ВЛИЯНИЕ ЭКЗОГЕННОГО ГИББЕРЕЛЛИНА И ЕГО СМЕСИ С САХАРОЗОЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРИРОСТА КСИЛЕМЫ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ
Аннотация
Исследовали влияние гиббереллина на деятельность камбия в сторону ксилемы у взрослых деревьев березы повислой (Betula pendula Roth var. pendula, обычная береза повислая). В качестве методического приема использовали введение экзогенных растворов. Для этого на стволах деревьев делали «камеры» путем вырезания наружных слоев коры вплоть до нижней части непроводящей флоэмы, оставляя нетронутыми проводящую флоэму и камбиальную зону. В камеры с помощью шприца вводили растворы гиббереллина GA3 (0,005% - 0,02%, 0,05% - 0,2%) и смесь гиббереллина с сахарозой (GA3 0,01% + сахароза 1% – 20%). Установлен сильный стимулирующий эффект гормона на формирование прироста ксилемы. Зависимость величины прироста от использованных концентраций выявить не удалось, поскольку их диапазон, очевидно, превысил уровень, при котором был достигнут максимально возможный отклик камбиальной зоны на действие гиббереллина при данном метаболическом статусе клеток и тканей. Это подтверждается эффектом остаточного влияния экзогенных растворов, который проявился после прекращения их введения: в вариантах с более высокими концентрациями гормона окончательный прирост ксилемы был больше. Показано, что высокие концентрации сахарозы (10% и 20%) снижают стимулирующий эффект гиббереллина. Высказано предположение, что в данном случае сахароза может влиять через повышение уровня УДФ-глюкозы, взаимодействие которой с гиббереллином приводит к его конъюгации (инактивации). Нельзя также исключить реакцию УДФ-глюкозы с ауксином, в результате которой образуется конъюгат ИУК-глюкоза, поскольку гиббереллин обеспечивает ускорение камбиального роста только при наличии в ткани физиологически активного, т.е. свободного ауксина.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Колесниченко В. М. Динамика содержания и превращения ассимилятов у древесных растений: Автореф. дис. …канд.биол. наук. Воронеж. 1985. 22 с.
Новицкая Л. Л. Карельская береза: механизмы роста и развития структурных аномалий. Петрозаводск: Verso, 2008. 144 с.
Тарелкина Т. В., Новицкая Л. Л., Галибина Н. А. Содержание растворимых сахаров в тканях ствола березы, ольхи и осины в эксперименте с введением экзогенной сахарозы // Труды КарНЦ РАН. 2015. № 12. С. 135–142. DOI: 10.17076/eb215
Уикли Б. Электронная микроскопия для начинающих. М.: Мир, 1975. 324 с.
Яценко-Хмелевский А. А. Основы и методы анатомического исследования древесины. М.: Изд-во АН СССР, 1954. 337 с.
Aloni R. Ecophysiological implications of vascular differentiation and plant evolution // Trees. 2015. Vol. 29. P. 1–16. DOI: 10.1007/s00468-014-1070-6
Barratt D. H. P., Derbyshire P., Findlay K., Pike M., Wellner N., Lunn J., Feil R., Simpson C., Maule A. J., Smith A. M. Normal growth of Arabidopsis requires cytosolic invertase but not sucrose synthase // PNAS. 2009. Vol. 106. P. 13124–13129. DOI: 10.1073/pnas.0900689106
Björklund S., Antti H., Uddestrand I., Moritz T., Sundberg B. Cross-talk between gibberellin and auxin in development of Populus wood: gibberellin stimulates polar auxin transport and has a common transcriptome with auxin // The Plant Journal. 2007. Vol. 52. P. 499–511. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2007.03250.x
Bradley M.V., Crane J.C. Gibberellin-stimulated cambial activity in stems of apricot spur shoots // Science. 1957. Vol. 126. P. 972–973. DOI: 10.1126/science.126.3280.972
