Aдаптивные возможности Triticum aestivum L. (Poaceae) при низкотемпературных воздействиях разной интенсивности
Аннотация
Проведен сравнительный анализ изменения ряда показателей роста, водного обмена и устойчивости недельных проростков озимой пшеницы с. Московская 39 в процессе их адаптации к закаливающим низкотемпературным воздействиям разной интенсивности (12, 8 и 4°С). Изучены сырая и сухая биомасса корней и побегов, оводненность тканей, устьичная проводимость и транспирация, устойчивость клеток листьев к промораживанию. Наибольшие изменения отмечены под влиянием температуры 4°С, вызывающей максимальный прирост устойчивости. Выявлено, что при этой температуре почти полностью тормозилось накопление сырой биомассы, но продолжалось накопление сухой биомассы побегов, снижались оводненность, интенсивность транспирации и устьичной проводимости листьев. Температура 12°С, вызывающая минимальный прирост устойчивости, приводила к наименьшим изменениям изученных показателей, а вариант с температурой 8°С занимал промежуточное положение. Сделан вывод о том, что между интенсивностью низкотемпературного воздействия, уровнем устойчивости, достигаемом при закаливании растений пшеницы низкими положительными температурами, и степенью проявления адаптивных изменений существует очевидная зависимость: чем более значимые и глубокие адаптивные изменения происходят в растительном организме под влиянием низкотемпературного воздействия, тем большую устойчивость к холоду способны развивать растения в этих условиях. Следовательно, программа адаптации озимых злаков к холоду будет реализоваться наиболее полно именно при той температуре, которая способствует формированию максимального уровня устойчивости.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Балагурова Н. И., Дроздов С. Н., Хилков Н. И. Метод определения устойчивости растительных тканей к промораживанию. Петрозаводск: Карел. фил. АН СССР, 1982. 6 с.
Венжик Ю. В., Титов А. Ф., Таланова В. В., Фролова С. А., Таланов А. В., Назаркина Е. А. Влияние пониженной температуры на устойчивость и функциональную активность фотосинтетического аппарата пшеницы // Изв. РАН. Сер. биол. 2011, № 2. C. 171–177.
Венжик Ю. В., Титов А. Ф., Таланова В. В., Мирославов Е. А., Котеева Н. К. Структурно-функциональная реорганизация фотосинтетического аппарата растений пшеницы при холодовой адаптации // Цитология. 2012. Т. 54, № 12. C. 916–924.
Дроздов C. Н., Курец В. К. Некоторые аспекты экологической физиологии растений. Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. 172 с.
Климов С. В. Биоэнергетические аспекты адаптации и устойчивости зимующих злаков к морозу // Успехи соврем. биологии. 1987. Т. 104, № 2. С. 251–264.
Климов С. В. Адаптация растений к стрессам через изменение донорно-акцепторных отношений на разных уровнях структурной организации // Успехи совр. биологии. 2008. Т. 128, № 3. С. 281–299.
Климов С. В., Астахова Н. В., Давыденко С. В., Трунова Т. И. Влияние холода на функцию и структуру фотосинтетического аппарата озимой пшеницы и ржи // Физиол. раст. 1992. Т. 324, № 6. С. 1339–1344.
Климов С. В., Астахова Н. В., Трунова Т. И. Связь холодоустойчивости растений с фотосинтезом и ультраструктурой хлоропластов и клеток // Физиол раст. 1997. Т. 44, № 6. С. 879–886.
Рогожин В. В., Рогожина Т. В. Практикум по физиологии и биохимии растений. СПб.: ГИОРД, 2013. 352 с.
Родченко О. П., Маричева Э. А., Акимова Г. П. Адаптация растущих клеток корня к пониженным температурам. Новосибирск: Наука, 1988. 147 с.
Титов А. Ф., Таланова В. В. Локальное действие высоких и низких температур на растения. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2011. 166 с.
Титов А. Ф., Акимова Т. В., Таланова В. В., Топчиева Л. В. Устойчивость растений в начальный период действия неблагоприятных температур. М.: Наука, 2006. 143 с.
