ВЛИЯНИЕ КРУГЛОСУТОЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ НА ПИГМЕНТНЫЙ КОМПЛЕКС РАСТЕНИЙ СЕМЕЙСТВА SOLANACEA

Татьяна Геннадиевна Шибаева, Александр Федорович Титов, Tatyana Shibaeva, Alexander Titov

Аннотация


Иccледовано влияние круглосуточного освещения в период пререпродуктивного развития растений на пигментный комплекс и фотосинтетическую активность листьев у трех видов сем. SolanaceaLycopersicon esculentum Mill., Solanum melongena L. и Capsicum annuum L. Показано, что в условиях круглосуточного освещения у растений томата и баклажана происходят определенные изменения в пигментном комплексе (уменьшение содержания хлорофилла, увеличение соотношения хлорофиллов а/b, редукция ССК), направленные на снижение поглощения света фотосинтетическим аппаратом. Происходящие при этом фотоповреждения проявляются в форме мезжилкового хлороза у листьев томата и некротических пятен на листьях баклажана. У перца снижение содержания хлорофиллов не происходило, наоборот, отмечено даже некоторое его увеличение, однако листья имели деформации в виде морщинистости. По-видимому, более высокое содержание в листьях перца каротиноидов, обладающих фотопротекторными свойствами, защищает его фотосинтетический аппарат от негативного влияния избыточного поступления световой энергии. Обсуждаются возможные причины фотоповреждения листьев, обусловленные круглосуточным освещением растений. Среди них рассматриваются такие как гипераккумуляция крахмала, постоянное фотоокислительное воздействие, сигнальное воздействие на фоторецепторы, несоответствие между частотой внутренних (циркадных) биоритмов и внешним циклом свет/темнота (циркадная асинхрония). Помимо них предполагается еще одна возможная причина депигментации растений в условиях неблагоприятного светового режима, имеющая генетическую природу - наличие у некоторых видов (экотипов, генотипов) светочувствительного мутантного гена, который в обычных условиях не проявляет себя, так как находится в супрессированном состоянии, а мутантные растения при этом фенотипически не отличаются от обычных (т.е. растений дикого типа). Избыточное освещение вызывает у таких растений инактивацию белка-супрессора, контролируемого геном-супрессором, и соответственно дерепрессию мутантного гена и, как следствие, депигментацию листьев растений. В этом случае хлороз листьев и, возможно, некроз, наблюдаемые в условиях круглосуточного освещения у чувствительных к избыточному свету видов растений (экотипов, генотипов), могут рассматриваться как проявление супрессированной светочувствительности.


Ключевые слова


Lycopersicon esculentum Mill.; Solanum melongena L.; Capsicum annuum L.; круглосуточное освещение; фотосинтетические пигменты; хлороз; некроз

Полный текст:

PDF

Литература


Arthur J. M. Plant growth in continuous illumination // Biological effects of radiation / Ed. B. M. Duggar. Ney-York: McGraw-Hill Book Co, 1936. P. 715–725.

Arthur J. W., Guthrie J. D., Newell J. M. Some effects of artificial climates on the growth and chemical composition of plants // Amer. J. Bot. 1930. Vol. 17. P. 416–482.

Björkman O., Holmgren P. Adaptability of the Photosynthetic

Apparatus to Light Intensity in Ecotypes from Exposed and Shaded Habitats // Physiol. Plant. 1963. Vol. 16. P. 889–914. doi: 10.1111/j.1399-3054.1963.tb08366.x

Cushman K. E., Tibbitts T. W., Sharkey T. D., Wise R. R. Constant-light injury of tomato: Temporal and spatial patterns of carbon dioxide assimilation, starch content, chloroplast integrity, and nectrotic lesions // J. Am. Soc. Hortic. Sci. 1995. Vol. 120. P. 1032–1040.

