество кислотных, которые имеются в полимерной структуре и потенциально способны принимать участие в реакциях обмена при соответствующих значениях рН окружающей среды.

Кривые потенциометрического титрования имеют сложную полисигмоидную форму, что свидетельствует о наличии в структуре полимерного матрикса клеточных стенок исследуемых растений нескольких типов функциональных групп. Разделение кривых на

моносигмоидныс участки проводили согласно дифференциальным кривым (dS/dpH,)=f(pH,), показывающим ряд минимумов, которые соответствуют началу (а = 0) и концу (а = 1) ионизации функциональной группы j-того гипа (Meychik and Yermakov,1999) В соответствии с дифференциальными кривыми, полученными из экспериментальных погенпиометрических кривых, определили количество ионогенных групп каждого гипа, содержащихся в полимерном матриксе клеточных стенок.

а б

I------

Рис.1. Экспериментальные кривые потенциометрического титрования полимерного матрикса клеточных cieHOK корней шпината (а) и сведы (б), выращенных при разной концентрации NaCl в среде. Ионная сила раствора при титровании шпината - 250 мМ, сведы - 750 мМ. S - ионообменная способность полимерного матрикса клеточных стенок, мкмоль/г сухой массы полимерного матрикса клеточных стенок. В легенде цифрами обозначена концентрация NaCl в среде выращивания, мМ.

Для расчета величин констант ионизации ионогенных групп (табл.3) применено модифицированное Грегором уравнение Хендерсона-Хассельбаха (Gregor et al, 1954).

pH^pKa+nlo^~j, (1)

где pKa - кажущаяся константа ионизации ионогенной группы полимера, а - сгепень диссоциации, п - константа, зависящая от строения полимерной матрицы и природы противоиона. Анализ экспериментальных данных показал, что во всех случаях между

соответствующими величинами pH, и log ш ——— существует статистически значи-

мая прямолинейная зависимость. С помощью метода регрессионного анализа по уравнению (1) рассчитаны значения рКа' и IV для каждой ступени ионизации.

Адекватность примененного подхода к описанию кислотно-основного равновесия оценивали методом регрессионного анализа, определяя параметры уравнения:

Б = В Б + А, (2)

расч эксп 4

где Бдап и Брасч - экспериментально полученная и рассчитанная ионообменная способ-нооь при соответствующем значении рН, мкмоль/г сухой массы клеточных стенок; 4 и В - параметры регрессии. Расчеты показали, что выбранная модель полностью соответ-сгвуе! полученным в настоящей работе экспериментальным данным, о чем свидетельствуют величины коэффициентов корреляции (гсогг) зависимостей 8расч = ./[$зксп ), а также значения коэффициентов А и В уравнения 2. Во всех вариантах гсогг -> 1, значение А не превышает погрешности эксперимента, а В -» 1.

Результаты расчета кривых потенциометрического титрования свидетельствуют, что в структуре полимерного матрикса клеточных стенок и галофита, и гликофита содержится 4 типа ионогенных групп, способных принимать участие в обменных реакциях с ионами внешней среды при соответствующих условиях: три из них - катионообмен-ные, а четвертая обменивает анионы. В клеточных оболочках корней и листьев содержание аминогрупп колеблется в пределах 500-900 мкмоль/г сухой массы клеточных стенок, а общее количество катионообменных — от 1200 до 2000 мкмоль/г сухой массы клеточных стенок (табл. 2).

Таблица 2. Влияние концентрации ЫаС1 в среде выращивания (СЫаС1, мМ) на общее содержание анионообменных (5'"") и катионообменных (5™*) групп в полимерном матрик-се клеточных стенок растений сведы и шпината. 5'"", 5'°' - выражены в мкмоль/г сухой массы клеточных стенок

Сведа Шпинат

ткани 5,°" 5Г ткани 5Г

0,5 корни 652+28 1710±140 0,5 корни 832+66 1240±58

листья 796±10 1820±100 листья 799+10 1470+85

250 корни 519±18 1720+110 150 корни 833±32 12651110

листья 592±85 1980±140 листья 777±27 1555±145

750 корни 726±8 1620±200 250 корни 621±90 1760+168

листья 491±18 1800±150 листья 796±35 1905±148

Во всех вариантах количество катионообменных групп значительно превосходит количество анионообменных. Эти данные показывают, что клеточные стенки галофита и гликофита из сем. Chenopodeaceae являются природными катионообменниками (Grignon and Sentenac, 1991) и обладают, в основном, катионообменными свойствами, как это было показано и для других видов растений (Meychik et al., 1999, Meychik and Yermakov, 2001).

На основании рассчитанных значений pK^, данных по химическому составу клеточных стенок (Buchanan, 2000), результатов потенциометрического титрования клеточных стенок корней растений (Мейчик и др., 1999; Meychik and Yermakov, 2001) можно

1 2 полагать, что ионогенные группы с рКа являются аминогруппами, группы с рКа - карбоксильными группами a-D-полигалактуроновой кислоты (ПГК), группы с рКа3 - кар-

боксильными группами оксикоричных кислот, а группы с рКа - фенольными группами.

Результаты работы показывают, что по качественному составу функциональных групп полимерный матрикс клеточных стенок галофита и гликофита не отличается, о чем свидетельствуют значения констант диссоциации (табл. 3). Кроме того, на состав ионообменных групп экстраклеточного матрикса этих растений не оказывает влияние уровень засоления внешней среды: во всех вариантах имеются аминогруппы, два типа карбоксильных и фенольные группы.

Таблица 3. Константы диссоциации (pKaJ) функциональных групп полимерного матрикса клеточных стенок корней галофита и гликофита при ионной силе pací вора 250мМ NaCl. j - тип функциональных групп, 1 - аминогруппы, 2 - карбоксильные группы полигалактуроновой кислоты, 3 - карбоксильные группы оксикоричных кислот, 4 -фенольные группы

Сведа Шпинат

1 ~2 ~2

2 3,73±0,15 3,77±0,15

3 7,32±0,10 6,88+0,45

4 9,31 ±0,12 9,63±0,43

В зависимости от концентрации соли в среде выращивания в клеточных стенках галофита и гликофита изменяется количество карбоксильных групп ПГК. С повышением концентрации ЫаС! в среде до 250 мМ и у сведы, и у шпината происходит увеличение

количества групп ПГК, но у гликофита их содержание в корнях возрастает на 30%, то-1да как у 1алофи1а - в 2 раза (рис.2). В сгенках листьев исследуемых растений содержание этих групп также значительно увеличивается.

р корни! листья

О 5 250 750

Концентрация №С1- в среде, мМ

0 5 150 250

концентрация №С1 в среде, мМ

Рис. 2. Влияние засоления на содержание карбоксильных групп полигалактуроновой кисло ш (Б2, мкмоль/г сухой массы клеточных стенок) в полимерном матриксе клеточных стенок галофита и гликофита.

Следу61 отметить, что при оптимальном для галофита уровне засоления (СМаС1 в среде 250 мМ) клеточные стенки содержат в 1,5- 2 раза больше групп ПГК, чем клеточные стенки растений, выращенных при других условиях. Изменения в количестве групп ПГК при увеличении концентрации соли в среде, вероятно, являются одной из ответных реакций галофита и гликофита на засоление, при этом следует отметить, что у сведы такие изменения более ярко выражены. С увеличением уровня засоления происходит также увеличение количества двух других типов катионообменных групп в клеточных стенках.

