ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ НА КРАТКОВРЕМЕННОЕ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ В УСЛОВИЯХ ОПТИМАЛЬНОЙ И НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
Аннотация
В условиях оптимальной (22 °С) и низкой закаливающей (4 °С) температур изучали воздействие салициловой кислоты (СК, 100 мкМ) различной продолжительности на некоторые показатели СО2-газообмена, водного режима, роста и холодоустойчивость растений пшеницы (Triticum aestivum L.). Для этого недельные проростки в течение всего опыта (7 суток) выдерживали на питательном растворе с добавлением СК при 22 и 4 °С (продолжительное действие СК) или выдерживали в течение 1 суток при 22 °С на питательном растворе с СК, а затем на растворе без СК подвергали (в течение 6 суток) действию температуры 22 и 4 °С (предобработка СК). Показано, что при температуре 22 °С продолжительное действие СК приводило к снижению скорости видимого фотосинтеза и доли дыхания в процессе СО2-газообмена, не влияло на эффективность использования воды (WUE), увеличивало биомассу побега и корня. Напротив, суточное воздействие СК практически не влияло на динамику ассимиляции СО2, снижало долю дыхания в СО2-газообмене и транспирацию, но повышало WUE. При температуре 4 °С постоянное действие СК способствовало поддержанию скорости фотосинтеза на более высоком уровне, чем в контроле, снижало долю дыхания в СО2-газообмене, увеличивало WUE, а также стабилизировало накопление биомассы растения. В отличие от этого, суточная предобработка СК усиливала негативный эффект низкой температуры на ассимиляцию СО2, приводила к росту дыхательных затрат, не влила на уровень транспирации, вызывала снижение WUE. Важно, что экзогенная СК способствовала росту холодоустойчивости пшеницы как в условиях обычной, так и низкой закаливающей температур. Таким образом, реакция растений пшеницы на воздействие СК зависит от его продолжительности, при этом характер изменений физиологических процессов различается в условиях оптимальной и низкой температур.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Балагурова Н. И., Дроздов С. Н., Хилков Н. И. Метод определения устойчивости растительных тканей к промораживанию. Петрозаводск: Кар. фил. АН СССР, 1982. 6 с.
Васюкова Н. И., Озерецковская О. Л. Индуцированная устойчивость растений и салициловая кислота (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2007. Т. 43, № 4. С. 405–411.
Креславский В. Д., Лось Д. А., Аллахвердиев С. И., Кузнецов Вл. В. Сигнальная роль активных форм кислорода при стрессе у растений // Физиология растений. 2012. Т. 59, № 2. С. 163–178.
Лось Д. А. Молекулярные механизмы холодоустойчивости растений // Вестник РАН. 2005. Т. 75, № 4. С. 338–345.
Максимов И. В., Сорокань А. В., Черепанова Е. А., Сурина О. Б., Трошина Н. Б., Яруллина Л. Г. Влияние салициловой и жасмоновой кислот на компоненты про-/антиоксидантной системы в растениях картофеля при фитофторозе // Физиология растений. 2011. Т. 58, № 2. С. 243–251.
Рахманкулова З. Ф. Энергетический баланс целого растения в норме и при неблагоприятных внешних условиях // Журн. общ. биологии. 2002. Т. 63, № 3. С. 239–248.
Рахманкулова З. Ф., Федяев В. В., Рахматуллина С. Р., Иванов С. П., Гильванова И. Р., Усманов И. Ю. Влияние предпосевной обработки семян пшеницы салициловой кислотой на ее эндогенное содержание, активность дыхательных путей и антиоксидантный баланс растений // Физиология растений. 2010. Т. 57, № 6. С. 835–840.
Рогожин В. В., Рогожина Т. В. Практикум по физиологии и биохимии растений. СПб.: ГИОРД, 2013. 352 с.
Тарчевский И. А. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 2002. 294 с.
Трунова Т. И. Растение и низкотемпературный стресс // Тимирязевские чтения. Т. 64. М.: Наука, 2007. 54 с.
Фенько А. А., Репкина Н. С., Таланова В. В. Влияние салициловой кислоты на холодоустойчивость проростков огурца // Труды КарНЦ РАН. 2015. № 11. С. 26–34. doi: 10.17076/eb188
Шакирова Ф. М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем, 2001. 160 с.