Digby J., Wareing P.F. The effect of applied growth hormones on cambial division and the differentiation of the cambial derivatives // Ann. Bot. 1966. Vol. 30. P. 539–550. DOI: 10.1093/oxfordjournals.aob.a084095
Doley D., Leyton L. Effects of growth regulating substances and water potential on the development of secondary xylem in Fraxinus // New Phytol. 1968. Vol. 67. P. 579–594. DOI: 10.1111/j.1469-8137.1968.tb05485.x
Eriksson M.E., Israelsson M., Olsson O., Moritz T. Increased gibberellin biosynthesis in transgenic trees promotes growth, biomass production and xylem fiber length // Nature Biotechnol. 2000. Vol. 18. P. 784–788. DOI: 10.1038/77355
Funada R., Miura T., Shimizu Y., Kinase T., Nakaba S., Kubo T., Sano Y. Gibberellin-induced formation of tension wood in angiosperm trees // Planta. 2008. Vol. 227. P. 1409–1414. DOI: 10.1007/s00425-008-0712-6
Guo H., Wang Y., Liu H., Hu P., Jia Y., Zhang C., Wang Y., Gu S., Yang C., Wang C. Exogenous GA3 application enhances xylem development and induces the expression of secondary wall biosynthesis related genes in Betula platyphylla // Int. J. Mol. Sci. 2015. Vol. 16. P. 22960–22975. DOI: 10.3390/ijms160922960
Hedden P., Thomas S.G. Gibberellin biosynthesis and its regulation // Biochem. J. 2012. Vol. 444. P. 11–25. DOI: 10.1042/BJ20120245
IAWA list of microscopic features for hardwood identification // IAWA Bulletin. 1989. Vol. 10. P. 219–332.
Israelsson M., Sundberg B., Moritz T. Tissue-specific localization of gibberellins and expression of gibberellin-biosynthetic and signaling genes in wood-forming tissues in aspen // The Plant Journal. 2005. Vol. 44. P. 494–504. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2005.02547.x
Jeon H.-W., Cho J.-S., Park E.-J., Han K.-H., Choi Y.-I., Ko J.-H. Developing xylem-preferential expression of PdGA20ox1 , a gibberellin 20-oxidase 1 from Pinus densiflora , improves woody biomass production in a hybrid poplar // Plant Biotechnol. J. 2016. Vol. 14. P. 1161–1170. DOI: 10.1111/pbi.12484
Kijidani Y., Koga S., Sakagami H., and Matsunaga H. Effects of application of trans-zeatin on tracheid differentiation in mature sugi (Cryptomeria japonica) trees // Journal of Wood Science. 2016. Vol. 62. P. 370–376. DOI: 10.1007/s10086-016-1559-2
Kijidani Y., Nagai T., Suwashita T., and Tsuyama T. Seasonal variations of tracheid formation and amount of auxin (IAA) and gibberellin A4 (GA4) in cambial-region tissues of mature sugi (Cryptomeria japonica) cultivar grown in a Nelder plot with different tree densities // Journal of Wood Science. 2017. Vol. 63. P. 315–321. DOI: 10.1007/s10086-017-1626-3
Michalczuk L., Bandurski R.S. Enzymic synthesis of 1-O-indol-3-ylacetyl-β-D-glucose and indol-3-ylacetyl-myo-inositol // Biochem J. 1982. Vol. 207. P. 273–281. DOI: 10.1042/bj2070273
Novitskaya L.L., Tarelkina T.V., Galibina N.A., Moshchenskaya Y.L., Nikolaeva N.N., Nikerova K.M., Podgornaya M.N., Sofronova I.N., Semenova L.I. The formation of structural abnormalities in karelian birch wood is associated with auxin inactivation and disrupted basipetal auxin transport // J. Plant Growth Regul. 2019. In press. DOI: 10.1007/s00344-019-09989-8
Novitskaya L.L., Kushnir F.V. The role of sucrose in regulation of trunk tissue development in Betula pendula Roth // J. Plant Growth Regul. 2006. Vol. 25. P. 18–29. DOI: 10.1007/s00344-004-0419-2
