ТРАНСПОРТ И ЗАПАСАНИЕ САХАРОВ ВО ФЛОЭМЕ BETULA PENDULA ROTH VAR. PENDULA И VAR. CARELICA
Аннотация
Ранее мы предположили, что причиной формирования узорчатой древесины карельской березы (Betula pendula Roth var. carelica) служит появление избытка сахарозы во флоэме и камбиальной зоне. В основе эффективного механизма сахарочувствительности лежит способность клеток ощущать скорее поток сахаров, чем просто их присутствие во внутри- и внеклеточном пространстве. Поэтому с точки зрения влияния на морфогенез клеток и тканей растения особая роль принадлежит транспортной сахарозе, поток которой воздействует на сенсоры, инициирующие сигналы, передаваемые на сахар-модулируемые гены. Мы исследовали пул сахарозы в тканях ствола обычной березы повислой (B. pendula var. pendula) и карельской березы, принимая во внимание транспортную и запасную формы дисахарида. Для этого определяли содержание сахарозы и активность расщепляющих ее ферментов (сахарозосинтаза, инвертазы: апопластная вакуолярная, цитоплазматическая) Установлено, что в период камбиального роста у карельской березы, как и у обычной березы, сахароза является практически единственным сахаром флоэмного экссудата, т.е. служит основной транспортной формой углеводов. На основе сопоставления данных по содержанию сахаров и активности ферментов показано, что: (1) сахароза во флоэме березы не выполняет запасную функцию, (2) весь пул сахарозы здесь следует рассматривать как транспортную сахарозу, (3) в период деятельности камбия роль мобильного резерва сахаров во флоэме березы выполняет фруктоза, (4) фруктоза у березы является запасным сахаром в период зимнего покоя, совмещая эту функцию с ролью криопротектора.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Барильская Л. А. Сравнительный структурный анализ древесины березы повислой и карельской березы: дис. … канд. биол. наук. Петрозаводск, 1978. 157 с.
Галибина Н. А., Новицкая Л. Л., Софронова И. Н. Динамика сахаров в тканях ствола Betula pendula (Betulaceae) при выходе из зимнего покоя // Растительные ресурсы. 2012. Т. 48, №4. С. 554-564.
Галибина Н. А., Целищева Ю. Л., Андреев В. П., Софронова И. Н., Никерова К. М. Активность пероксидазы в органах и тканях деревьев березы повислой // Ученые записки ПетрГУ. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 133, № 4. C. 7-13.
Галибина Н. А., Теребова Е. Н., Новицкая Л. Л., Софронова И. Н. Динамика неструктурных углеводов в органах и тканях двухлетних сеянцев Betula pendula и Betula pubescence в период вегетации // Труды КарНЦ РАН. Сер. Экспериментальная биология. 2014. № 5. С. 108-116.
Галибина Н. А., Новицкая Л. Л., Красавина М. С., Мощенская Ю. Л. Активность сахарозосинтазы в тканях ствола карельской березы в период камбиального роста // Физиология растений. 2015а. Т. 62, № 3. С. 410-419. DOI: 10.7868/S0015330315030057
Галибина Н. А., Новицкая Л. Л., Красавина М. С., Мощенская Ю. Л. Активность инвертазы в тканях ствола карельской березы // Физиология растений. 2015б. Т. 62, № 6. С. 804-813.
Галибина Н. А., Теребова Е. Н. Физико-химические свойства клеточных стенок тканей ствола деревьев Betula pendula Roth // Ученые записки ПетрГУ. Серия: Естественные и технические науки. 2014. № 4. C. 19-25.
Гамалей Ю. В. Транспортная система сосудистых растений. С-Пб.: Изд-во Санкт-Петербургского университета, 2004. 422 с.
Колесниченко В. М. Динамика содержания и превращения ассимилятов у древесных растений: автореф. дис. …канд. биол. наук. Воронеж, 1985. 22 с.
Курсанов А. Л. Транспорт ассимилятов в растении. М.: Наука, 1976. 646 с.
Любавская А. Я. Карельская береза. М.: Лесная промышленность, 1978. 158 с.