Трунова Т. И. Растение и низкотемпературный стресс // Тимирязевские чтения. Т. 64. М.: Наука, 2007. 54 с.
Трунова Т. И., Астахова Н. В. Роль ультраструктуры клеток в формировании морозостойкости озимой пшеницы // Докл. РАН. 1998. Т. 359, № 1. С. 120122.
Crosatti C., Rizza F., Badeck F. W., Mazzucotelli E., Cattivelli L. Harden the chloroplast to protect the plant // Physiol. Plant. 2013. Vol. 147, no 1. P. 55–63. doi: 10.1111/j.1399-3054.2012.01689.x
Ding Ya., Shi Yi., Yang Sh. Advances and challenges in uncovering cold tolerance regulatory mechanisms in plants // New Phytologist. 2019. Vol. 222. P. 1690–1704 doi: 10.1111/nph.15696
Ensminger I., Busch F., Huner N. Photostasis and cold acclimation: sensing low temperature through photosynthesis // Physiol. Plant. 2006. Vol. 126, no. 1. P. 28–44. doi: 10.1111/j.1399-3054.2005.00627.x
Gusta L. W., Wisnievski M. Understanding plant cold hardiness: an opinion // Physiol. Plant. 2013. Vol. 147, no 1. P. 4–14. doi: 10.1111/j.1399-3054.2012.01611.x.
Huner N. P. A., Oquist G., Sarhan, F. Energy balance and acclimation to light and cold // Trends Plant Sci. 1998. Vol. 3, no 6. P. 224–230.
Hurry V. M., Strand A., Tobioeson M., Gardestöm P., Öquist G. Cold hardening of spring and winter wheat and rape results in differential effects on growth, carbon metabolism, and carbohydrate content // Plant Physiol. 1995. Vol. 109, no 2. P. 697–706. doi: 10.1104/pp.109.2.697
Janmohammadi M., Enayati V., Sabaghnia N. Impact of cold acclimation, de-acclimation and re-acclimation on carbohydrate content and antioxidant enzyme activities in spring and winter wheat // Icel. Agric.
Sci. 2012. Vol. 25, no 1. P. 3–11.
John R., Anjum N. A., Sopory S. K.,. Akram N. A, Ashraf M. Some key physiological and molecular processes of cold acclimation // Biol. Plant. 2016. Vol. 60, no 4. P. 603–618. doi: 10.1007/s10535-016-0648-9
Kratsch H. A., Wise R. R. The ultrastructure of chilling stress // Plant Cell and Environ. 2000. Vol. 23, no 4. P. 337–350. doi: 10.1046/j.1365-3040.2000.00560.x
Mahadjan S., Tuteja N. Cold, salinity and drought stresses // Arch. Biochem. Biophys. 2005. Vol. 444, no 2. P. 139–158.
Reynolds M. P., Mujeeb-Kasi A., Sawkins M. Prospects for utilizing plante-adaptive mechanisms to improve wheat and other crops in drouht- and salinity-prone environment // Ann. Appl. Biol. 2005. Vol. 146, no 2. P. 239–259.
Rihan H. Z., Al-Issawi M., Fuller M. P. Advances in physiological and molecular aspects of plant cold tolerance // J. Plant Interact. 2017. Vol. 12, no 1. P. 143–157. doi: 10.1080/17429145.2017.1308568
Ritonga F. N., Chen S. Physiological and molecular mechanism involved in cold stress tolerance in plants // Plants. 2020. Vol. 9, no 5: 560. doi: 10.3390/plants9050560
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. doi: 10.1007/s00425-012-164/-y
Venzhik Yu. V., Shchyogolev S. Yu., Dykman L. A. Ultrastructural reorganization of chloroplasts during plant adaptation to abiotic stress factors // Russ. J. Plant Physiol. 2019. Vol. 66, no 6. P. 850–863. doi: 10.1134/S102144371906013X
Yu J., Cang J., Zhou Z., Liu L. Anatomical structure composition between leaves of two winter wheat cultivars with different cold/freezing tolerance under low temperature stress // J. Northeast Agr. University. 2011. Vol. 18. P. 1–3. doi: 10.1016/S1006-8104(13)60091-4
References in English
Balagurova N. I., Drozdov S. N., Khilkov N. I. Metod opredeleniya ustoichivosti rastitel'nykh tkanei k promorazhivaniyu [Method for determination of plant tissues tolerance to freezing]. Petrozavodsk: Karel. fil. AN SSSR, 1982. 6 p.