Philipson J.J., Coutts M.P. Effects of growth hormone application on the secondary growth of roots and stems in Picea sitchensis (Bong.) Carr // Ann. Bot. 1980. Vol. 46. P. 747–755. DOI: 10.1093/oxfordjournals.aob.a085972
Ridoutt B.G., Pharis R.P., Sands R. Fibre length and gibberellins A1 and A20 are decreased in Eucalyptus globules by acylcyclohexanedione injected into the stem // Physiol. Plant. 1996. Vol. 96. P. 559–566. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1996.tb00227.x
Schneider G., Schliemann W. Gibberellin conjugates: an overview // Plant Growth Regul. 1994. Vol. 15. P. 247–260. DOI: 10.1007/BF00029898
Sembdner G., Schliemann W., Schneider G. Biochemical and physiological aspects of gibberellin conjugation // Gibberellins. / Eds. Takahashi N., Phinney B.O., MacMillan J. Springer-Verlag, New York, 1991. P. 249-263. DOI: 10.1007/978-1-4612-3002-1_24
Shigo A.L., Dudzik K.R. Response of uninjured cambium to xylem injury // Wood Sci. Technol. 1985. Vol. 19. P. 195–200. DOI: 10.1007/BF00392048
Šimko I. Sucrose application causes hormonal changes associated with potato tuber induction // J. Plant Growth Regul. 1994. Vol. 13. P. 73-77. DOI: 10.1007/BF00210950
Sorce C., Giovannelli A., Sebastiani L., Anfodillo T. Hormonal signals involved in the regulation of cambial activity, xylogenesis and vessel patterning in trees // Plant Cell Reports. 2013. Vol. 32. P. 885–898. DOI: 10.1007/s00299-013-1431-4
Turgeon R., Wolf S. Phloem transport: cellular pathways and molecular trafficking // Annu. Rev. Plant Biol. 2009. Vol. 60. P. 207–221. DOI: 10.1146/annurev.arplant.043008.092045
Wareing P.F. Interaction between indole-acetic acid and gibberellic acid in cambial activity // Nature. 1958. Vol. 181. P. 1744–1745. DOI: 10.1038/1811744a0
Zakrzewski J. Hormonal control of cambial activity and vessel differentiation in Quercus robur // Physiol. Plant. 1983. Vol. 57. P. 537–542. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1983.tb02782.x
Zimmermann M.H., Ziegler H. List of sugars and sugar alcohols in sieve-tube exudates // Transport in plants Encyclopedia of plant physiology. / Eds. Zimmermann M. H., Milburn J. A. New York: Springer-Verlag, 1975. P. 482–503.
References in English
Kolesnichenko V. M. Dinamika soderzhaniya i prevrashcheniya
assimilyatov u drevesnykh rastenii [Dynamics of the content and conversion of assimilates in woody plants]: Summary of PhD (Cand. of Biol.) thesis. Voronezh, 1985. 22 p.
Novitskaya L. L. Karel’skaya bereza: mekhanizmy rosta i razvitiya strukturnykh anomalii [The Karelian birch: mechanisms of growth and development of structural anomalies]. Petrozavodsk: Verso, 2008. 144 p.
Tarelkina T. V., Novitskaya L. L., Galibina N. A. Soderzhanie
rastvorimykh sakharov v tkanyakh stvola berezy, ol’khi i osiny v eksperimente s vvedeniem ekzogennoi sakharozy [The content of soluble sugars in the tissues of the trunk of birch, alder and aspen in the experiment with the introduction of exogenous sucrose]. Trudy KarNTs RAN [Trans. KarRC RAS]. 2015. No. 12. P. 135–142. doi: 10.17076/eb215
Tarelkina T. V., Novitskaya L. L. Vliyanie ekzogennoi sakharozy na formirovanie floemy berezy povisloi, ol’khi seroi i osiny [Exogenous sucrose effect on phloem formation in silver birch, grey alder and aspen]. Trudy KarNTs RAN [Trans. KarRC RAS]. 2019. No. 12. P. 43–54. doi: 10.17076/eb1103
Weakley B. Elektronnaya mikroskopiya dlya nachinayushchikh
[A beginner’s handbook in biological electron microscopy]. Moscow: World, 1975. 324 p.