С увеличением СЫаС' и у галофита ([абл.4), и у 1 ликофита изменяется константа ионизации карбоксильных групп ПГК, в то время как рКа двух других групп мало зависят

Таблица 4. Влияние ионной силы раствора (I) на константу диссоциации (рКа') функциональных групп полимерного матрикса клеточных стенок корней галофита. ] - тип ионогеиной группы, 2 - карбоксильные группы полигалактуроновой кислоты, 3 -карбоксильные группы оксикоричных кислот, 4 - фенольные группы

.1 РКа

1= ЮмМ I = 250 мМ I = 750 мМ

2 4,79+0,13 3,73+0,15 3,33+0,02

3 7,49±0,07 7,32±0,10 7,33±0,08

4 10,13±0,12 9,31 ±0,12 9,30±0,10

от концентрации хлористого натрия в растворе. У гапофита и гликофита с увеличением содержания №С1 в питательном растворе уменьшается константа ионизации карбоксильных групп ПГК или усиливаются их кислотные свойства. Таким образом, в ответ на засоление должно происходить увеличение ионообменной способности полимерного магрикса клеточных стенок. Доказательством последнего утверждения могут служить полученные в работе зависимости ионообменной способности изолированных клеточных стенок от концентрации хлорида натрия (С141301) во внешнем растворе (рис. 3).

05 1 1,5 2 25 >— 0 5мМ -■— 250 мМ А 750 нМ

Рис. 3. Зависимость ионообменной способности (Я) клеточных стенок, изолированных из корней растений шпината (А) и сведы (Б), от концентрации ЫаС1 в растворе (р№) и уровня засоления в среде выращивания (цифры в легенде диаграмм)

Во всех вариантах выращивания у галофита и гликофита с увеличением СМаС1 резко возрастает ионообменная способность клеточных стенок, причем и для корней, и для листьев указанные зависимости имеют аналогичный характер. В зависимости от уровня засоления для корней сведы параметр в изменяется от 50 до 150-250, а для корней шпината - от 30 до 130-200 мкмоль/г сухой массы клеточных стенок в интервале изменения ионной силы от 5 до 1000 мМ. Следует подчеркнуть, что при любых условиях способность к ионному обмену клеточных стенок сведы выше по сравнению со шпинатом (рис. 3).

Слепень ионизации (а) слабых кислот и оснований, к которым относятся и ионо-генные группы в структуре полимерного матрикса клеточных стенок, зависит лишь от двух факторов: от значений рП и рКа. Последний параметр, как известно, является постоянным для любой кислоты или основания. Следовательно, для фиксированного значения рН степень ионизации зависит только от химической природы кислоты или основания (Альберт и Сержент, 1964). На основании полученных в работе результатов мож-

но рассчитать степень диссоциации каждой группы в зависимости от рН и ионной силы раствора. Так как качественный состав ионогенных групп клеточных стенок сведы и шпината идентичен, то представленные кривые (рис. 4) характеризуют состояние ионообменных групп полимерного матрикса клеточных стенок и галофита, и гликофита при разной ионной силе внешнего раствора. Так, при рН=5 около 60% карбоксильных групп ПГК ионизировано в среде с 10 мМ №С1, в то время как при 250 мМ ЫаС1 величина а достигает 80%. В этих условиях все карбоксильные группы оксикоричных кислот не способны к реакциям обмена с ионами внешней среды. При рН=7 карбоксильные группы ПГК полностью диссоциированы, тогда как а карбоксильных групп оксикоричных кислот достигает 30%. Следует отметить, что фенольные и аминогруппы всегда закрыты при физиологических условиях (рН 5,0-8,0) и, следовательно, не принимают участие в ионообменных реакциях.

рН

Рис. 4. Зависимость степени диссоциации (а) функциональных групп полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита от рН и ионной силы раствора. 2 - карбоксильные группы полигалактуроновой кислоты; 3 - карбоксильные группы оксикоричных кислот; 4 - фенольные группы 10, 250, 750 - значения ионной силы растворов, мМ

Известно, что растительная клеточная стенка представляет собой природный слабо-сшитый ионообменник (Grignon and Sentenac, 1991). Одним из важных физико-химических показателей, которые количественно характеризуют свойства полимера, как

ионообменника, является набухание. Количественной характеристикой этого процесса служит весовой коэффициент набухания (К™), равный количеству воды в полимере, отнесенной к грамму сухой массы вещества. Причиной набухания ионообменных материалов в водном растворе является наличие гидрофильных групп, причиной нерастворимости - существование поперечных связей. Степень набухания ионообменного материала зависит от свойств ионита и состава внешнего раствора. Известно, что способность к набуханию возрастает с уменьшением степени поперечной связанности, с увеличением общего количества ионогенных групп, с увеличением степени их диссоциации, с уменьшением концентрации раствора и зависит от радиуса гидратированного иона, которым заполняется сорбент (Гельферих, 1962).

У галофита и гликофита коэффициент набухания клеточных стенок, также как ионообменная способность, зависит от ионной силы внешнего раствора. К™ увеличивается с уменьшением ионной силы раствора и с увеличением рН (или степени диссоциации ионогенных групп) (рис. 5). Во всех случаях набухание клеточной стенки минимально в кислой области. Это означает, что клеточные стенки сжимаются или уменьшаются в объеме с уменьшением рН апопласта или внешней среды. Полученные результаты отчетливо показывают, что объем клеточных стенок сведы и шпината не является постоянной величиной и зависит от ионных условий и рН внешнего раствора и внутри апопласта.

о ш

Е к

Сведа

и«'

750

О В

Шпинат

ю А

250

Рн

рн

Рис. 5. Влияние рН и ионной силы раствора на коэффициент набухания (Кс^ полимерного матрикса клеточных стенок корней сведы и шпината. Цифрами на рисунке обозначены значения ионной силы растворов, мМ

Основываясь на знаниях о физико-химических закономерностях набухания синтетических ионообменных материалов (Гельферих, 1962), можно полагать, что главный

фактор, который определяет способность к набуханию - это степень сшивки полимерных цепей, расположенных в структуре клеточных стенок. Прямых чеюдов, позволяющих определить это! параметр, не существует, но есть возможность его оценки косвенным путем. Известно, что, чем выше степень сшивки полимерных цепей, тем ниже коэффициент набухания полимерного материала в воде (Либинсон, 1969, Шатаева и др.. 1979).

В соотвстсiвии с данными о набухании клеточных стенок высших растений (Меу-chik and Yermakov, 2001, 2003) и результатами настоящей работы можно полагав, что у галофи га и гликофита из сем. Chenopodeaceae степень сшивки полимерных цепей в клеточных стенках корней значительно выше по сравнению с гликофитами из дру[их семейств. Этот вывод следует из сравнительною анализа значений коэффициента набухания стенок в воде, который свидетельствует, что у исследуемых растений этот параметр в 2 - 4 раза меньше, чем у других (табл. 5). Сравнение способности к набуханию полимерного матрикса клеточных стенок корней показывает, что при всех условиях выращи-

вапия у сведы значение К на 20-40% ниже, чем у шпината. Кроме того, и доля клеточных стенок от сухой массы тканей (G) больше у сведы по сравнению со шпинатом (табл. 5).