Новицкая Л. Л. О возможной причине формирования структурных аномалий ствола карельской березы // Бот. журн. 1997. Т. 82, № 9. С. 61-66.
Новицкая Л. Л. О механизмах формирования структурных аномалий ствола карельской березы // Лесоведение. 1999. № 4. С. 77-80.
Новицкая Л. Л. Карельская береза: механизмы роста и развития структурных аномалий. Петрозаводск: Verso, 2008. 144 с.
Орлов И. И. Подсочка березы и клена. Свердловск: Свердловское книжное издательство, 1963. 40 с.
Софронова Г. И. Углеводный обмен // Физиолого-биохимические основы роста и адаптации сосны на Севере / Ред. З.Ф. Сычева. Ленинград: Наука, 1985. С. 30-57.
Энгель О. С., Холодова В. П. Активность инвертазы и отложение сахарозы в корнях сахарной свеклы // Физиол. раст. 1969. Т. 16, Вып. 6. С. 973-980.
Burch L. R., Davies H. V., Cuthbert E. M., Machray G. C., Hyedley P., Waugh R. Purification of soluble invertase from potato // Phytochemistry. 1992. Vol. 31. P. 1901-1904. DOI:10.1016/S0031-9422(03)00107-9
Cortes P. M., Sinclair T. R. The role of osmotic potential in spring sap flow of mature sugar maple trees (Acer saccharum Marsh) // J. Exp. Bot. 1985. Vol. 36. P. 12-24. DOI: 10.1093/jxb/36.1.12
Cox S. E., Stushnoff C. Temperature-related shifts in soluble carbohydrate content during dormancy and cold acclimation in Populus tremuloides // Can. J. For. Res. 2001. Vol. 31. P. 730-737. DOI: 10.1139/x00-206
Essiamah S., Eschrich W. Changes of starch content in the storage tissues of deciduous trees during winter and spring // IAWA Bulletin n.s. 1985. Vol. 6. P. 97-106.
Fisher D. B., Oparka K. J. Post-phloem transport: principles and problems // J. Exp. Bot. 1996. Vol. 47. P. 1141-1154.
Gibson S. I. Plant sugar-response pathways. Part of a complex regulatory web // Plant Physiol. 2000. Vol. 124. P. 1532-1539. doi:10.1104/124.4.1532
Gibson S. I. Sugar and phytohormone response pathways: navigating a signalling network // J. Exp. Bot. 2004. Vol. 55. P. 253-164. DOI: 10.1093/jxb/erh048
Glasziou K. T., Waldron J. C., Most B. H. Glucose regulation of enzyme synthesis in sugar cane stem tissue // Phytochemistry. 1967. Vol. 6. P. 769-775. DOI:10.1016/S0031-9422(00)86021-5
Graham I. A. Carbohydrate control of gene expression in higher plants // Res. Microbiology. 1996. Vol. 147. P. 572-580. DOI:10.1016/0923-2508(96)84014-9
Hatch M. D., Glasziou K. T. Sugar accumulation cycle in sugar-cane. II. Relationship of invertase activity to sugar content and growth rate in storage tissue of plant grown in controlled environments // Plant Physiol. 1963. Vol. 38. P. 344-348.
Isla M. I., Vattuone M. A., Sampietro A. R. Modulation of potato invertase activity by fructose // Phytochemistry. 1991. Vol. 30. P. 423-426. DOI:10.1016/0031-9422(91)83697-J
Kasuga J., Arakawa K., Fujikawa S. High accumulation of soluble sugars in deep supercooling Japanese white birch xylem parenchyma cells. New Phytol. 2007. Vol. 174. P. 569-579. DOI:10.1111/j.1469-8137.2007.02025.x
Kennecke M., Ziegler H., de Fekete M. A. R. Enzymaktivitäten im Siebröhrensaft von Robinia pseudoacacia L. und anderer Baumarten // Planta. 1971. Vol. 98. P. 330-356.