Abbate P. E., Dardanelli J. L., Cantarero M. G., Maturano M., Melchiori R. J. M., Cuero E. E. Climatic and water availability effects on water use efficiency in wheat // Crop science abstract – Crop physiology and metabolism. 2001. Vol. 44, no. 2. P. 474–483.
Cai H., He M., Ma K., Huang Y., Wang Y. Salicilic acid alleviates cold-induced photosynthesis inhibition and oxidative stress in Jasminum sambac // Turk. J. Biol. 2015. Vol. 39. P. 241–247. doi: 10.3906/biy-1406-35
Chen Y. E., Cui J. M., Li G. X., Yuan M., Zhang Z. W., Yuan S., Zhang H. Y. Effect of salycilic acid on the antioxidant system and photosystem II in wheat seedlings // Biol. Plant. 2016. Vol. 60. P. 139–147. doi: 10.1007/s10535‑015‑0564‑4
Fariduddin Q., Hayat S., Ahmad A. Salicylic acid influences net photosynthetic rate, carboxylation efficiency, nitrate reductase activity, and seed yield in Brassica juncea // Photosynthetica. 2003. Vol. 41. P. 281–284.
Hayat Q., Hayat S., Ahmad A. Effect of exogenous salicylic acid under changing environment: A review // Environ. Exp. Bot. 2010. Vol. 68. P. 14–25. doi: 10.1016/j.envexpbot.2009.08.005
Horvath E., Szalai G., Janda T. Induction of abiotic stress tolerance by salicylic acid signaling // J. Plant Growth Reg. 2007. Vol. 26. P. 290–300. doi: 10.1007/s00344‑007‑9017‑4
Jayakannan M., Bose J., Babourina O., Rengel Z., Shabala S. Salicylic acid in plant salinity stress signalling and tolerance // J. Plant Growth Regul. 2015. Vol. 75. P. 25–40.
Janda T., Gondor O. K., Yordanova R., Szalai G., Pal M. Salicylic acid and photosynthesis: signaling and effects // Acta Physiol. Plant. 2014. Vol. 36, no. 10. P. 2537–2546. doi: 10.1007/s11738‑014‑1620‑y
Janda T., Szalai G., Tari I., Páldi E. Hydroponic treatment
with salicylic acid decreases the effects of chilling injury in maize (Zea mays L.) plants // Planta. 1998. Vol. 208. P. 175–180.
Kang G., Li G., Zheng B., Han Q., Wang C., Zhu Y., Guo T. Proteomic analysis on salicylic acid-induced salt tolerance in common wheat seedlings (Triticum aestivum L.) // Biochim. Biophys. Acta. 2012. Vol. 1824. P. 1324–1333.
Kang G., Li G., Guo T. Molecular mechanism of salicylic acid-induced abiotic stress tolerance in higher plants // Acta Physiol. Plant. 2014. Vol. 36. P. 2287–2297. doi: 10.1007/s11738‑014‑1603‑z
Khan M. I. R., Fatma M., Per T. S., Anjum N. A., Khan N. A. Salicylic acid-induced abiotic stress tolerance and underlying mechanisms in plants // Front. Plant Sci. 2015. Vol. 6. Art. 462. P. 1–17. doi: 10.3389/fpls.2015.00462
Khan W., Prithiviraj B., Smith D. L. Photosynthetic responses of corn and soybean to foliar application of salicylates // J. Plant Physiol. 2003. Vol. 160. P. 485–492.
Kumar D. Salicylic acid signaling in disease resistance // Plant Sci. 2014. Vol. 228. P. 127–134.
Min K., Showman L., Perera A., Arora R. Salicylic acid-induced freezing tolerance in spinach (Spinacia oleracea L.) leaves explored through metabolite profiling // Environ. Exp. Bot. 2018. Vol. 156. P. 214–227. doi: 10.1016/j.envexpbot.2018.09.011
Miura K., Tada Y. Regulation of water, salinity, and cold stress responses by salicylic acid // Front. Plant Sci. 2014. Vol. 5, no. 4. P. 1–13. doi: 10.3389/fpls.2014.00004
Pal O., Condor O. K., Janda T. Role of salicylic acid in acclimation to low temperature // Acta Agron. Hung. 2013. Vol. 61. P. 161–172.
Pancheva T. V., Popova L. P., Uzunova A. N. Effects of salicylic acid on growth and photosynthesis in barley plants // J. Plant Physiol. 1996. Vol. 149. P. 57–63.
