Ответная реакция растений пшеницы с разным аллельным состоянием гена Gpс-B1 на дефицит цинка в субстрате
Аннотация
Дефицит микроэлементов в почвах, в частности цинка, является серьезной проблемой для многих стран мира, поскольку приводит к потерям урожая важнейших сельскохозяйственных культур, а также к ухудшению качества получаемой продукции. В данной работе изучено влияние дефицита цинка на ответную реакцию растений пшеницы с разным аллельным состоянием гена Gpс-B1 – функциональным (линия 15-7-1) и нефункциональным (линия 15-7-2). Показано, что дефицит этого микроэлемента не оказывает негативного влияния на ростовые процессы у растений обеих линий пшеницы: высота побега и площадь 4-го листа в опытном и контрольном вариантах не различались. Установлено, что у растений линии 15-7-1, содержащей функциональный аллель гена Gpс-B1, показатели, характеризующие состояние фотосинтетического аппарата – содержание хлорофиллов a и b, максимальный квантовый выход фотосистемы II (Fv/Fm), интенсивность фотосинтеза и устьичная проводимость – в оптимальных условиях минерального питания и при дефиците цинка не различаются. В отличие от этого, у растений с нефункциональным аллелем гена Gpс-B1 при дефиците цинка обнаружено уменьшение содержания фотосинтетических пигментов (на 23% по отношению к контролю), скорости фотосинтеза (на 17%) и устьичной проводимости (на 22%) при сохранении величины Fv/Fm на уровне контроля. Сделан вывод, что растения линии 15-7-1, имеющие функциональный аллель гена Gpс-B1, способны успешно расти и сохранять нормальную работу фотосинтетического аппарата при дефиците цинка в субстрате, что свидетельствует об их устойчивости к этому стресс-фактору.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Аникиев В. В., Кутузов Ф. Ф. Новый способ определения площади листовой поверхности у злаков // Физиология растений. 1961. Т. 8, № 3. С. 375–377.
Бухарова А. Р., Бухаров А. Ф. Отдаленная гибридизация овощных пасленовых культур. Мичуринск: Изд-во МичГАУ, 2008. 274 с.
Казнина Н. М., Титов А. Ф. Влияние дефицита цинка на физиологические процессы и продуктивность злаков // Успехи современной биологии. 2019 Т. 139, № 3. С. 280–291.
Alloway B. J. Zinc in soil and crop nutrition. IZA Publications, International Zinc Association, Brussels, 2004. 139 p.
Arnold T., Kirk G. J., Wissuwa M., Frei M., Zhao F.-J., Mason T. F, Weiss D. J. Evidence for the mechanisms of zinc uptake by rice using isotope fractionation // Plant Cell Env. 2010. Vol. 33, № 3. P. 370–381. doi: 10.1111/j.1365-3040.2009.02085.x
Arough Y. K., Seyed S. R., Seyed S. R. Bio fertilizers and zinc effects on some physiological parameters of triticale under water-limitation condition // J. Plant Interact. 2016. Vol. 11, № 1. P. 167–177. doi: 10.1080/17429145.2016.1262914
Avni R., Zhao R., Pearce S., Jun Y., Uauy C., Tabbita F., Fahima T., Slade A., Dubcovsky J., Distelfeld A. Functional characterization of GPC‑1 genes in hexaploid wheat // Planta. 2013. Vol. 239, № 2. P. 313–324. doi: 10.1007/s00425-013-1977-y
Balashouri P. Effect of zinc on germination, growth and pigment content and phytomass of Vigna radiata and Sorghum bicolor // J. Ecobiol. 1995. Vol. 7. P. 109–114.
Brevis J. C., Dubcovsky J. Effects of the chromosome region including the Gpc-B1 locus on wheat grain and protein yield // Crop Sci. 2010. Vol. 50. P. 93–104. doi: 10.2135/cropsci2009.02.0057
Cakmak I. Possible roles of zinc in protecting plant cells from damage by reactive oxygen species // New Phytol. 2000. Vol. 146. P. 185–205. doi: 10.1046/j.1469-8137.2000.00630.x
Cakmak I., Braun H. J. Genotypic variation for zinc efficiency // Application of physiology in wheat breeding / Eds M. P. Reynolds, J. I. Ortiz-Monasterio, A. McNab. Mexico: D.F. CIMMYT, 2001. P. 183–199.
Cantu D., Pearce S. P., Distelfeld A., Christiansen M. W., Uauy C., Akhunov E., Fahima T., Dubcovsky J. Effect of the down-regulation of the high Grain Protein Content (GPC) genes on the wheat transcriptome during monocarpic senescence // BMC Genomics. 2011. Vol. 12: 492.
Chen W., Yang X., He Z., Feng Y., Hu F. Differential changes in photosynthetic capacity, 77 K chlorophyll fluorescence and chloroplast ultrastructure between Zn-efficient and Zn-inefficient rice genotypes (Oryza sativa) under low zinc stress // Physiol. Plantarum. 2008. Vol. 132. P. 89–101. doi: 10.1111/j.1399-3054.2007.00992.x
Cherif J., Mediouni C., Ammar W. B., Jemal F. Interactions of zinc and cadmium toxicity in their effects on growth and in antioxidative systems in tomato plants (Solanum lycopersicum) // J. Env. Sci. 2011. Vol. 23, № 5. P. 837–844. doi: 10.1016/S1001-0742(10)60415-9
Distelfeld A., Cakmak I., Peleg Z., Ozturk L. Yazi̇ci̇ A., Budak H., Saranga Y., Fahima T. Multiple QTL-effects of wheat Gpc-B1 locus on grain protein and micronutrient concentrations // Physiol. Plant. 2007. Vol. 129. P. 635–643. doi: 10.1111/j.1399-3054.2006.00841.x
Ghanepour S., Shakiba M.-R., Toorchi M., Oustan S. Role of Zn nutrition in membrane stability, leaf hydration status, and growth of common bean grown under soil moisture stress // J. Bio. Env. Sci. 2015. Vol. 6, № 4. P. 9–20.