Koch K.E. Carbohydrate-modulated gene expression in plants // Annu. Rev. Plant Plysiol. Plant Mol. Biol. 1996. Vol. 47. P. 509-540. DOI: 10.1146/annurev.arplant.47.1.509
Lee J. H., Yu D. J., Kim S. J., Choi D., Lee H .J. Intraspecies differences in cold hardiness, carbohydrate content and β-amylase gene expression of Vaccinium corymbosum during cold acclimation and deacclimation // Tree Physiology. 2012. Vol. 32, Issue 12. P. 1533-1540. DOI:10.1093/treephys/tps102
Lopez M. E., Vattuone M. A., Sampietro A. R. Partial purification and properties of invertase from Carica papaya fruits // Phytochemistry. 1988. Vol. 27. P. 3077-3081. DOI:10.1016/0031-9422(88)80004-9
Loreti E., De Bellis L., Alpi A., Perata P. Why and how do plant cells sense sugars // Ann. Bot. 2001. Vol. 88. P. 803-812. DOI:10.1006/anbo.2001.1526
Magel E., Kruse S., Lütje G., Liese W. Soluble carbohydrates and acid invertases involved in the rapid growth of developing culms in Sasa palmata (Bean) Camus // Bamboo Science and Culture: J. Amer. Bamboo Soc. 2006. Vol. 19. № 1. P. 23-29.
Morin X., Ameglio T., Ahas R., Kurz-Besson C., Lanta V., Lebourgeois F., Miglietta F., Chuine I. Variation in cold hardiness and carbohydrate concentration from dormancy induction to bud burst among provenances of three European oak species // Tree Physiol. 2007. Vol. 27. P. 817-825. DOI:10.1093/treephys/27.6.817
Novitskaya L. L. Regeneration of bark and formation of abnormal birch wood // Trees. 1998. Vol. 13. P. 74-79. DOI:10.1007/s004680050189
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
Oparka K. J., Santa Cruz S. The great escape: phloem transport and unloading of macromolecules // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2000. Vol. 51. P. 323-347. DOI:10.1146/annurev.arplant.51.1.323
Roitsch T., Bittner M., Godt D. E. Induction of apoplastic invertase of Chenopodium rubrum by D-glucose and a glucose analog and tissue-specific expression suggest a role in sink-source regulation // Plant Physiol. 1995. Vol. 108. P. 285-294. DOI:10.1104/pp.108.1.285
Sauter J. J., Kloth S. Changes in carbohydrates and ultrastructure in xylem ray cells of populus in response to chilling // Protoplasma. 1987. Vol. 137. P. 45-55. DOI:10.1007/BF01281175
Sauter J. J., van Cleve B. Storage, mobilization and interrelations of starch, sugars, protein and fat on the ray storage tissue of poplar trees // Trees. 1994. Vol. 8. P. 297-304. DOI:10.1007/BF00202674
Sheen J., Zhou L., Jang J. C. Sugars as signalling molecules // Curr. Opin. Plant Biol. 1999. Vol. 2. P. 410-418. DOI:10.1016/S1369-5266(99)00014-X
Smeekens S. Sugar regulation of gene expression in plants // Curr. Opin. Plant Biol. 1998. Vol. 1. P. 230-234. DOI:10.1016/S1369-5266(98)80109-X
Uggla C., Magel E., Moritz T., Sundberg B. Function and dynamics of auxin and carbohydrates during earlywood/latewood transition in Scots pine // Plant Physiol. 2001. Vol. 125. P. 2029-2039. DOI: 10.1104/pp.125.4.2029
Yamada Y., Awano T., Fujita M., Takabe K. Living wood fibers act as large-capacity "single-use" starch storage in black locust (Robinia pseudoacacia) // Trees. 2011. Vol. 25. P. 607-616. DOI: 10.1007/s00468-010-0537-3
Zhang D., Wang Y. Post-translational inhibitory regulation of acid invertase induced by fructose and glucose in developing apple fruit // Science in China. Series C: Life Sciences. 2002. Vol. 45. P. 309-321. DOI: 10.1360/02yc9034.
Zimmermann M. H., Ziegler H. List of sugars and sugar alcohols in sieve-tube exudates. In: Zimmermann MH, Milburn JA (eds.) Encyclopedia of Plant Physiology, NS, Vol 1, Transport in Plants: Phloem Transport. Springer, New York, P. 480-503.