Yatsenko-Khmelevskii A. A. Osnovy i metody anatomicheskogo
issledovaniya drevesiny [Fundamentals and methods of anatomical studies of wood]. Moscow: AN SSSR, 1954. 337 p.
Aloni R. Ecophysiological implications of vascular differentiation and plant evolution. Trees. 2015. Vol. 29. P. 1–16. doi: 10.1007/s00468‑014‑1070‑6
Barratt D. H. P., Derbyshire P., Findlay K., Pike M., Wellner N., Lunn J., Feil R., Simpson C., Maule A. J., Smith A. M. Normal growth of Arabidopsis requires cytosolic invertase but not sucrose synthase. PNAS. 2009. Vol. 106. P. 13124–13129. doi: 10.1073/pnas.0900689106
Björklund S., Antti H., Uddestrand I., Moritz T., Sundberg B. Cross-talk between gibberellin and auxin in development of Populus wood: gibberellin stimulates polar auxin transport and has a common transcriptome with auxin. TPJ. 2007. Vol. 52. P. 499–511. doi: 10.1111/j.1365-313X.2007.03250.x
Bradley M. V., Crane J. C. Gibberellin-stimulated cambial activity in stems of apricot spur shoots. Science. 1957. Vol. 126. P. 972–973. doi: 10.1126/science.126.3280.972
Digby J., Wareing P. F. The effect of applied growth hormones on cambial division and the differentiation of the cambial derivatives. Ann. Bot. 1966. Vol. 30. P. 539–550. doi: 10.1093/oxfordjournals.aob.a084095
Doley D., Leyton L. Effects of growth regulating substances and water potential on the development of secondary xylem in Fraxinus. New Phytol. 1968. Vol. 67. P. 579–594. doi: 10.1111/j.1469-8137.1968.tb05485.x
Eriksson M. E., Israelsson M., Olsson O., Moritz T. Increased gibberellin biosynthesis in transgenic trees promotes growth, biomass production and xylem fiber length. Nat. Biotechnol. 2000. Vol. 18. P. 784–788. doi: 10.1038/77355
Funada R., Miura T., Shimizu Y., Kinase T., Nakaba S., Kubo T., Sano Y. Gibberellin-induced formation of tension wood in angiosperm trees. Planta. 2008. Vol. 227. P. 1409–1414. doi: 10.1007/s00425‑008‑0712‑6
Guo H., Wang Y., Liu H., Hu P., Jia Y., Zhang C., Wang Y., Gu S., Yang C., Wang C. Exogenous GA3 application enhances xylem development and induces the expression of secondary wall biosynthesis related genes in Betula platyphylla. Int. J. Mol. Sci. 2015. Vol. 16. P. 22960–22975. doi: 10.3390/ijms160922960
Hedden P., Thomas S. G. Gibberellin biosynthesis and its regulation. Biochem. J. 2012. Vol. 444. P. 11–25. doi:
1042/BJ20120245
IAWA list of microscopic features for hardwood identification.
IAWA Bull. 1989. Vol. 10. P. 219–332.