Таблица 5. Влияние концентрации NaCl в среде (С N"CI, мМ ) на весовой коэффициент набухания корней (Q, г Н20/г сухой массы корней), выделенных из них клеточных стенок (Kcw , г Н20/г сухой массы клеточных стенок), относительную сухую массу клеточных стенок (G, %) и количество групп ПГК (AS2, мкмоль/г сухой массы клеточных стенок)

Объект q NaCl Q KcW G AS2

люпин 0,5 18,3±1,2 18,1 ±0,7 33±1 400±23

горох 0,5 21,6+1,1 19,6±2,5 45±1 300+38

пшеница 0,5 10,9±2,9 10,7±2,6 57±3 150±17

шпинат 0,5 9,8±0,9 4,9±1,1 24±2 300±14

150 8,2±1,0 5,5±0,4 24±2 345±28

250 8,3+1,0 - 28±3 420±45

сведа 0,5 7,5+0,6 4,1 ±0,2 56±3 303±21

250 8,7±0,4 4,7±0,1 47±2 523±15

750 6,0±0,5 4,2±0,2 46±2 333±20

Таким образом, результаты исследования показывают, что существуют отличия в строении полимерного матрикса клеточной стенки сведы и гликофитов, которые обусловлены разной степенью сшивки полимерных цепей. У галофита сведы более жесткая структура полимерной матрицы, которая обеспечивает более высокую механическую и химическую устойчивость клеточных оболочек в условиях засоления.

Следует отметить, что у сведы и шпината набухание клеточных стенок, изолированных из сухого и интактного материала, значительно отличается (табл. 6). Это свидетельствует о том, что поглощение воды клеточными стенками обеспечивается не только разностью водного потенциала между внешней средой и стенкой, но и конформацией полимеров матрикса клеточных стенок.

Таблица 6. Набухание в воде полимерного матрикса клеточных стенок сведы, изолированных из сухой (К™ ) и интактной (К0*) тканей корня, - г воды/г сухой массы клеточных стенок. СКаС| - концентрация ШС1 в среде, мМ

£NaCI Ткани к™ Kcw

0,5 корни 7,2±0,5 4,1+0,2

лист 12,3±2,0 5,2+0,2

250 корни 7,5±0,6 4,7+0,1

лист 13,5±1,1 8,0±0,3

750 корни 6,9±0,6 4,2±0,2

лист 15,4+3,7 6,4±0,4

На основании данных этой работы возможно оценить концентрацию протонов в экстраклеточном пространстве, образующихся в результате реакций обмена между катионами внешней среды и протонами ионизированных карбоксильных групп клеточ-ныхстенок при изменении уровня засоления во внешней среде. Иллюстрацией этого по-

,,+ NaCl

ложения служит полученная нами экспериментальная зависимость С =f(-log1QC ) (рис.6), отражающая величину концентрацию протонов в апопласте при воздействии на клеточные стенки растворами с разным уровнем концентрации соли. Расчеты показывают, что у сведы повышение концентрации соли во внешнем растворе на 50 мМ, например, от 200 до 250 мМ, приведет к снижению кислотности в экстраклеточном пространстве на 3-3,5 единицы рН. Если концентрация соли увеличивается на 100-150 мМ (например, от 10 до 150 мМ), то рН в апопласте может снизиться до значений менее 1,

что, в свою очередь, может привести к гибели клетки. Известно, что при выращивании галофита в водной культуре, концентрацию соли в среде увеличивают постепенно, не более чем на 50 мМ единовременно (Robinson and Dountov, 1985). Вполне вероятно, что такая процедура обусловлена вышеуказанными причинами. Резкое повышение концентрации NaCl в растворе может привести к гибели клетки под воздействием высокой концентрации выделяющихся из клеточных стенок протонов. 200

160

^ 120

О 0,5 1 1,5 2 2,5 -log10(CN')

Рис. 6. Концентрация протонов (Сн+, мМ) в водной фазе полимерного матрикса клеточных стенок корней сведы в зависимости от условий выращивания и концентрации NaCl. 1,2,3- концентрация NaCl в среде выращивания 250; 0,5 и 750 мМ, соответственно. CN" - концентрация NaCl в опытных растворах, М

Анализ данных литературы свидетельствует, что снижение pH в апопласте за счет

работы Н+-АТФазы приводит к стимулированию различных транспортных процессов

(Yan et al., 1998). При высокой концентрации калия в среде в Н -сопряженном поглощении элементов минерального питания большую роль играет pH апопласта (Amtmann, 1999), при этом протоны внеклеточного компартмента являются не только субстратом для транспортных систем, но и воздействуют на электрические движущие силы этого процесса путем изменения мембранного потенциала. Методом patch-clamp на выделенных из корней ячменя протопластах показано, что активность K-селективных входящих каналов (KIRCs) плазматической мембраны зависит от pH апопласта- уменьшение pH внешнего раствора увеличивает проводимость KIRCs (Amtmann et al., 1999). С другой стороны, наши результаты исследования ионообменных свойств клеточных стенок показывают, что в условиях солевого стресса за счет реакций обмена между катионами внешнего раствора и протонами карбоксильных групп клеточных стенок образуется высокая концентрация протонов около плазмалеммы, которая, вероятно, влияет на процессы транспорта ионов в клетку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплекс проведенных исследований показал, что галофит отличается от гликофита по ионообменным свойствам клеточных стенок. Для количественной характеристики этих свойств была использована сорбционная способность по катионам и коэффициент набухания полимерного матрикса клеточных стенок. У галофита сведы ионообменная способность клеточных стенок и доля полимерного матрикса от общей сухой массы тканей приблизительно в 1,5 раза выше, чем у гликофита шпината. Вероятно, эти отличительные особенности позволяют галофиту более эффективно противостоять солевому стрессу.

Коэффициент набухания характеризует степень сшивки между цепями полимеров клеточных стенок и является количественной характеристикой проницаемости полимерного матрикса. Сравнительный анализ коэффициентов набухания клеточных стенок сведы и шпината, а также других представителей гликофитов (табл. 5) показал, что свела характеризуется более высокой степенью сшивки полимеров в матриксе клеточных стенок. На основании этих результатов можно полагать, что в условиях засоления клеточные стенки галофита с большей эффективностью защищают клетку от стрессового воздействия по сравнению с гликофитом, так как в первом случае поток натрия из внешнего раствора к плазмалемме будет существенно меньше. Вероятно, данный эффект играет важную роль в механизме солеустойчивости галофита, особенно при резких колебаниях концентрации соли в окружающей среде.

С увеличением концентрации ЫаС1 в среде у галофита и гликофита снижается кажущаяся константа диссоциации карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты, следовательно, увеличивается количество ионогенных групп, способных обменивать протон на катион внешней среды. В результате этого раствор в фазе клеточной стенки будет содержать меньше ионов натрия, чем внешний раствор. В условиях солевого стресса в растворе у плазмалеммы возрастет концентрация протонов и ионов кальция за счет реакций обмена между катионами внешнего раствора и ионизированными карбоксильными группами полимерного матрикса клеточных стенок, что, вероятно, приведет к изменению транспортных функций плазматической мембраны.