REFERENCES in ENGLISH
Barilskaya L.A. Sravnitelnyy strukturnyy analiz drevesiny berezy povisloy i karelskoy berezy [Comparative structural analysis of the wood of silver birch and Karelian birch]: dis. … kand. boil. nauk. Petrozavodsk, 1978. 157 s.
Galibina N. A., Novitskaya L. L., Sofronova I. N. Dinamika saharov v tkanjah stvola Betula pendula (Betulaceae) pri vyhode iz zimnego pokoja [Dynamics of sugars in trunk tissues of Betula pendula (Betulaceae) at an exit from winter dormancy]. Rastitel'nye resursy. 2012. T. 48. N 4. S. 554-564.
Galibina N. A., Celishheva Ju. L., Andreev V. P., Sofronova I. N., Nikerova K. M. Aktivnost' peroksidazy v organah i tkanjah derev'ev berezy povisloj [Peroxidase activity in organs and tissues of trees of silver birch]. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudastvennogo universiteta. Ser. “Estestvennye i tekhnicheskie nauki”. 2013. Т. 133, № 4. S. 7-13.
Galibina N. A., Terebova E. N., Novitskaya L. L., Sofronova I. N. Dinamika nestrukturnyh uglevodov v organah i tkanjah dvuhletnih sejancev Betula pendula i Betula pubescence v period vegetacii [Nonstructural carbohydrates dynamics in the organs and tissues of two year old seedlings of Betula pendula and Betula pubescence during the growing season]. Trudy KarNC RAN. Ser. Jeksperimental'naja biologija. 2014. № 5. S. 108-116.
Galibina N. A., Novitskaya L. L., Krasavina M. S., Moshchenskaya Yu. L. Activity of sucrose synthase in trunk tissues of karelian birch during cambial growth. Russian Journal of Plant Physiology. 2015а. Vol. 62, N 3. P. 381-389. 10.7868/S0015330315030057
Galibina N. A., Novitskaya L. L., Krasavina M. S., Moshchenskaya Yu. L. Activity of invertase in trunk tissues of karelian birch. Russian Journal of Plant Physiology. 2015b. Vol. 62, N 6. P. 804-813.
Galibina N. A., Terebova E. N. Fiziko-himicheskie svojstva kletochnyh stenok tkanej stvola derev'ev Betula pendula Roth [Physical-chemical properties of Betula pendula Roth trunk tissue cell walls]. Uchenye zapiski Petrozavodskogo gosudastvennogo universiteta. Ser. “Estestvennye i tekhnicheskie nauki”. 2014. № 4. S. 19-25.
Gamaley Yu. V. Transportnaya systema sosudistih rastenii [Transport system of vascular plants]. Saint-Peterburg: Publishing House of Saint-Peterburg State University, 2004. 422 s.
Kolesnichenko V. M. Dinamika soderzhaniya i prevrashchenia assimilyatov u drevesnykh rasteniy [Dynamics of the content and transformation of assimilates in woody plants]: avtoref. dis. … kand. biol. nauk. Voronezh. 1985 22 s.
Kursanov A. L. Transport assimiljatov v rastenii [Assimilate transport in plants]. Moscow: Nauka. 1976. 646 s.
Ljubavskaya A. Ya. Karelskaya berjeza [Karelian birch]. Moscow: Lesnaya promishlennost. 1978. 158 s.
Novitskaya L. L. O vozmozhnoy prichine formirovaniya strukturnykh anomaliy stvola karelskoy breezy [About a possible cause of formation of Karelian birch structural abnormalities]. Botanicheskiy zhurnal. 1997. T. 82. № 9. S. 61-66.
Novitskaya L. L. O mekhanizmakh formirovaniya strukturnykh anomaliy stvola karelskoy berezy [About mechanisms of formation of structural abnormalities in the Karelian birch trunk]. Lesovedenie. 1999. № 4. S. 77-80.
Novitskaya L. L. Karelskaya bereza: mekhanizmy rosta i razvitiya strukturnykh anomaliy [Karelian birch: mechanisms of growth and development of structural abnormalities]. Petrozavodsk: Verso, 2008. 144 s.