Crosatti C., Rizza F., Badeck F. W., Mazzucotelli E., Cattivelli L. Harden the chloroplast to protect the plant // Physiol. Plant. 2013. Vol. 147, no 1. P. 55–63. doi: 10.1111/j.1399-3054.2012.01689.x
Ding Ya., Shi Yi., Yang Sh. Advances and challenges in uncovering cold tolerance regulatory mechanisms in plants // New Phytologist. 2019. Vol. 222. P. 1690–1704 doi: 10.1111/nph.15696
Drozdov C. N., Kurets V. K. Nekotoryye aspekty ekologicheskoy fiziologii rasteniy [Some aspects of ecological plant physiology]. Petrozavodsk: PetrSU, 2003. 172 p.
Ensminger I., Busch F., Huner N. Photostasis and cold acclimation: sensing low temperature through photosynthesis // Physiol. Plant. 2006. Vol. 126, no. 1. P. 28–44. doi: 10.1111/j.1399-3054.2005.00627.x
Gusta L. W., Wisnievski M. Understanding plant cold hardiness: an opinion // Physiol. Plant. 2013. Vol. 147, no 1. P. 4–14. doi: 10.1111/j.1399-3054.2012.01611.x.
Huner N. P. A., Oquist G., Sarhan, F. Energy balance and acclimation to light and cold // Trends Plant Sci. 1998. Vol. 3, no 6. P. 224–230.
Hurry V. M., Strand A., Tobioeson M., Gardestöm P., Öquist G. Cold hardening of spring and winter wheat and rape results in differential effects on growth, carbon metabolism, and carbohydrate content // Plant Physiol. 1995. Vol. 109, no 2. P. 697–706. doi: 10.1104/pp.109.2.697
Janmohammadi M., Enayati V., Sabaghnia N. Impact of cold acclimation, de-acclimation and re-acclimation on carbohydrate content and antioxidant enzyme activities in spring and winter wheat // Icel. Agric. Sci. 2012. Vol. 25, no 1. P. 3–11.
John R., Anjum N. A., Sopory S. K.,. Akram N. A, Ashraf M. Some key physiological and molecular processes of cold acclimation // Biol. Plant. 2016. Vol. 60, no 4. P. 603–618. doi: 10.1007/s10535-016-0648-9
Klimov S. V. Bioenergeticheskiye aspekty adaptatsii i ustoychivosti zimuyushchikh zlakov k morozu [Bioenergetic aspects of adaptation and tolerance of wintering cereals to frost] // Uspekhi sovrem. biology [Biol. Bull. Reviews]. 1987. Vol. 104, no 2. P. 251–264.
Klimov S. V. Adaptatsiya rastenii k stressam cherez izmenenie donorno-aktseptornykh otnoshenii na raznykh urovnyakh strukturnoi organizatsii [Plants adaptation to stresses through donor-acceptor relations on different levels of structural organization]. Uspehi sovr. biologii [Biol. Bull. Reviews]. 2008. Vol. 128, no. 3. P. 281–299.
Klimov S. V., Astakhova N. V., Davydenko S. V., Trunova T. I. Vliyaniye kholoda na funktsiyu i strukturu fotosinteticheskogo apparata ozimoy pshenitsy i rzhi [Effect of cold on the function and structure of the photosynthetic apparatus of winter wheat and rye] // Fiziol. rast. [Russ. J. Plant Physiol.] 1992. Vol. 324, no 6. P. 1339–1344.
Klimov S. V., Astakhova N. V., Trunova T. I. Svyaz' kholodoustoychivosti rasteniy s fotosintezom i ul'trastrukturoy khloroplastov i kletok [Relation of cold tolerance of plants with photosynthesis and ultrastructure of chloroplasts and cells] // Fiziol. rast. [Russ. J. Plant Physiol.] 1997. Vol.