низкой ионной силе внешнего раствора (высокой скорости транспирации) апопласт-ный путь движения воды является определяющим, так как в этих условиях гидравлическое сопротивление корня низкое, что обеспечивает быстрое поглощение воды (Steudle and Peterson, 1998). На основании анализа данных литературы и наших экспериментальных результатов мы пришли к заключению, что у сведы и шпината существует прямая связь между набуханием полимерного матрикса клеточных стенок корня и водным током, и важная физиологическая функция клеточных стенок корня этих растений может быть связана с регуляцией движения воды по корневому апопласту. Это свойство полимерного матрикса клеточных стенок особенно важно для корней, главной функцией которых является поглощение воды и растворенных веществ. Вполне вероятно, что изменение гидравлической проводимости клеточных стенок с увеличением уровня засоления среды является важным фактором в адаптации галофита и гликофита к солевому стрессу, так как поток концентрированного по соли раствора к цитоплазматическому содержимому клетки снижается.

Данные о накоплении ионов в тканях исследуемых растений, о сорбционной способности полимерного матрикса клеточных стенок позволяют предположить, что ионообменная способность стенок некоторым образом связана с эффективностью компарт-ментации ионов. Более высокая ионообменная способность клеточных стенок сведы по сравнению со шпинатом может свидетельствовать о более эффективной компартмента-ции ионов в тканях галофита.

Таким образом, ионообменные реакции в клеточных стенках являются важным специфическим звеном в развитии реакций устойчивости растений к неблагоприятным факторам окружающей среды. Их роль заключается в поддержании более низкого, по сравнению с внешней средой, осмотического давления в растворе у плазмалеммы, что позволяет клетке изменять направление жизненно важных процессов.

Выводы

1. У галофита сведы и у солеустойчивого гликофита шпината накопление основной массы ионов происходит в тканях надземных органов, что свидетельствует о высокой эффективности механизмов компартментации ионов у этих растений.

ружающей среды при соответствующих условиях. Катионообменные свойства клеточных стенок определяются присутствием в них карбоксильных групп a-D-полигалактуроновой и оксикоричных кислот, а также фенольных групп, а анионообменные - аминогруппами.

3. Показано, что в ответ на засоление питательного раствора у галофита и гликофита происходит снижение константы ионизации карбоксильных групп ПГК, в то время как рКа двух других катионообменных групп мало зависят от ионной силы внешнего раствора.

4. Ионообменная способность полимерного матрикса клеточных стенок сведы и шпината увеличивается с уровнем засоления питательного раствора. При любых условиях способность к ионному обмену стенок сведы выше по сравнению со шпинатом, так как первый содержит значительно больше карбоксильных групп a-D-полигалактуроновой кислоты.

5. Набухание клеточных стенок галофита и гликофита, которое определяет их гидравлическую проводимость, не является постоянной величиной, а зависит от ионных условий и pH во внешнем растворе и апопласте.

6. У сведы доля клеточных стенок от сухой массы тканей и степень сшивки полимерных цепей выше, чем у шпината. Вероятно, эти свойства обеспечивают более высокую механическую и химическую устойчивость клеточных оболочек галофита в условиях засоления.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Мейчик Н.Р., Николаева Ю.И., Ермаков И. П. Поведение клеточной стенки галофита Suaeda altissima L. в условиях солевого стресса // Вестник Башкирского университета. Материалы годичного собрания ВОФР, 2001, №2(11), с.100-103.

2. Мейчик Н.Р., Николаева Ю.И., Мясоедов H.A. Особенности поведения клеточных оболочек корней галофита Suaeda altissima L. в условиях солевого стресса // II-ая Международная научная конференция «Регуляция роста, развития и продуктивности растений», 5-8 декабря 2001, г. Минск. Тезисы докладов, с. 138-139.

3. Meychik N.R., Nikolaeva J.I., Yermakov I.P. The effect of salt stress on the ion exchange properties of root cell walls isolated from halophyte and glycophyte // Proceeding of 13-th FESPP CONGRESS, 1-6 September 2002, Hersonissos, Greece, p. 278.

Николаева Ю.И, Мейчик Н.Р. Ионообменные свойства клеточных стенок га-лофита Sitaeda altissima L. 11V съезд общества физиологов растений России, 1521 сентября 2003, Пенза. Тезисы докладов, С. 147-148.

Meychik N.R., Nikolaeva J.I., Yermakov I.P. Ion exchange properties of the root cell walls isolated from the halophyte plants (Suaeda altissima L.) grown under conditions of different salinity // Plant&Soil, 2005, in press.

Николаева Ю.И, Мейчик Н.Р. Влияние засоления на накопление калия и натрия галофитом и гликофитом из сем. Chenopodiaceae // IV Международная научная конференция «Регуляция роста, развития и продуктивности растений», 26-28 октября 2005, г. Минск. Тезисы докладов, с.

Meychik N.R., Nikolaeva J.I., Yermakov I.P. Ion-exchange properties of the root cell walls isolated from a halophyte (Suaeda altissima L.) grown at different salinity conditions // XV International Plant Nutrition Colloquium «Plant nutrition for food security, human health and environmental protection», 14-19 September 2005, Beijing, China, p.568-569.

Типография ордена «Знак Почета» издательства МГУ 119992, Москва, Ленинские горы Заказ № 588 Тираж 100 экз.

№20 25 ?

РНБ Русский фонд

2006-6 756

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Николаева, Юлия Игоревна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Повреждающее действие солей

1.2 Влияние засоления на рост растений

1.3 Пути поступления натрия и хлорида в клетку

1.3.1 Са-зависимый путь поступления натрия 17 1.3.1.1 SOS-путь трансдукции сигнала, регулирующий Na+-, К+-гомеостаз

1.3.2 Са-независимый путь транспорта натрия

1.3.3 «Обходной» путь транспорта натрия

1.3.4 Белки плазматической мембраны, участвующие в транспорте хлорида

1.4 Роль натрия и хлорида в минеральном питании растений

1.5 Пути адаптации растений к условиям засоления

1.5.1 Клеточные механизмы адаптации

1.5.1.1 Механизмы ионного гомеостатирования цитоплазмы

1.5.1.1.1 Системы экспорта ионов натрия из цитоплазмы

1.5.1.1.2 Вакуолярная компартментация ионов натрия

1.5.1.1.3 Системы экспорта хлорид-ионов, локализованные в плазматичес- 36 кой мембране и тонопласте

1.5.1.1.4 Методы оценки компартментации ионов

1.5.1.2 Синтез осмолитов и защитных соединений

1.5.2 Механизмы адаптации на уровне целого растения 43 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Подготовка растительного материала к эксперименту

2.2 Выделение полимерного матрикса клеточных стенок

2.3 Микроскопическое исследование клеточной стенки

2.4 Определение качественного и количественного состава ионообменных групп 51 полимерного матрикса клеточных стенок

2.4.1 Метод потенциометрического титрования

2.4.2 Определение содержания аминогрупп в полимерном матриксе 56 клеточных стенок методом неводного титрования в уксусной кислоте

2.5 Определение ионообменной способности клеточных стенок при разной 57 концентрации хлористого натрия в растворе