Demers D. A., Dorais M., Wien H. C., Gosselin A. Effects of supplemental light duration on greenhouse tomato (Lycopersicon exculentum Mill.) plants and fruit yields // Sci. Hort. 1998. Vol. 74. P. 295−306. doi:10.1016/S0304-4238(98) 00097-1

Demers D. A., Gosselin A. Growing Greenhouse Tomato and Sweet Pepper under Supplemental Lighting: Optimal Photoperiod, Negative Effects of Long Photoperiod and their Causes // Acta Hort. 2002. Vol. 580. P. 83–88. doi: 10.17660/ActaHortic.2002.580.9

Demmig-Adams B., Adams W. W. III. Photoprotection and Other Responses of Plants to High Light Stress // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1992. Vol. 43. P. 599–626. doi: 10.1146/annurev.pp.43.060192.003123

Dorais M., Carpentier R., Yelle S., Gosselin A. Adaptability of tomato and pepper leaves to changes in photoperiod: Effects on the composition and function of the thylakoid membrane // Physiol. Plant. 1995. Vol. 94. P. 692–700. doi: 10.1111/j.1399-3054.1995.tb00986.x

Dorais M., Gosselin A. Physiological Response of Greenhouse Vegetable Crops to Supplemental Lighting // Acta Hort. 2002. Vol. 580. P. 59–67. doi:10.17660/ActaHortic.2002.580.6

Dorais M., Yelle S., Gosselin A. Influence of extended photoperiod on photosynthate partitioning and export in tomato and pepper plants // New Zealand J. Crop Hortic. Sci. 1996. Vol. 24. P. 29–37. doi:10.1080/01140671.1996.9513932

Globig S., Rosen I., Janes H. W. Continuous light effects on photosynthesis and carbon metabolism in tomato // Acta Hort. 1997. Vol. 418. P. 141−152. doi:10.17660/ActaHortic.1997.418.19

Haque M. S., Kjaer K. H., Rosenqvist E., Ottosen C.‑O. Continuous light increases growth, daily carbon gain, antioxidants, and alters carbohydrate metabolism in a cultivated and a wild tomato species // Front. Plant Sci. 2015. Vol. 6. P. 522–532. doi:10.3389/fpls.2015.00522

Hillman W. S. Injury of tomato plants by continuous light and unfavorable photoperiodic cycles // Am. J. Bot. 1956. Vol. 43. P. 89−96. doi: 10.2307/2438816

Koontz H. V., Prince R. P. Effect of 16 and 24 hours daily radiation (light) on lettuce growth // Hort. Sci. 1986. Vol. 21. P. 123–124.

Lichtenthaler N. K. Chlorophylls and carotenoids –

pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in еnzymology / Eds. S. P. Colowick, N. O. Kaplan. San Diego: Acad. Press, 1987. Vol. 148. P. 350–382. doi: 10.1016/0076-6879(87) 48036-1

Lichtenthaler H., Buschmann C., Knapp M. How to correctly determine chlorophyll fluorescence parameters and the chlorophyll fluorescence decrease ratio RFd of leaves with the PAM fluorometer // Photosynthetica. 2005. Vol. 43. P. 379–393. doi: 10.1007/s11099‑005‑0062‑6

Long S. P., Humphries S., Falkowski P. G. Photoinhibition of Photosynthesis in Nature // Annu. Rev. PlantPhysiol. Plant Mol. Biol. 1994. Vol. 45. P. 633–662. doi: 10.1146/annurev. pp.45.060194.003221

Moe R., Grimstad S., Gislerød H. R. The use of artificial light in year round production of greenhouse crops in Norway // Acta Hort. 2006. Vol. 711. P. 35–42. doi: 10.17660/ActaHortic.2006.711.2

Murage E., Watashiro N., Masuda M. Leaf chlorosis and carbon metabolism of eggplant in response to continuous light and carbon dioxide // Sci. Hort. 1996. Vol. 67. P. 27−37. doi: 10.1016/s0304-4238(96)00930-2

Nilwik H. J. M. Growth analysis of sweet pepper (Capsicum annuum L.) 2. Interacting effects of irradiance, temperature and plant age in controlled conditions // Ann. Bot. 1981. Vol. 48. P. 136–145.