Orlov I. I. Podsochka berezy i klena [Tapping of birch and maple]. Sverdlovsk: Sverdlovsk Book Publishers, 1963. 40 s.
Sofronova G. I. Uglevodnyy obmen [Carbohydrate metabolism]. In: Sicheva ZF (ed.) Fiziologo-biokhimicheskiye osnovy rosta i adaptatsii sosny na Severe [Physiological-biochemical background of pine growth and adaptation in the North]. Leningrad: Nauka, 1985. S. 30-57 .
Engel O. S., Kholodova V. P. Activnost invertazy i otlozhenie sakharozy v kornyakh sakharnoy svekly [Activity of invertase and accumulation of sucrose in sugar beet roots]. Phyziologiya rasteniy. 1969 T. 16. S. 973-980.
Burch L. R., Davies H. V., Cuthbert E. M., Machray G. C., Hyedley P., Waugh R. Purification of soluble invertase from potato // Phytochemistry. 1992. Vol. 31. P. 1901-1904. DOI:10.1016/S0031-9422(03)00107-9
Cortes P. M., Sinclair T. R. The role of osmotic potential in spring sap flow of mature sugar maple trees (Acer saccharum Marsh) // J. Exp. Bot. 1985. Vol. 36. P. 12-24. DOI: 10.1093/jxb/36.1.12
Cox S. E., Stushnoff C. Temperature-related shifts in soluble carbohydrate content during dormancy and cold acclimation in Populus tremuloides // Can. J. For. Res. 2001. Vol. 31. P. 730-737. DOI: 10.1139/x00-206
Essiamah S., Eschrich W. Changes of starch content in the storage tissues of deciduous trees during winter and spring // IAWA Bulletin n.s. 1985. Vol. 6. P. 97-106.
Fisher D. B., Oparka K. J. Post-phloem transport: principles and problems // J. Exp. Bot. 1996. Vol. 47. P. 1141-1154.
Gibson S. I. Plant sugar-response pathways. Part of a complex regulatory web // Plant Physiol. 2000. Vol. 124. P. 1532-1539. doi:10.1104/124.4.1532
Gibson S. I. Sugar and phytohormone response pathways: navigating a signalling network // J. Exp. Bot. 2004. Vol. 55. P. 253-164. DOI: 10.1093/jxb/erh048
Glasziou K. T., Waldron J. C., Most B. H. Glucose regulation of enzyme synthesis in sugar cane stem tissue // Phytochemistry. 1967. Vol. 6. P. 769-775. DOI:10.1016/S0031-9422(00)86021-5
Graham I. A. Carbohydrate control of gene expression in higher plants // Res. Microbiology. 1996. Vol. 147. P. 572-580. DOI:10.1016/0923-2508(96)84014-9
Hatch M. D., Glasziou K. T. Sugar accumulation cycle in sugar-cane. II. Relationship of invertase activity to sugar content and growth rate in storage tissue of plant grown in controlled environments // Plant Physiol. 1963. Vol. 38. P. 344-348.
Isla M. I., Vattuone M. A., Sampietro A. R. Modulation of potato invertase activity by fructose // Phytochemistry. 1991. Vol. 30. P. 423-426. DOI:10.1016/0031-9422(91)83697-J
Kasuga J., Arakawa K., Fujikawa S. High accumulation of soluble sugars in deep supercooling Japanese white birch xylem parenchyma cells. New Phytol. 2007. Vol. 174. P. 569-579. DOI:10.1111/j.1469-8137.2007.02025.x
Kennecke M., Ziegler H., de Fekete M. A. R. Enzymaktivitäten im Siebröhrensaft von Robinia pseudoacacia L. und anderer Baumarten // Planta. 1971. Vol. 98. P. 330-356.