2.6 Определение содержания воды в интактных тканях растений и весового коэффициента набухания полимерного матрикса клеточных стенок в воде и растворах

2.7 Элементный анализ

2.8 Определение эндогенного содержания ионов в растительных тканях

2.8.1 Определение хлорида

2.8.2 Комплексометрический метод определение кальция и магния

2.8.2.1 Определение кальция

2.8.2.2 Определение магния

2.9 Определение содержания пролина

2.10 Количественное определение белковых фракций 61 2.10.1 Получение водорастворимой фракции белков

2.10.2 Получение фракции белков, растворимых в щелочи

2.10.3 Получение спирторастворимой фракции белков 62 2.11 Определение белка методом Лоури

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1 Эндогенное содержание ионов в органах растений галофита и гликофита в 64 зависимости от уровня засоления

3.1.1 Влияние засоления на содержание ионов в тканях сведы

3.1.2 Содержание ионов в тканях шпината в зависимости от концентрации 68 NaCl в среде

3.1.3 Содержание белка, пролина и общего азота в органах галофита

3.1.4 Содержание белка, пролина и общего азота в тканях гликофита

3.1.5 Оводненность тканей галофита и гликофита

3.2 Количественный и качественный состав ионогенных групп полимерного 75 матрикса клеточных стенок галофита и гликофита

3.2.1 Ионообменная способность полимерного матрикса галофита

3.2.2 Зависимость ионообменной способности полимерного матрикса 82 клеточных стенок сведы от ионной силы внешнего раствора

3.2.3 Ионообменная способность полимерного матрикса гликофита

3.2.4 Влияние ионной силы внешнего раствора на ионообменную 91 способность полимерного матрикса клеточных стенок шпината

3.3 Набухание клеточных стенок в воде

3.3.1. Набухание в воде полимерного матрикса клеточных стенок галофита

3.3.2. Набухание полимерного матрикса клеточных стенок гликофита

3.3.3. Влияние рН и ионной силы внешнего раствора на набухание 95 полимерного матрикса клеточных стенок галофита

3.3.4. Зависимость набухания полимерного матрикса клеточных стенок 95 гликофита от рН и ионной силы внешнего раствора

Глава 4 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1 Эндогенное содержание ионов в тканях и их распределение между органами 102 растений в зависимости от концентрации NaCl в среде

4.2 Исследование ионообменных свойств полимерного матрикса клеточных стенок 116 галофита и гликофита

4.2.1 Ионогенные группы в полимерной структуре клеточных стенок

4.2.2 Набухание полимерного матрикса клеточных стенок 122 4.2.3. Поведение клеточных стенок при разных уровнях засоления внешней среды

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние засоления на ионный статус растений и ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита"

По современным представлениям, клеточная стенка - сложноорганизован-ная, многофункциональная система (Carpita and Gibeaut, 1993; Шарова, 2004).

Она представляет собой внешний компартмент растительной клетки, который первым контактирует с наружным раствором и модифицирует его состав за счет реакций обмена между ионообменными группами полимерного матрикса стенок и ионами среды, тем самым, регулируя поступление веществ внутрь клетки. Эффективность модификации внешнего раствора клеточными стенками определяется их ионообменными свойствами.

Исследованию особенностей функционирования клеточных стенок растений как природных ионообменников в условиях засоления посвящены немногочисленные публикации (Bigot and Binet, 1986). Практически нет работ, в которых ионообменная способность клеточных стенок оценивалась бы количественно. В литературе также отсутствуют сравнительные исследования такого плана, проведенные на.галофитах и гликофитах, что крайне важно для выявления роли клеточных стенок в механизмах солеустойчивости. В связи с этим цель данной диссертационной работы состояла в оценке ионного статуса растений и ионообменной способности полимерного матрикса клеточных стенок галофита Suaeda altissima (L.) Pall, и гликофита Spinacia oleracea L., и их возможного вклада в адаптацию растений к засолению.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

2. Оценить влияние засоления на распределение ионов между органами (лист, корень) исследуемых растений.

4. Провести сравнительное исследование физико-химических свойств полимерного матрикса клеточных стенок S. altissima и S. oleracea:

• оценить степень сшивки линейных цепей в полимерном матриксе клеточных стенок галофита и гликофита.

5. Установить возможный вклад ионообменного механизма связывания ионов полимерным матриксом клеточных стенок в их накопление в тканях, а также в адаптацию галофита и гликофита к засолению. Научная новизна работы. Впервые установлено, что в составе полимерного матрикса клеточных стенок галофита сведы и гликофита шпината содержатся четыре типа ионообменных групп, три из которых являются катионообменны-ми (карбоксильные группы полигалактуроновой и оксикоричных кислот, фе-нольные группы), и одна - анионообменной (аминогруппы). Впервые определены физико-химические параметры, количественно характеризующие ионообменные свойства и способность к набуханию полимерного матрикса клеточных стенок растений, различающихся по солеустойчивости. Определены интервалы рН, в которых функциональные группы матрикса ионизированы и способны вступать в обменные реакции с катионами и анионами внешней среды. На основании значений коэффициентов набухания клеточных стенок S. altissima и S. oleracea установлено, что степень сшивки полимеров клеточных стенок галофита значительно превышает этот показатель у гликофита. Впервые показано, что объем клеточных стенок S. altissima и S. oleracea не является постоянной величиной и зависит от ионных условий и рН внешнего раствора и апопласта.

Практическая значимость работы. Полученные в работе данные расширяют фундаментальные знания о роли клеточных стенок в адаптации растений к неблагоприятным факторам окружающей среды и могут быть включены в курсы лекций по минеральному питанию и стресс-устойчивости растений. Показано, что одной из ответных реакций галофита и гликофита на засоление являются изменения физико-химических свойств клеточных стенок. Полученные в работе физико-химические параметры (ASJ , Kcw) позволяют предсказывать изменения в ионном составе раствора у плазмалеммы на начальном этапе поглощения элементов минерального питания.

Апробация работы. Результаты исследования были представлены на II Международной научной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2001), на 13 конгрессе FESPP (Греция, 2002), V съезде общества физиологов растений и международной конференции «Физиология растений - основа биотехнологии» (Пенза, 2003), IV Международной научной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2005), XV International Plant Nutrition Colloquium «Plant nutrition for food security, human health and environmental protection» (Beijing, 2005). Публикации. Всего по материалам диссертации опубликовано 7 работ. Экспериментальные данные, представленные в диссертации, получены лично соискателем и опубликованы в соавторстве с руководителями и сотрудниками, работавшими совместно с автором.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 154 стр. машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов, списка цитированной литературы, включающего 95 наименования (из них 74 на иностранных языках), приложения. Работа содержит 14 таблиц и иллюстрирована 27 рисунками.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Николаева, Юлия Игоревна

выводы

2. Ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита определяются наличием в их составе четырех типов функциональных групп, которые способны принимать участие в обменных реакциях с ионами окружающей среды при соответствующих условиях. Катионообменные свойства клеточных стенок определяются присутствием в них карбоксильных групп a-D-полигалактуроновой и оксикоричных кислот, а также фенольных групп, а анионообменные - аминогруппами.