Israelsson M., Sundberg B., Moritz T. Tissue-specific localization of gibberellins and expression of gibberellinbiosynthetic and signaling genes in wood-forming tissues in aspen. TPJ. 2005. Vol. 44. P. 494–504. doi: 10.1111/j.1365-313X.2005.02547.x
Jeon H.‑W., Cho J.‑S., Park E.‑J., Han K.‑H., Choi Y.‑I., Ko J.‑H. Developing xylem-preferential expression of PdGA20ox1, a gibberellin 20‑oxidase 1 from Pinus densiflora, improves woody biomass production in a hybrid poplar. Plant Biotechnol. J. 2016. Vol. 14. P. 1161–1170. doi: 10.1111/pbi.12484
Kijidani Y., Koga S., Sakagami H., Matsunaga H. Effects of application of trans-zeatin on tracheid differentiation in mature sugi (Cryptomeria japonica) trees. J. Wood Sci. 2016. Vol. 62. P. 370–376. doi: 10.1007/s10086‑016‑1559‑2
Kijidani Y., Nagai T., Suwashita T., Tsuyama T. Seasonal variations of tracheid formation and amount of auxin (IAA) and gibberellin A4 (GA4) in cambial-region tissues of mature sugi (Cryptomeria japonica) cultivar grown in a Nelder plot with different tree densities. J. Wood Sci. 2017. Vol. 63. P. 315–321. doi: 10.1007/s10086‑017‑1626‑3
Michalczuk L., Bandurski R. S. Enzymic synthesis of 1‑O-indol-3‑ylacetyl-β-D-glucose and indol-3‑ylacetyl-myo-inositol. Biochem J. 1982. Vol. 207. P. 273–281. doi: 10.1042/bj2070273
Novitskaya L. L., Tarelkina T. V., Galibina N. A., Moshchenskaya
Y. L., Nikolaeva N. N., Nikerova K. M., Podgornaya M. N., Sofronova I. N., Semenova L. I. The formation of structural abnormalities in Karelian birch wood is associated with auxin inactivation and disrupted basipetal auxin transport. J. Plant Growth Regul. 2019. (In press). doi: 10.1007/s00344‑019‑09989‑8
Novitskaya L. L., Kushnir F. V. The role of sucrose in regulation of trunk tissue development in Betula pendula Roth. J. Plant Growth Regul. 2006. Vol. 25. P. 18–29. doi: 10.1007/s00344‑004‑0419‑2
Philipson J. J., Coutts M. P. Effects of growth hormone application on the secondary growth of roots and stems in Picea sitchensis (Bong.) Carr. Ann. Bot. 1980. Vol. 46. P. 747–755. doi: 10.1093/oxfordjournals.aob.a085972
Ridoutt B. G., Pharis R. P., Sands R. Fibre length and gibberellins A1 and A20 are decreased in Eucalyptus globules by acylcyclohexanedione injected into the stem. Physiol. Plant. 1996. Vol. 96. P. 559–566. doi: 10.1111/j.1399-3054.1996.tb00227.x
Schneider G., Schliemann W. Gibberellin conjugates: an overview. Plant Growth Regul. 1994. Vol. 15. P. 247–260. doi: 10.1007/BF00029898
Sembdner G., Schliemann W., Schneider G. Biochemical and physiological aspects of gibberellin conjugation. Gibberellins. Eds. N. Takahashi, B. O. Phinney, J. MacMillan. New York: Springer-Verlag, 1991. P. 249–263. doi: 10.1007/978‑1‑4612‑3002‑1_24
Shigo A. L., Dudzik K. R. Response of uninjured cambium to xylem injury. Wood Sci. Technol. 1985. Vol. 19. P. 195–200. doi: 10.1007/BF00392048
Šimko I. Sucrose application causes hormonal changes associated with potato tuber induction. J. Plant Growth Regul. 1994. Vol. 13. P. 73–77. doi: 10.1007/BF00210950
Sorce C., Giovannelli A., Sebastiani L., Anfodillo T. Hormonal signals involved in the regulation of cambial activity, xylogenesis and vessel patterning in trees. Plant Cell Reports. 2013. Vol. 32. P. 885–898. doi: 10.1007/s00299‑013‑1431‑4
Turgeon R., Wolf S. Phloem transport: cellular pathways and molecular trafficking. Annu. Rev. Plant Biol. 2009. Vol. 60. P. 207–221. doi: 10.1146/annurev.arplant.043008.092045
Wareing P. F. Interaction between indole-acetic acid and gibberellic acid in cambial activity. Nature. 1958. Vol. 181. P. 1744–1745. doi: 10.1038/1811744a0
Zakrzewski J. Hormonal control of cambial activity and vessel differentiation in Quercus robur. Physiol. Plant. 1983. Vol. 57. P. 537–542. doi: 10.1111/j.1399-3054.1983.tb02782.x
Zimmermann M. H., Ziegler H. List of sugars and sugar alcohols in sieve-tube exudates. Transport in plants Encyclopedia of plant physiology. Eds. M. H. Zimmermann, J. A. Milburn. New York: Springer-Verlag, 1975. P. 482–503.
DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb1121
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019