Osmond B., Forster B. Photoinhibition: Then and Now. In: Photoprotection, Photoinhibition, Gene Regulation, and Environment / Eds. B. Demmig-Adams, W. W. III Adams, A. K. Mattoo. Dordrecht: Springer-Verlag, 2006. P. 11–22.

Sysoeva M. I., Markovskaya E. F., Shibaeva T. G. Plants under Continuous Light: a Review // Plant Stress. 2010. Vol. 4, no. 1. P. 5–17.

Velez-Ramirez A. I., van Ieperen W., Vreugdenhil D., Millenaar F. F. Plants under Continuous Light // Trends in Plant Science. 2011. Vol. 16, no. 6. P. 310–318. doi: 10.1016/j.tplants.2011.02.003

Velez-Ramirez A. I., van Ieperen W., Vreugdenhil D., van Poppel P. M. J. A., Heuvelink E., Millenaar F. F. A single locus confers tolerance to continuous light and allows substantial yield increase in tomato // Nature Communications. 2014. Vol. 5. P. 4549. doi: 10.1038/ncomms5549

Wolff S. A., Langerud A. Fruit Yield, Starch Content and Leaf Chlorosis in Cucumber Exposed to Continuous Lighting // Europ. J. Hortic. Sci. 2006. Vol. 71. P. 259–261.

References in English

Arthur J. M. Plant growth in continuous illumination // Biological effects of radiation / Ed. B. M. Duggar. Ney-York: McGraw-Hill Book Co, 1936. P. 715–725.

Arthur J. W., Guthrie J. D., Newell J. M. Some effects of artificial climates on the growth and chemical composition of plants // Amer. J. Bot. 1930. Vol. 17. P. 416–482.

Björkman O., Holmgren P. Adaptability of the Photosynthetic

Apparatus to Light Intensity in Ecotypes from Exposed and Shaded Habitats // Physiol. Plant. 1963. Vol. 16. P. 889–914. doi: 10.1111/j.1399-3054.1963.tb08366.x

Cushman K. E., Tibbitts T. W., Sharkey T. D., Wise R. R. Constant-light injury of tomato: Temporal and spatial patterns of carbon dioxide assimilation, starch content, chloroplast integrity, and nectrotic lesions // J. Am. Soc. Hortic. Sci. 1995. Vol. 120. P. 1032–1040.

Demers D. A., Dorais M., Wien H. C., Gosselin A. Effects of supplemental light duration on greenhouse tomato (Lycopersicon exculentum Mill.) plants and fruit yields // Sci. Hort. 1998. Vol. 74. P. 295−306. doi:10.1016/S0304-4238(98) 00097-1

Demers D. A., Gosselin A. Growing Greenhouse Tomato and Sweet Pepper under Supplemental Lighting: Optimal Photoperiod, Negative Effects of Long Photoperiod and their Causes // Acta Hort. 2002. Vol. 580. P. 83–88. doi: 10.17660/ActaHortic.2002.580.9

Demmig-Adams B., Adams W. W. III. Photoprotection and Other Responses of Plants to High Light Stress // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1992. Vol. 43. P. 599–626. doi: 10.1146/annurev.pp.43.060192.003123

Dorais M., Carpentier R., Yelle S., Gosselin A. Adaptability of tomato and pepper leaves to changes in photoperiod: Effects on the composition and function of the thylakoid membrane // Physiol. Plant. 1995. Vol. 94. P. 692–700. doi: 10.1111/j.1399-3054.1995.tb00986.x

Dorais M., Gosselin A. Physiological Response of Greenhouse Vegetable Crops to Supplemental Lighting // Acta Hort. 2002. Vol. 580. P. 59–67. doi:10.17660/ActaHortic.2002.580.6

Dorais M., Yelle S., Gosselin A. Influence of extended photoperiod on photosynthate partitioning and export in tomato and pepper plants // New Zealand J. Crop Hortic. Sci. 1996. Vol. 24. P. 29–37. doi:10.1080/01140671.1996.9513932