4. Ионообменная способность полимерного матрикса клеточных стенок сведы и шпината увеличивается с уровнем засоления питательного раствора. При любых условиях способность к ионному обмену клеточных стенок сведы выше по сравнению со шпинатом, так как первый содержит значительно больше карбоксильных групп a-D-полигалактуроновой кислоты.

5. Набухание клеточных стенок галофита и гликофита, которое определяет их гидравлическую проводимость, не является постоянной величиной, а зависит от ионных условий и рН во внешнем растворе и апопласте.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный комплекс исследований показал, что галофит отличается от гликофита по ионообменным свойствам клеточных стенок. Количественными характеристиками этих свойств являются сорбционная способность по катионам и коэффициент набухания их полимерного матрикса. У сведы ионообменная способность клеточных стенок и доля полимерного матрикса от общей сухой массы тканей приблизительно в 1,5 раза выше, чем у шпината. Вероятно, эти отличительные особенности позволяют галофиту более эффективно противостоять солевому стрессу.

Коэффициент набухания характеризует степень сшивки между цепями полимеров клеточных стенок и является количественной характеристикой проницаемости полимерного матрикса. Сравнительный анализ коэффициентов набухания клеточных стенок сведы и шпината, а также других представителей гликофитов (табл. 13) показал, что сведа характеризуется более высокой степенью сшивки полимеров в матриксе клеточных стенок. На основании этих результатов можно полагать, что в условиях засоления клеточные стенки галофита с большей эффективностью защищают клетку от стрессового воздействия по сравнению с гликофитом, так как в первом случае поток натрия из внешнего раствора к плазмалемме будет существенно меньше. Вероятно, данный эффект играет важную роль в механизме солеустойчивости галофита, особенно при резких колебаниях концентрации соли в окружающей среде.

С увеличением концентрации NaCl в среде у галофита и гликофита снижается кажущаяся константа диссоциации карбоксильных групп полигалактуро-новой кислоты, следовательно, увеличивается количество ионогенных групп, способных обменивать протон на катион внешней среды. В результате этого раствор в фазе клеточной стенки будет содержать меньше ионов натрия, чем внешний раствор. В условиях солевого стресса в растворе у плазмалеммы возрастет концентрация протонов и ионов кальция за счет реакций обмена между катионами внешнего раствора и ионизированными карбоксильными группами полимерного матрикса клеточных стенок, что, вероятно, приведет к изменению транспортных функций плазматической мембраны.

Снижение рН раствора и/или увеличение ионной силы приводят к уменьшению набухания клеточной стенки. С другой стороны, известно, что закисление среды снижает гидравлическую проводимость стенок (Ктиторова, 1999). Кроме того, показано, что при низкой ионной силе внешнего раствора (высокой скорости транспирации) апопластный путь движения воды является определяющим, так как в этих условиях гидравлическое сопротивление корня низкое, что обеспечивает быстрое поглощение воды (Steudle and Peterson, 1998). На основании анализа данных литературы и наших экспериментальных результатов мы пришли к заключению, что у сведы и шпината существует прямая связь между набуханием полимерного матрикса клеточных стенок корней и водным током, и важная физиологическая функция клеточных стенок корня этих растений может быть связана с регуляцией движения воды по корневому апопласту. Это свойство полимерного матрикса клеточных стенок особенно важно для корней, главной функцией которых является поглощение воды и растворенных веществ. Вполне вероятно, что изменение гидравлической проводимости клеточных стенок с увеличением уровня засоления среды является важным фактором в адаптации галофита и гликофита к солевому стрессу, так как поток концентрированного по соли раствора к цитоплазматическому содержимому клетки снижается.

Данные о накоплении ионов в тканях исследуемых растений, о сорбционной способности полимерного матрикса клеточных стенок позволяют предположить, что ионообменная способность стенок некоторым образом связана с эффективностью компартментации ионов. Более высокая ионообменная способность клеточных стенок сведы по сравнению со шпинатом может свидетельствовать о более эффективной компартментации ионов в тканях галофита.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Николаева, Юлия Игоревна, Москва

1. Альберт А., Сержент Е. Константы ионизации кислот и оснований. Л.: Химия, 1964.- 178с.

2. Балнокин Ю.В. Ионный гомеостаз и осморегуляция у галотолерантных микроводорослей // Физиол. растений. 1993. - Т. 40. - С.567-576.

3. Балнокин Ю.В. Растения в условиях стресса // Физиология растений: учебник. М.: «Академия», 2005. - 635с.

4. Гельферих Ф. Иониты. М: Изд-во Ин. Лит., 1962. - 490с.

5. Горшкова Т.А. Метаболизм полисахаридов растительной клеточной стенки // Дисс. д.б.н. М., 1997. - 244с.

6. Заботин А.И., Барышева Т.С., Заботина О.А. и др. Клеточная стенка растений и формирование гиподермического синдрома // Докл. РАН. — 1995. — Т. 343. -С.567-570.

7. Косулина Л.Г., Луценко Э.К., Аксенова В.А. Физиология устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды. Ростов н/Д: Изд-во Ростов, унта, 1993.-235с.

8. Ктиторова И.Н., Скобелева О.В. Изменение упругих свойств клеточных стенок и некоторых параметров водного обмена растений при закислении среды // Физиол. растений. 1999. - Т. 46. - С.239-245.

9. Лейкин Ю. А., Мейчик Н. Р., Соловьев В. К. Кислотно-основное равновесие полиамфолитов с пиридиновыми и фосфоновокислотными группами // Ж. физ. химии. 1978. - Т. 52. -С.1420-1424.

10. Люттге У., Хигинботам Н. Передвижение веществ в растении. М.: Колос, 1984.-408с.

11. Мейчик Н. Р., Лейкин Ю. А., Косаева А. Е. и др. Исследование кислотно-основного равновесия и сорбционных свойств азот-гидроксилсодержащих ионитов // Ж. физ. химии, 1989. - Т. 63. - С.540-542.

12. Мейчик Н.Р., Ермаков И.П., Савватеева М.В. Ионогенные группы клеточной стенки корней пшеницы // Физиол. растений. 1999. - Т. 46. - С.742-747

13. Методы количественного органического элементного микроанализа. / Гельман Н.Э., Терентьева Е.А., Шанина Т.М., Кипаренко JI.M. М: Химия, 1987. -293с

14. Методы биохимического исследования растений / Под ред. А.И.Ермакова. — Л.: Колос, 1972.-455 с.

15. Попова Л.Г., Балнокин Ю.В., Мясоедов Н.А. и др. // Докл. АН СССР. 1991. — Т. 317. — С.251

16. Практикум по биохимии: 4 1/ Ермохина Т.М., Пахомова М.В., Крашенинников И.А. и др. М.: Изд-во МГУ, 1991. - 187с.

17. Румшисский Л. 3. Математическая обработка результатов эксперимента. — М.: Наука, 1971.-192с.

18. Строганов Б.П. Метаболизм растений в условиях засоления. М.: Наука, 1973. - 50с. - (Тимирязевские чтения; 33).

19. Структура и функции клеток растений при засолении / Строганов Б.П., Кабанов В.В., Шевякова Н.И. и др. М.: Наука, 1970. - 317с.