Polley W. H. Implications of atmospheric and climatic change for crop yield and water use efficiency // Crop Science. 2002. Vol. 42. P. 131–140. doi: 10.2135/cropsci2002.1310
Poor P., Tari I. Regulation of stomatal movement and photosynthetic activity in guard cells of tomato abaxial epidermal peels by salicylic acid // Funct. Plant Biol. 2012. Vol. 39. P. 1028–1037.
Popova L., Maslenkova L., Yordanova R., Krantev A., Szalai G., Janda T. Salicylic acid protects photosynthesis against cadmium toxicity in pea plants // Gen. Appl. Plant Physiol. 2008. Vol. 34, no. 3–4. P. 133–148.
Sahu G. K., Kar M., Sabat S. C. Electron transport activities of isolated thylakoids from wheat plants grown in salicylic acid // Plant. Biol. 2002. Vol. 4. P. 321–328.
Taşgín E., Atící O., Nalbantoğlu B. Effects of salicylic acid and cold on freezing tolerance in winter wheat leaves // J. Plant Growth Regul. 2003. Vol. 41. P. 231–236.
Theocharis A., Clement Ch., Barka E. A. Physiological and molecular changes in plants grown at low temperature // Planta. 2012. Vol. 235, no. 6. P. 1091–1105.
Vlot A. C., Dempsey D. A., Klessing D. F. Salycilic acid, a multifaceted hormone to combat disease // Annu. Rev. Phytopathol. 2009. Vol. 47. P. 177–206.
Wang D. H., Li X. X., Su Z. K., Ren H. X. The role of salicylic acid in response of two rice cultivars to chilling stress // Biol. Plant. 2009. Vol. 53. P. 545–552.
Yordanova R., Popova L. Effect of exogenous treatment with salicylic acid on photosynthetic activity and antioxidant capacity of chilled wheat plants // Gen. Appl. Plant Physiol. 2007. Vol. 33, no. 3–4. P. 155–170.
Yu J., Cang J., Li Y., Huang R., Lu Q., Wang X., Liu L., Xu Q., Zhang K. Salicylic acid-induced protection against low temperature in cold-hardy winter wheat // Acta Physiol. Plant. 2016. Vol. 38. P. 261. doi: 10.1007/s11738‑016‑2272‑x
References in English
Balagurova N. I., Drozdov S. N., Khilkov N. I. Metod opredeleniya ustoichivosti rastitel’nykh tkanei k promorazhivaniyu [Method for determining the resistance
of plant tissues to freezing]. Petrozavodsk: Karel. fil. AN
SSSR, 1982. 6 p.
Fen’ko A. A., Repkina N. S., Talanova V. V. Vliyanie salitsilovoi kisloty na kholodoustoichivost’ prorostkov ogurtsa [The influence of salicylic acid on the cold tolerance of cucumber seedlings]. Trudy KarNTs RAN [Trans. KarRC RAS]. 2015. No. 11. P. 26–34. doi: 10.17076/eb188
Kreslavskii V. D., Los’ D. A., Allakhverdiev S. I., Kuznetsov Vl. V. Signal’naya rol’ aktivnykh form kisloroda pri stresse u rastenii [Signal role of reactive oxygen species under stress in plants]. Fiziol. rastenii [Russ. J. Plant Physiol.]. 2012. Vol. 59, no. 2. P. 163–178.
Los’ D. A. Molekulyarnye mekhanizmy kholodoustoichivosti
rastenii [Molecular mechanisms of plants cold tolerance]. Vestnik RAN [Bull. RAS]. 2005. Vol. 75, no. 4. P. 338–345.
Maksimov I. V., Sorokan’ A. V., Cherepanova E. A., Surina O. B., Troshina N. B., Yarullina L. G. Vliyanie salitsilovoi i zhasmonovoi kislot na komponenty pro-/antioksidantnoi sistemy v rasteniyakh kartofelya pri fitoftoroze [Effect of salicylic and jasmonic acids on the components of the pro-/antioxidant system in potato plants with late blight]. Fiziol. rastenii [Russ. J. Plant Physiol.]. 2011. Vol. 58, no. 2. P. 243–251.
Rakhmankulova Z. F. Energeticheskii balans tselogo rasteniya v norme i pri neblagopriyatnykh vneshnikh usloviyakh [The energy balance of the whole plant in normal conditions and under adverse environmental conditions]. Obshchaya biol. [General Biol.]. 2002. Vol. 63, no. 3. P. 239–248.