Globig S., Rosen I., Janes H. W. Continuous light effects on photosynthesis and carbon metabolism in tomato // Acta Hort. 1997. Vol. 418. P. 141−152. doi:10.17660/ActaHortic.1997.418.19

Haque M. S., Kjaer K. H., Rosenqvist E., Ottosen C.‑O. Continuous light increases growth, daily carbon gain, antioxidants, and alters carbohydrate metabolism in a cultivated and a wild tomato species // Front. Plant Sci. 2015. Vol. 6. P. 522–532. doi:10.3389/fpls.2015.00522

Hillman W. S. Injury of tomato plants by continuous light and unfavorable photoperiodic cycles // Am. J. Bot. 1956. Vol. 43. P. 89−96. doi: 10.2307/2438816

Koontz H. V., Prince R. P. Effect of 16 and 24 hours daily radiation (light) on lettuce growth // Hort. Sci. 1986. Vol. 21. P. 123–124.

Lichtenthaler N. K. Chlorophylls and carotenoids –

pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in еnzymology / Eds. S. P. Colowick, N. O. Kaplan. San Diego: Acad. Press, 1987. Vol. 148. P. 350–382. doi: 10.1016/0076-6879(87) 48036-1

Lichtenthaler H., Buschmann C., Knapp M. How to correctly determine chlorophyll fluorescence parameters and the chlorophyll fluorescence decrease ratio RFd of leaves with the PAM fluorometer // Photosynthetica. 2005. Vol. 43. P. 379–393. doi: 10.1007/s11099‑005‑0062‑6

Long S. P., Humphries S., Falkowski P. G. Photoinhibition of Photosynthesis in Nature // Annu. Rev. PlantPhysiol. Plant Mol. Biol. 1994. Vol. 45. P. 633–662. doi: 10.1146/annurev. pp.45.060194.003221

Moe R., Grimstad S., Gislerød H. R. The use of artificial light in year round production of greenhouse crops in Norway // Acta Hort. 2006. Vol. 711. P. 35–42. doi: 10.17660/ActaHortic.2006.711.2

Murage E., Watashiro N., Masuda M. Leaf chlorosis and carbon metabolism of eggplant in response to continuous light and carbon dioxide // Sci. Hort. 1996. Vol. 67. P. 27−37. doi: 10.1016/s0304-4238(96)00930-2

Nilwik H. J. M. Growth analysis of sweet pepper (Capsicum annuum L.) 2. Interacting effects of irradiance, temperature and plant age in controlled conditions // Ann. Bot. 1981. Vol. 48. P. 136–145.

Osmond B., Forster B. Photoinhibition: Then and Now. In: Photoprotection, Photoinhibition, Gene Regulation, and Environment / Eds. B. Demmig-Adams, W. W. III Adams, A. K. Mattoo. Dordrecht: Springer-Verlag, 2006. P. 11–22.

Sysoeva M. I., Markovskaya E. F., Shibaeva T. G. Plants under Continuous Light: a Review // Plant Stress. 2010. Vol. 4, no. 1. P. 5–17.

Velez-Ramirez A. I., van Ieperen W., Vreugdenhil D., Millenaar F. F. Plants under Continuous Light // Trends in Plant Science. 2011. Vol. 16, no. 6. P. 310–318. doi: 10.1016/j.tplants.2011.02.003

Velez-Ramirez A. I., van Ieperen W., Vreugdenhil D., van Poppel P. M. J. A., Heuvelink E., Millenaar F. F. A single locus confers tolerance to continuous light and allows substantial yield increase in tomato // Nature Communications. 2014. Vol. 5. P. 4549. doi: 10.1038/ncomms5549

Wolff S. A., Langerud A. Fruit Yield, Starch Content and Leaf Chlorosis in Cucumber Exposed to Continuous Lighting // Europ. J. Hortic. Sci. 2006. Vol. 71. P. 259–261.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb498

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2016