Graham R. D. Micronutrient deficiencies in crops and their global significance. In Micronutrient Deficiencies in Global Crop Production / Ed. B. J. Alloway. New York: Springer, 2008. P. 41–61.
Graham R. D., Rengel Z. Genotypic variation in zinc uptake and utilization by plants // Zinc in soil and plants / Ed. A. D. Robson. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1993. P. 107–114.
Hacisalihoglu G., Kochian L.V. How do some plants tolerate low levels of soil zinc? Mechanisms of zinc efficiency in crop plants // New Phytol. 2003. Vol. 159, № 2. P. 341–350. doi: 10.1046/j.1469-8137.2003.00826.x
Hafeez B., Khanif Y. M., Saleem M. Role of zinc in plant nutrition – a review // Am. J. Exp. Agricul. 2013. Vol. 3, № 2. P. 374–391.
Hajiboland R., Beiramzadeh N. Growth, gas exchange and function of antioxidant defense system in two contrasting rice genotypes under Zn and Fe deficiency and hypoxia // Acta Biol. Szeged. 2008. Vol. 52, № 2. P. 283–294.
Hänsch R., Mendel R. R. Physiological functions of mineral micronutrients (Cu, Zn, Mn, Fe, Ni, Mo, B, Cl) // Curr. Opin. Plant Biol. 2009. Vol. 12. P. 259–266. doi: 10.1016/j.pbi.2009.05.006
Henriques F. S. Loss of blade photosynthetic area and of chloroplasts’ photochemical capacity account for reduced CO2 assimilation rates in zinc-deficient sugar beet leaves // J. Plant Physiol. 2001. Vol. 158. P. 915–919.
Hossian B., Hirata N., Nagatomo Y., Akashi R., Takaki H. Internal zinc accumulation is correlated with increased growth in rice suspension culture // J. Plant Growth Regul. 1997. Vol. 16. P. 239–243.
Hu H., Boisson-Dernier A., Israelsson-Nordstrom M., Bohmer M., Xue S., Ries A., Godoski J., Kuhn J. M., Schroeder J. I. Carbonic anhydrases are upstream regulators of CO2 – controlled stomatal movements in guard cells // Nature Cell Biol. 2010. Vol. 12. P. 87–93. doi: 10.1038/ncb2009
Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. London: Acad. Press, 1995. 889 p.
Pokhylko S. Yu., Schwartau V. V., Mykhalska L. M. ICP-MS analysis of bread wheat carrying the GPC-B1 gene of Triticum turgidum ssp. Dicoccoides // BIOTECHNOLOGIA ACTA. 2016. Vol. 9, № 5. P. 64–69. doi: 10.15407/biotech9.05.064
Rengel Z. Carbonic anhydrase activity in leaves of wheat genotypes differing in Zn efficiency // Plant Physiol. 1995. Vol. 147. P. 251–256. doi: 10.1016/s0176-1617(11)81513-0
Sadeghzadeh B. A review of zinc nutrition and plant breeding // Journal of soil science and plant nutrition. 2013. Vol. 13, № 4. P. 905–927. doi: 10.4067/S0718-95162013005000072
Sasaki H., Hirose T., Watanabe Y., Ohsuki R. Carbonic anhydrase activity and CO2-transfer resistance in Zn-deficient rice leaves // Plant Physiol. 1998. Vol. 118. P. 929–934. doi: 10.1104/pp.118.3.929
Sharma P. N., Tripathi A., Bisht S. S. Zinc requirement for stomatal opening in cauliflower // Plant Physiol. 1995. Vol. 107. P. 751–756. doi: 10.1104/pp.107.3.751
Tavallali V., Rahemi M., Maftoun M., Panahi B., Karimi S., Ramezanian A., Vaezpour M. Zinc influence and salt stress on photosynthesis, water relations, and carbonic anhydrase activity in pistachio // Scientia Horticulturae. 2009. Vol. 123. P. 272–279.
Tsonev T., Lidon F. J. C. Zinc in plants – An overview // Emir. J. Food Agric. 2012. Vol. 24, № 4. P. 322–333.
Uauy C., Distelfeld A., Fahima T., Blechl A., Dubcovsky J. A NAC gene regulating senescence improves grain protein, zinc and irons content in wheat // Science. 2006. Vol. 314. P. 1298–1300. doi: 10.1126/science.1133649
Vishwakarma M. K., Mishra V. K., Gupta P. K., Yadav P. S. Introgression of the high grain protein gene Gpc-B1 in a elite wheat variety of Indo-Gangetic Plains through marker assisted backcross breeding // Cur. Plant Biol. 2014. Vol. 1. P. 60–67. doi: 10.1016/j.cpb.2014.09.003
Wang H., Jin J. Y. Photosynthetic rate, chlorophyll fluorescence parameters, and lipid peroxidation of maize leaves as affected by zinc deficiency // Photosynthetica. 2005. Vol. 43. № 4. P. 591–596. doi: 10.1007/s11099-005-0092-0
Wissuwa M., Ismail A. M., Yanagihara S. Effects of zinc deficiency on rice growth and genetic factors contributing to tolerance // Plant Physiology. 2006. Vol. 142. P. 731–741. doi: 10.1104/pp.106.085225
Zhao K., Wu Y. Effects of Zn deficiency and bicarbonate on the growth and photosynthetic characteristics of four plant species. PLoS ONE. Vol. 12, № 1. e0169812. doi: 10.1371/journal.pone.0169812
DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb1502
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019