20. Шарова Е.И. Клеточная стенка растений. Спб: Изд-во С.-Петербург. Ун-та, 2004.-152с.

21. Шатаева Л.А., Кузнецова Н.Н., Елькин Г.Е. Карбоксильные иониты в биологии. Л.: Наука, 1979. - 286с.

22. Amtmann A., Jelitto Т.С, Sanders D. К+- selective inward-rectifying channel and apoplastic рН in barley roots // J. Plant Physiol. 1999. - V. 119. - P. 331-338.

23. Amtmann A., Fischer M., Marsh E.L. et al. The wheat cDNA LCT1 generates hypersensitivity to sodium in a salt-sensitive yeast strain // Plant Physiol. 2001. -V. 126. -P.1061-1071.

24. Amzallag G.N., Lemer H.R., Poljakoff-Mayber. Induction of increased salt tolerance in Sorgum bicolor by NaCl pretreatment // J. Exp.Bot. 1990. - Vol. 41. — P.29-34.

25. Balnokin Y.V., Popova L.G. The ATP-driven Na+-pump in the plasma membrane of marine unicellular alga, Platymonas viridis IIFEBS Lett. 1994. -V. 343. — P.61-64.

26. Bigot J., Binet P. Study of the cationic exchange capacities and cationic selectivi-ties of walls isolated from the roots of Cochlearia anglica and Phaseolus vulgaris grown on media with various salinities // Can. J. Bot. 1986. -V. 64. - P.955-958.

27. Biochemistry and molecular biology of plants / Eds. Buchanan В., Gruissem W., Jones R.; American Soc. Plant Physiol. Rockvilie, 2001. - 1367 p.

28. Blatt M.R. Cellular signaling and volume control in stomatal movement in plants И Ann. Rev. Cell Dev. Biol. -2000. V. 16. - P.221-241.

29. Blumwald E. Sodium transport and salt tolerance in plants // Cur. Opinion Cell Biol. 2000. - V. 12. - P.431-434.

30. Blumwald E., Aharon G.S., Apse M.P. Sodium transport in plant cells // Biochim. Biophys. Acta.-2000. -V. 1465.-P.140-151.

31. Bressan R.A., Hasegawa P.M, Pardo J.M. Plants use calcium to resolve salt stress // Trends Plant Sci. 1998. - V. 3. - P.411-412.

32. Carpita N.C., Gibeaut D. Structural models of primary cell walls in flowering plants: consistency of molecular structure with the physical properties of the walls during growth // Plant J. 1993. - V. 3. - P. 1-30.

33. Chen T.H.H., Murata N. Enhancement of tolerance of abiotic stress by metabolic engineering of betaines and other compatible solutes // Cur. Opinion Plant Biol. — 2002.-V. 5. -P.250-257.

34. Clifford S.C, Arndt S.K, Corlett J.E. et al. The role of solute accumulation, osmotic adjustment and changes in cell wall elasticity in drought tolerance in Ziziphus mauritiana (Lamk.) // J. Exp.Bot. 1998. - Vol. 49. - P.967-977.

35. Cosgrove D.J., Hedrich R. Stretch-activated chloride, potassium, and calcium channels coexisting in plasma membrane of guard cells of Vicia Faba L.// Planta. 1991. - Vol. 186. -P.143-153.

36. Cosgrove D.J.,Li Z.-C. Role expansins in developmental and light control of growth and wall extension in oat coleoptiles // Plant Physiol. -1993. V. 103. — P.1321-1328.

37. Cramer G.R. Sodium-calcium interactions under salinity stress. // Salinity. Environment-plants-molecules / Eds. Lauchli A., Luttge U. Dordrecht: Kluwer, 205

38. Cushman J.C., Bohnert H. Genomic approaches to plant stress tolerance // Cur. Opinion Plant Biol. 2000. - V. 3. - P.l 17-124.

39. 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.

40. Demidchik V., Davenport R.J., Tester M. Nonselective cation channel // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2002. - V. 53. - P. 67-107.

41. Flowers T.J., Hajibagheri M.A. Salinity tolerance in Hordeum vulgare: ion concentrations in root cells of cultivars differing in salt tolerance // Plant Soil. -2000. V. 231.-P.1-9.

42. Flowers T.J., Yeo A.R. Ion relations of salt tolerance // Solute transport in plant cells and tissues. New York: Longman Sci. Tech., 1988 - P.357-408

43. Freundling C., Starrach N., Flach D. et al. Cell walls as reservoirs of potassium ions for reversible volume changes of pulvinar motor cells during rhythmic leaf movements // Planta. 1988. - V. 175. - P.193-203.

44. Goldfarb V., Gradmann D. // Plant Cell Reports. 1983. - V. 2. - P.l52.

45. Gregor H. P., Luttinger L. D., Loeble E. M. Titration polyaciylic acid with quaternary ammonium basses // J. Amer. Chem. Soc. — 1954. — V. 76. P.5879.

46. Grignon C., Sentenac H. pH and ionic conditions in the apoplast // Ann. Rev. Plant Physiol. 1991. - V. 42. - P. 103- 107.

47. Hasegawa P.M., Bressan R.A., Zhu J.-K. Bohnert H.J. Plant cellular and molecular responses to high salinity // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2000. V. 51. -P.463-499.

48. Knight M.R., Trewavas A.J., Knight M.R. Calcium signalling in Arabidopsis thaliana responding to drought and salinity // Plant J. 1997. - V. 12. - P.l067

49. Коуго Н. Ultrastructural and physiological changes in root cells of Sorghum plants {Sorghum bicolor x S. sudanensis cv.Sweet Sioux) induced by NaCl // J. Exp. Bot. 1997. - V. 48. - P.693-706.

50. Lee T.-M., Liu C.-H. Correlation of decreased calcium contents with proline accumulation in the green macroalga Ulva fasciata exposed to elevated NaCl contents in seawater//J. Exp. Bot. 1999. -V.50. - P. 1855-1862.

51. Liu J. and Zhu J.-K. A calcium sensor homolog required for plant salt tolerance // Science. 1998. - V. 280. - P.1943-1945.

52. Maathuis F.J.M., Amtmann A. K+ nutrition and Na+toxicity: the basis of cellular K+/Na+ ratios // Ann.Bot. 1999. - V. 84. - P. 123-133.

53. Mansour M.M.F. Nitrogen containing compounds and adaptation of plants to salinity stress // Biol. Plant. 2000. - V. 43. - P.491-500.

54. Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. — San Diego: Acad, press, 1995. 862 p.

55. McNeil S.D., Nuccio M.L., Hanson A.D. Betaines and related osmoprotectants. Targets for metabolic engineering of stress resistance // J. Plant Physiol. 1999. -V. 120. — P.945-949.

56. Meloni DA, Oliva MA, Martinez С A, Cambraia J. Photosynthesis and activity of superoxide dismutase, peroxidase and glutathione reductase in cotton under salt stress // Environ. Exp. Bot. 2003. - V. 49. - P.69-76.

57. Mennen H., Jacoby В., Marschner H. Is sodium/proton antiport ubiquitous in plant cells? // J. Plant Physiol. 1990. - V. 137. - P.l80-183.

58. Meychik N.R., Yermakov I.P. A new approach to the investigation on the iono-genic groups of root cell walls // Plant Soil. 1999. - V. 217. - P.257-264.