Koch K.E. Carbohydrate-modulated gene expression in plants // Annu. Rev. Plant Plysiol. Plant Mol. Biol. 1996. Vol. 47. P. 509-540. DOI: 10.1146/annurev.arplant.47.1.509
Lee J. H., Yu D. J., Kim S. J., Choi D., Lee H .J. Intraspecies differences in cold hardiness, carbohydrate content and β-amylase gene expression of Vaccinium corymbosum during cold acclimation and deacclimation // Tree Physiology. 2012. Vol. 32, Issue 12. P. 1533-1540. DOI:10.1093/treephys/tps102
Lopez M. E., Vattuone M. A., Sampietro A. R. Partial purification and properties of invertase from Carica papaya fruits // Phytochemistry. 1988. Vol. 27. P. 3077-3081. DOI:10.1016/0031-9422(88)80004-9
Loreti E., De Bellis L., Alpi A., Perata P. Why and how do plant cells sense sugars // Ann. Bot. 2001. Vol. 88. P. 803-812. DOI:10.1006/anbo.2001.1526
Magel E., Kruse S., Lütje G., Liese W. Soluble carbohydrates and acid invertases involved in the rapid growth of developing culms in Sasa palmata (Bean) Camus // Bamboo Science and Culture: J. Amer. Bamboo Soc. 2006. Vol. 19. № 1. P. 23-29.
Morin X., Ameglio T., Ahas R., Kurz-Besson C., Lanta V., Lebourgeois F., Miglietta F., Chuine I. Variation in cold hardiness and carbohydrate concentration from dormancy induction to bud burst among provenances of three European oak species // Tree Physiol. 2007. Vol. 27. P. 817-825. DOI:10.1093/treephys/27.6.817
Novitskaya L. L. Regeneration of bark and formation of abnormal birch wood // Trees. 1998. Vol. 13. P. 74-79. DOI:10.1007/s004680050189
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
Oparka K. J., Santa Cruz S. The great escape: phloem transport and unloading of macromolecules // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 2000. Vol. 51. P. 323-347. DOI:10.1146/annurev.arplant.51.1.323
Roitsch T., Bittner M., Godt D. E. Induction of apoplastic invertase of Chenopodium rubrum by D-glucose and a glucose analog and tissue-specific expression suggest a role in sink-source regulation // Plant Physiol. 1995. Vol. 108. P. 285-294. DOI:10.1104/pp.108.1.285
Sauter J. J., Kloth S. Changes in carbohydrates and ultrastructure in xylem ray cells of populus in response to chilling // Protoplasma. 1987. Vol. 137. P. 45-55. DOI:10.1007/BF01281175
Sauter J. J., van Cleve B. Storage, mobilization and interrelations of starch, sugars, protein and fat on the ray storage tissue of poplar trees // Trees. 1994. Vol. 8. P. 297-304. DOI:10.1007/BF00202674
Sheen J., Zhou L., Jang J. C. Sugars as signalling molecules // Curr. Opin. Plant Biol. 1999. Vol. 2. P. 410-418. DOI:10.1016/S1369-5266(99)00014-X
Smeekens S. Sugar regulation of gene expression in plants // Curr. Opin. Plant Biol. 1998. Vol. 1. P. 230-234. DOI:10.1016/S1369-5266(98)80109-X
Uggla C., Magel E., Moritz T., Sundberg B. Function and dynamics of auxin and carbohydrates during earlywood/latewood transition in Scots pine // Plant Physiol. 2001. Vol. 125. P. 2029-2039. DOI: 10.1104/pp.125.4.2029
Yamada Y., Awano T., Fujita M., Takabe K. Living wood fibers act as large-capacity "single-use" starch storage in black locust (Robinia pseudoacacia) // Trees. 2011. Vol. 25. P. 607-616. DOI: 10.1007/s00468-010-0537-3
Zhang D., Wang Y. Post-translational inhibitory regulation of acid invertase induced by fructose and glucose in developing apple fruit // Science in China. Series C: Life Sciences. 2002. Vol. 45. P. 309-321. DOI: 10.1360/02yc9034.
Zimmermann M. H., Ziegler H. List of sugars and sugar alcohols in sieve-tube exudates. In: Zimmermann MH, Milburn JA (eds.) Encyclopedia of Plant Physiology, NS, Vol 1, Transport in Plants: Phloem Transport. Springer, New York, P. 480-503.
DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb216
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019