Rakhmankulova Z. F., Fedyaev V. V., Rakhmatullina S. R., Ivanov S. P., Gil’vanova I. R., Usmanov I. Yu. Vliyanie predposevnoi obrabotki semyan pshenitsy salitsilovoi kislotoi na ee endogennoe soderzhanie, aktivnost’ dykhatel’nykh putei i antioksidantnyi balans rastenii [Impact of presowing treatment of wheat seeds with salicylic acid on its endogenous content, respiratory tract activity and antioxidant balance of plants]. Fiziol. rastenii [Russ. J. Plant Physiol.]. 2010. Vol. 57, no. 6.
P. 835–840.
Rogozhin V. V., Rogozhina T. V. Praktikum po fiziologii i biokhimii rastenii [Workshop on the physiology and biochemistry of plants]. St. Petersburg: GIORD, 2013. 352 p.
Tarchevskii I. A. Signal’nye sistemy kletok rastenii [Signaling systems of plant cells]. Moscow: Nauka, 2002. 294 p.
Trunova T. I. Rastenie i nizkotemperaturnyi stress [Plant and low-temperature stress]. Timiryazevskie chteniya [Timiryazev Readings]. 2007. Vol. 64. 54 p.
Shakirova F. M. Nespetsificheskaya ustoichivost’ rastenii k stressovym faktoram i ee regulyatsiya [Non-specific resistance of plants to stress factors and its regulation]. Ufa: Gilem, 2001. 160 p.
Vasyukova N. I., Ozeretskovskaya O. L. Indutsirovannaya ustoichivost’ rastenii i salitsilovaya kislota (obzor) [Induced plant resistance and salicylic acid (a review)]. Priklad. biokhim. i mikrobiol. [Appl. Biochem. and Microbiol.]. 2007. Vol. 43, no. 4. P. 405–411.
Abbate P. E., Dardanelli J. L., Cantarero M. G., Maturano M., Melchiori R. J. M., Cuero E. E. Climatic and water availability effects on water use efficiency in wheat. Crop sci-ence abstract – Crop physiology and metabolism. 2001. Vol. 44, no. 2. P. 474–483.
Ananieva E. A., Alexieva V. S., Popova L. P. Treatment with salicylic acid decreases the effects of paraquat on photosynthesis. J. Plant Physiol. 2002. Vol. 159. P. 685–693.
Cai H., He M., Ma K., Huang Y., Wang Y. Salicilic acid alleviates cold-induced photosynthesis inhibition and oxidative stress in Jasminum sambac. Turkish Journal of Biology. 2015. Vol. 39. P. 241–247. doi: 10.3906/biy-1406-35
Chen Y. E., Cui J. M., Li G. X., Yuan M., Zhang Z. W., Yuan S., Zhang H. Y. Effect of salycilic acid on the antioxidant system and photosystem II in wheat seedlings. Biol. Plant. 2016. Vol. 60. P. 139–147. doi: 10.1007/s10535‑015‑0564‑4
Fariduddin Q., Hayat S., Ahmad A. Salicylic acid influences net photosynthetic rate, carboxylation efficiency, nitrate reductase activity, and seed yield in Brassica juncea. Photosynthetica. 2003. Vol. 41. P. 281–284.
Hayat Q., Hayat S., Ahmad A. Effect of exogenous salicylic acid under changing environment: A review. Environ. Exp. Bot. 2010. Vol. 68. P. 14–25. doi: 10.1016/j.envexpbot.2009.08.005
Horvath E., Szalai G., Janda T. Induction of abiotic stress tolerance by salicylic acid signaling. J. Plant Growth Regul. 2007. Vol. 26. P. 290–300. doi: 10.1007/s00344‑007‑9017‑4
Jayakannan M., Bose J., Babourina O., Rengel Z., Shabala S. Salicylic acid in plant salinity stress signalling and tolerance. J. Plant Growth Regul. 2015. Vol. 75. P. 25–40.
Janda T., Gondor O. K., Yordanova R., Szalai G., Pal M. Salicylic acid and photosynthesis: signaling and effects. Acta Physiol. Plant. 2014. Vol. 36, no. 10. P. 2537–2546. doi: 10.1007/s11738‑014‑1620‑y
Janda T., Szalai G., Tari I., Páldi E. Hydroponic treatment with salicylic acid decreases the effects of chilling injury in maize (Zea mays L.) plants. Planta. 1998. Vol. 208. P. 175–180.
Kang G., Li G., Zheng B., Han Q., Wang C., Zhu Y., Guo T. Proteomic analysis on salicylic acid-induced salt tolerance in common wheat seedlings (Triticum aestivum L.). Biochim. Biophys. Acta. 2012. Vol. 1824. P. 1324–1333.
Kang G., Li G., Guo T. Molecular mechanism of salicylic acid-induced abiotic stress tolerance in higher plants. Acta Physiol. Plant. 2014. Vol. 36. P. 2287–2297. doi: 10.1007/s11738‑014‑1603‑z
Khan M. I. R., Fatma M., Per T. S., Anjum N. A., Khan N. A. Salicylic acid-induced abiotic stress tolerance and underlying mechanisms in plants. Front. Plant Sci. 2015. Vol. 6. Art. 462. P. 1–17. doi: 10.3389/fpls.2015.00462
Khan W., Prithiviraj B., Smith D. L. Photosynthetic responses of corn and soybean to foliar application of salicylates. J. Plant Physiol. 2003. Vol. 160. P. 485–492.
Kumar D. Salicylic acid signaling in disease resistance. Plant Sci. 2014. Vol. 228. P. 127–134.
Min K., Showman L., Perera A., Arora R. Salicylic acid-induced freezing tolerance in spinach (Spinacia oleracea L.) leaves explored through metabolite profiling. Environ. Exp. Bot. 2018. Vol. 156. P. 214–227. doi: 10.1016/j.envexpbot.2018.09.011
Miura K., Tada Y. Regulation of water, salinity, and cold stress responses by salicylic acid. Front. Plant Sci. 2014. Vol. 5, no. 4. P. 1–13. doi: 10.3389/fpls.2014.00004
Pal O., Condor O. K., Janda T. Role of salicylic acid in acclimation to low temperature. Acta Agron. Hung. 2013. Vol. 61. P. 161–172.
Pancheva T. V., Popova L. P., Uzunova A. N. Effects of salicylic acid on growth and pho-tosynthesis in barley plants. J. Plant Physiol. 1996. Vol. 149. P. 57–63.
Polley W. H. Implications of atmospheric and climatic change for crop yield and water use efficiency. Crop Science. 2002. Vol. 42. P. 131–140. doi: 10.2135/cropsci2002.1310
Poor P., Tari I. Regulation of stomatal movement and photosynthetic activity in guard cells of tomato abaxial epidermal peels by salicylic acid. Funct. Plant Biol. 2012. Vol. 39. P. 1028–1037.
Popova L., Maslenkova L., Yordanova R., Krantev A., Szalai G., Janda T. Salicylic acid protects photosynthesis against cadmium toxicity in pea plants. Gen. Appl. Plant Physiol. 2008. Vol. 34, no. 3–4. P. 133–148.
Sahu G. K., Kar M., Sabat S. C. Electron transport activities of isolated thylakoids from wheat plants grown in salicylic acid. Plant. Biol. 2002. Vol. 4. P. 321–328.
Taşgín E., Atící O., Nalbantoğlu B. Effects of salicylic acid and cold on freezing tolerance in winter wheat leaves. J. Plant Growth Regul. 2003. Vol. 41. P. 231–236.
Theocharis A., Clement Ch., Barka E. A. Physiological and molecular changes in plants grown at low temperature. Planta. 2012. Vol. 235, no. 6. P. 1091–1105.
Vlot A. C., Dempsey D. A., Klessing D. F. Salycilic acid, a multifaceted hormone to combat disease. Annu. Rev. Phytopathol. 2009. Vol. 47. P. 177–206.
Wang D. H., Li X. X., Su Z. K., Ren H. X. The role of salicylic acid in response of two rice cultivars to chilling stress. Biol. Plant. 2009. Vol. 53. P. 545–552.
Yordanova R., Popova L. Effect of exogenous treatment with salicylic acid on photosynthetic activity and antioxidant capacity of chilled wheat plants. Gen. Appl. Plant Physiol. 2007. Vol. 33. no. 3–4. P. 155–170.
Yu J., Cang J., Li Y., Huang R., Lu Q., Wang X., Liu L., Xu Q., Zhang K. Salicylic acid-induced protection against low temperature in cold-hardy winter wheat. Acta Physiol. Plant. 2016. Vol. 38. P. 261. doi: 10.1007/s11738‑016‑2272‑x
DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb1054
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019