, no 6. P. 879–886.
Kratsch H. A., Wise R. R. The ultrastructure of chilling stress // Plant Cell and Environ. 2000. Vol. 23, no 4. P. 337–350. doi: 10.1046/j.1365-3040.2000.00560.x
Mahadjan S., Tuteja N. Cold, salinity and drought stresses // Arch. Biochem. Biophys. 2005. Vol. 444, no 2. P. 139–158.
Reynolds M. P., Mujeeb-Kasi A., Sawkins M. Prospects for utilizing plante-adaptive mechanisms to improve wheat and other crops in drouht- and salinity-prone environment // Ann Appl Biol. 2005. Vol. 146, no 2. P. 239–259.
Rihan H. Z., Al-Issawi M., Fuller M. P. Advances in physiological and molecular aspects of plant cold tolerance // J. Plant Interact. 2017. Vol. 12, no 1. P. 143–157. doi: 10.1080/17429145.2017.1308568
Ritonga F. N., Chen S. Physiological and molecular mechanism involved in cold stress tolerance in plants // Plants. 2020. Vol. 9, no 5: 560. doi: 10.3390/plants9050560
Rodchenko O. P., Maricheva E. A., Akimova G. P. Adaptatsiya rastushchikh kletok kornya k ponizhennym temperaturam. [Adaptation of growing root cells to low temperatures]. Novosibirsk: Nauka, 1988. 147 p.
Rogozhin V. V., Rogozhina T. V. Praktikum po fiziologii i biokhimii rastenii [Practical work on physiology and biochemistry of plants]. St. Petersburg: GIORD, 2013. 352 p.
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. doi: 10.1007/s00425-012-164/-y
Titov A. F., Talanova V. V. Lokal'noe deistvie vysokikh i nizkikh temperatur na rasteniya [Local effect of high and low temperatures on plants]. Petrozavodsk: KarRC of RAS, 2011. 166 p.
Titov A. F., Akimova T. V., Talanova V. V., Topchieva L. V. Ustoichivost’ rastenii v nachal'nyi period deistviya neblagopriyatnykh temperatur [Plant tolerance in the initial period of unfavorable temperatures effects]. Moscow: Nauka, 2006. 143 p.
Trunova T. I. Rastenie i nizkotemperaturnyi stress [Plants and low-temperature stress]. Timiryazevskie chteniya [Timiryazev Readings]. Moscow: Nauka, 2007. Vol. 64. 54 p.
Trunova T. I., Astakhova N. V. Rol' ul'trastruktury kletok v formirovanii morozostoykosti ozimoy pshenitsy [The role of cell ultrastructure in the formation of frost tolerance of winter wheat] // Dokl. RAN [Dokl. RAS]. 1998. Vol. 359, no 1. P. 120122.
Venzhik Yu. V., Titof A. F., Talanova V. V., Frolova S. A., Talanov A. V., Nazarkina E. A. Influence of lowered temperature on the resistance and functional activity of the photosynthetic apparatus of wheat plants // Biol. Bull. 2011. Vol. 38, no 2. P. 132–137.
Venzhik Yu. V., Titov A. F., Talanova V. V., Miroslavov E. A., Koteeva N. K. Structural and functional reorganization of the photosynthetic apparatus in adaptation to cold of wheat plants // Cell Tissue Biol. 2013. Vol. 7, no 1. P. 168–176.
Venzhik Yu. V., Shchyogolev S. Yu., Dykman L. A. Ultrastructural reorganization of chloroplasts during plant adaptation to abiotic stress factors // Russ. J. Plant Physiol. 2019. Vol. 66, no 6. P. 850–863. doi: 10.1134/S102144371906013X
Yu J., Cang J., Zhou Z., Liu L. Anatomical structure composition between leaves of two winter wheat cultivars with different cold/freezing tolerance under low temperature stress // J. Northeast Agr. University. 2011. Vol. 18. P. 1–3. doi: 10.1016/S1006-8104(13)60091-4
DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb1298
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019