59. Meychik N.R., Yermakov I.P. Ion exchange properties of plant root cell walls // Plant Soil. 2001. - V. 234. - P.181-193.

60. Munns R. Comparative phisiology of salt and water stress // Plant Cell Environ. -2002. V. 25. - P.239-250.

61. Netting A.G. pH, abscisic acid and the integration of metabolism in plants understressed and non-stressed conditions: cellular responses to stress and their implication for plant water relations // J. Exp. Bot. 2000. -V. 51. - P.147-158.

62. Niu X., Narasimhan M.L., Salzman R.A. et al. NaCl regulation of plasma membrane H+-ATPase gene expression in a glycophyte and a halophyte // J. Plant Physiol. 1993. - V. 103. - P.713-718.

63. Niu X., Bressan R.A., Hasegawa P.M., Pardo J.M. Ion homeostasis in NaCl stress environments // Plant Physiol. 1995. - V. 109. - P.735-742.

64. Popova L.G., Balnokin Y.V., Dietz K-J., Gimmler H. Na+-ATPase from the plasma membrane of the marine alga Tetraselmis (Platymonas) viridis forms a phosphorylated intermediate // FEBS Lett. 1998. -V. 426. - P. 161-164.

65. Richter C., Dainty J. Ion behavior in plant cell walls. Characterization of the Sphagnum russowii cell wall ion exchanger // Can. J. Bot. 1989. -V. 67. - P. 451-459.

66. Robinson S.P., Dountov S.D. Potassium, sodium and chloride concentrations in leaves and isolated chloroplasts of the halophyte Suaeda australius R. // Aus-tral.J.Plant Physiol. 1985. - V. 12. - P.471-479.

67. Roosens N.H., Willem R., Li Y. et al. Proline metabolism in the wild-type and in a salt-tolerant mutant of Nicotiana plumbaginifolia studied by 13C-nuclear magnetic resonance imaging // J. Plant Physiol. 1999. - V. 121. - P. 1281-1290.

68. Schachtman D., Liu W. Molecular pieces to the puzzle of the interaction between potassium and sodium uptake in plants // Trends Plant Sci. 1999. - V. 4. -P.281-287.

69. Serrano R., Mulet J.M., Rios G.et al. A glimpse of the mechanism of ion homeostasis during salt stress // J. Exp. Bot. 1999. - V. 50. Special issue. -P. 1023-1036.

70. Serrano R., Rodriguez- Navarro A. Ion homeostasis during salt stress in plants // Cur. Opinion Cell Biol. 2001. - V. 13. - P.399-404.

71. Shabala S., Babourina O., Newman I. Ion- specific mechanisms of osmoregulation in bean mesophyll cells // J. Exp. Bot. 2000. - V. 51. - P.1243-1253.

72. Shi H., Xiong L., Stevenson В., Lu T. and Zhu J.-K. The Arabidopsis salt overlysensitive 4 mutants uncover a critical role for vitamin B6 in plant salt tolerance // Plant Cell. 2002. - V. 14. - P.575-588.

73. Shi H., Quintero F.J., Pardo J.M., Zhu J.-K. The putative plasma membrane Na+/H+ antiporter SOS 1 cotrols long-distance Na+ transport in plants // Plant Cell.- 2002.- V. 14. P.465-477.

74. Shi H., Ishitani M., Kim C. and Zhu J.-K. The Arabidopsis thaliana salt tolerance gene SOS1 encodes a putative NaVFT antiporter// Proc. Nat. Acad. Sci. USA-2000. V. 97. - P.6896-6901.

75. Shobert В // J. Theor.Biol. 1977. - V. 68. - P. 17- 22.

76. Skerrett M., Tyerman S.D. A channel that allows inwardly direated fluxes of anions in protoplasts derived from wheat roots // Planta. 1994. - V. 192. - P.295-305.

77. Starrach N., Flach D., Mayer W.E. Activity of fixed negative charges of isolated extensor cell walls of the laminar pulvinus of primary leaves of Phaseolus II J. Plant Physiol. 1985. - V. 120. - P.441-455.

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

79. Taiz L., Zeiger E. Plant Physiology. Sunderland: Sinauer Associates. Inc. Publ., 1998.-792 p.

80. Tester M. and Danenport R. Na+ tolerance and Na+ transport in higher plants // Ann. Bot. -2003. V. 91. - P.503-527.

81. Thiyagarajah M., Fry S., Yeo A. In vitro salt tolerance of cell wall enzymes from halophytes and glycophytes // J. Exp. Bot. 1996. - V. 47. - P. 1717-1724.

82. Uozumi N., Kim E.J., Rubio F. et al. The Arabidopsis HKT1 gene homolog mediates inward Na+ current in Xenopus laevis oocytes and Na+ uptake in Saccharomy-ces cerevisiae II Plant Physiol. 2000. - V.1220. - P.1249-1259.

83. Wada M., Satoh S., Kasamo R., Fujii Т. II Plant Cell Physiol. 1989. - V.30. -P.923.

84. Waisel Y. Biology of halophyte. New York; London: Academic Press, 1972. — 256 p.

85. Wang L.W., Showalter A.M., Ungar I.A. Effect of salinity on growth, ion content and cell wall chemistry in Atriplexprostata (Chenopodiaceae) // Am. J. Botany. -1997.-V. 84.-P. 1247-1255.

86. White P.J., Broadley M.R. Chloride in soils and its uptake and movement within the plant // Ann. Bot. 2001. - V. 88. - P.967-988.

87. Wu J., Seliskar M.D. Salinity adaptation of plasma membrane H+ -ATPase in the salt marsh plant Spartina patens: ATP hydrolysis and enzyme kinetics // J. Exp. Bot. 1998. - V. 49. - P.1005-1013.

88. Xiong L., Zhu J.-K. Salt tolerance. The Arabidopsis book. American Society of plant biologists, 2002.

89. Yan F., Feuerle R., Schaffer S. et al. Adaptation of active proton pumping and plasmalemma ATPase activity of corn roots to low root medium pH // J. Plant Physiol. 1998. - V. 117. - P.311-319.

90. Zhu J.- K. Plant salt tolerance // Trends Plant Sci. 2001. - V. 6. - P. 66-71.

91. Zhu J.- K. Salt and drought stress signal transduction in plants // Ann. Rev. Plant Biol. 2002. - V. 53. - P.247- 273.

92. Yeo A.R. Molecular biology of salt tolerance in the context of whole-plant physiology // J. Exp. Bot. 1998. - V. 49. - P.915-929.

93. Yeo A.R., Flowers S.A., Rao G. et al. Silicon reduces sodium uptake in rice ( Oryza sativa L.) in sale conditions and this is accounted for by a reduction in the transpirational bypass flow // Plant Cell Environ. 1999. - V. 22. - P.559-565.

94. Yokoi S., Bressan R.A., Hasegava P.M. Salt stress tolerance of plants // JIRCAS Working Report 2002. - P.25-33.

Информация о работе

Николаева, Юлия Игоревна
кандидата биологических наук
Москва, 2005
ВАК 03.00.12

Диссертация

Влияние засоления на ионный статус растений и ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Влияние засоления на ионный статус растений и ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы