РЕАКЦИЯ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ НА КОМБИНИРОВАННОЕ ДЕЙСТВИЕ

Юлия Валерьевна Венжик, Александр Федорович Титов, Вера Викторовна Таланова, Yulia Venzhik, Alexander Titov, Vera Talanova

Аннотация


Изучали реакцию растений пшеницы (Triticum aestivum L.) на комбинированное (последовательное) действие холода (4°С) и сульфата кадмия (100 мкМ). Предобработка проростков в течение 1 сут кадмием вызывала повышение их холодоустойчивости, в дальнейшем при температуре 4°С она продолжала нарастать, достигая максимума через 1–2 сут, но к концу опыта (7 сут) несколько снижалась. Вместе с тем кадмий не препятствовал накоплению сырой и сухой биомассы побегов при последующем действии на проростки температуры 4°С, хотя отрицательно сказывался на суммарном содержании хлорофиллов в листьях. Суточная предобработка проростков холодом также вызывала повышение их холодоустойчивости, которая сохранялась при последующем действии кадмия в течение нескольких суток, но через 6–7 сут заметно снижалась. Кроме того, предобработка холодом уменьшала накопление сырой и сухой биомассы побегов пшеницы, а также суммарное содержание хлорофиллов в листьях при последующем продолжительном действии кадмия. Сделан вывод о том, что реакция растений пшеницы на длительное воздействие (7 сут) низкой положительной температуры или кадмия заметно изменяется, если ему предшествует даже непродолжительное (1 сут) воздействие другого стресс-фактора. В частности, воздействие кадмия, предшествующее действию холода, приводило к частичному «сбою» программы холодовой адаптации, в результате чего устойчивость растений не достигала уровня, характерного для холодового закаливания при температуре 4°С, а предобработка растений холодом, в свою очередь, усиливала негативные эффекты кадмия на холодоустойчивость, накопление биомассы и содержание фотосинтетических пигментов в листьях пшеницы.

 


Ключевые слова


Triticum aestivum L.; низкая температура; кадмий; предобработка; холодоустойчивость; накопление биомассы; фотосинтетические пигменты.

Полный текст:

PDF

Литература


Балагурова Н. И., Дроздов С. Н., Хилков Н. И. Метод определения устойчивости растительных тканей к промораживанию. Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР, 1982. 6 с.

Венжик Ю. В., Титов А. Ф., Холопцева Е.С., Таланова В. В. Раздельное и совместное действие низкой температуры а кадмия на некоторые физиологические показатели пшеницы // Труды КарНЦ РАН. 2015a. № 12. С. 23–34.

Венжик Ю. В., Таланова В. В., Титов А. Ф., Холопцева Е. С. О сходстве и различиях в реакции растений пшеницы на действие низкой температуры и кадмия // Известия РАН. Серия биологическая. 2015б. № 6. С. 597–604.

Казнина Н. М., Титов А. Ф. Влияние кадмия на физиологические процессы и продутивность растений семейства Poaceae // Успехи совр. биол. 2013. Т. 133. № 6. С. 588–603.

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.

Кузнецов Вл. В., Дмитриева Г. А. Физиология растений. М.: Высшая школа, 2006. 742 с.

Репкина Н. С., Таланова В. В., Титов А. Ф., Букарева И. В. Реакция растений пшеницы (Triticum aestivum L.) на раздельное и совместное действие низкой температуры и кадмия // Труды КарНЦ РАН. 2014. № 5. С. 133–139. DOI: 10.17076/eb229

Репкина Н. С., Батова Ю. В., Титов А. Ф., Таланова В. В. Экспрессия гена глутатионсинтетазы GS3 в корнях и листьях проростков пшеницы при действии кадмия // Труды КарНЦ РАН. 2015. № 11. C. 67–75.

Рогожин В. В., Рогожина Т. В. Практикум по физиологии и биохимии растений. СПб.: Издательство “ГИОРД”, 2013. 352 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.

Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. 172 с.

Титов А. Ф., Казнина Н. М., Таланова В. В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: КарНЦ РАН. 2014. 194 с.

Чиркова Т. В. Физиологические основы устойчивости растений. СПб: Изд-во СПб ун-та, 2002. 244 с.

Ali B., Qian P., Jin R., Ali S., Khan M., Aziz R., Tian T., Zhou W. Physiological and ultrastructural changes in Brassica napus seedlings induced by cadmium stress // Biol. Plant. 2014. Vol. 58. Nо 1. P. 131–138. DOI: 10.1007/s 10535-013-0358-5

Bashir H., Qureshi M. I., Ibrahim M. M., Iqbal M. Chloroplast and photosystems: Impact of cadmium and iron deficiency // Photosynthetica. 2015. Vol. 53. Nо 3. P. 321–335. DOI: 10.1007/s 11099-015-0152z

Ci D., Jiang D., Wollenweber B. Cadmium stress in wheat seedlings: growth, cadmium accumulation and photosynthesis // Acta Physiol. Plant. 2010. Vol. 32. Nо 2. P. 365–373. DOI: 10.1007/s 11738-009-0414-0

Ensminger I., Busch F., Huner N. Photostasis and cold acclimation: sensing low temperature through photosynthesis // Physiol. Plant. 2006. Vol. 126. Nо 1. P. 28–44. DOI: 10.1111/j. 1399-3054.2005.00627.x

Gallego S. M., Pena L. B., Barcia R. A., Azpilicueta C. E., Iannone M. F., Rosales E. P., Zawoznik M. S., Groppa M. D., Benavides M. P. Unravelling cadmium toxicity and tolerance in plants: insight into regulatory mechanisms // Environ. Exp. Bot. 2012. Vol. 83. P. 33–46. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2012.04.006

Hasan S. A., Fariduddin Q., Ali B., Hayat B. A., Ahmad A. Cadmium: toxicity and tolerance in plants // J. Environ. Biol. 2009. Vol. 30. Nо 2. P. 165–174.

Lichtenthaler H. K., Wellburn A. L. Determination of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf exacts in different solvents // Biochem. Soc. Trans. 1983. Vol. 11. Nо 5. P. 591–593.

Moradkhani S., Nejad R. A. K., Dilmaghani K., Chaparzadeh N. Salicylic acid decreases Cd toxicity in sunflower plants // Ann. Biol. Res. 2013. Vol. 4. Nо 1. P. 135–141.

Piršelová B., Boleček P., Gálusová T. Effect of cadmium and arsenic on chlorophyll fluorescence of selected soybean cultivars // Физиол. раст. 2016. Т. 63. № 4. С.499–503. DOI: 10.7868/s0015330316040126

Pourghasemian N., Ehsanzadeh P., Greger M. Genotypic variation in safflower (Carthamus spp.) cadmium accumulation and tolerance affected by temperature and cadmium levels // Environ. Exp. Bot. 2013. Vol. 87. P. 218–226. DOI: 10.1016/j.envenbot.2012.12.003

Sergeant K., Kieffer P., Dommes J., Hausman J.-F. Proteomic changes in leaves of poplar exposed to both cadmium and low temperature // Environ. Exp. Bot. 2014. Vol. 106. P. 112–123. DOI: 10.1016/j.envexbot.2014.01.007

Theocharis A., Clément Ch., Barka E. A. Physiological and molecular changes in plants grown at low temperature // Planta. 2012. Vol. 235. Nо 6. P. 1091–1105. DOI: 10.1007/s00425–012–164/-y

Tran T. A., Popova L. P. Function and toxicity of cadmium in plants: recent advances and future prospects // Turk. J. Bot. 2013. Vol. 37. Nо 1. P. 1–13. DOI: 10.3906/bot–1112–16

Wang Y., Jiang X., Li K., Wu M., Zhang R., Zhang L., Chen G. Photosynthetic responses of Oryza sativa L. seedlings to cadmium stress: physiological, biochemical and ultrastructural analyses // Biometals. 2014. Vol. 27. Nо 2. P. 389–401.

Yughoubian Y., Siadat S. A., Moradi Telavat M. R., Pirdashti H. Quantify the response of purslane plant growth, photosynthesis pigments and photosystem II photochemistry to cadmium concentration gradients in the soil // Физиол. раст. 2016. Т. 63. № 1. С. 83–90. DOI: 10.7868/s0015330316010188

Zhao F.-Y., Liu W., Zhang S.-Y. Different responses on plant growth and antioxidant system to the combination of cadmium and heat stress in transgenic and non-transgenic rice //J. Integr. Plant Biol. 2009. Vol. 51. N 10. P. 942–950. DOI: 10.1111/j.1744–7909.2009.00865.x

References in English

Balagurova N. I., Drozdov S. N., Hilkov N. I. Metod opredelenija ustojchivosti rastitel'nyh tkanej k promorazhivaniju [Methods for determination of plant tissues resistance to freezing] . Petrozavodsk: Karel'skij filial AN SSSR, 1982. 6 p.

Venzhik Ju. V., Titov A. F., Holopceva E. S., Talanova V. V. Razdel'noe i sovmestnoe dejstvie nizkoj temperatury a kadmija na nekotorye fiziologicheskie pokazateli pshenicy [Separate and combined effects of low temperature and cadmium on some physiological indicators in wheat]. Trudy KarNC RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2015a. no. 12. P. 23–34.

Venzhik Ju. V., Talanova V. V., Titov A. F., Holopceva E. S. O shodstve i razlichijah v reakcii rastenij pshenicy na dejstvie nizkoj temperatury i kadmija [Similarities and differences in wheat plant responses to low temperature and cadmium. Izvestija RAN. Serija biologicheskaja. [Biol. Bulletin]. 2015b. no. 6. P. 597–604.

Kaznina N. M., Titov A. F. Vlijanie kadmija na fiziologicheskie processy i produtivnost' rastenij semejstva Poaceae [The influence of cadmium on physiological processes and productivity of Poaceae plants. Uspehi sovr. biol. [Biol. Bull. Reviews]. 2013. Vol. 133. no. 6. P. 588–603.

Klimov S. V. Adaptacija rastenij k stressam cherez izmenenie donorno-akceptornyh otnoshenij na raznyh urovnjah strukturnoj organizacii [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.

Kuznecov Vl. V., Dmitrieva G. A. Fiziologija rastenij. [Plants physiology]. Moscow.: Vysshaja shkola, 2006. 742 p.

Repkina N. S., Talanova V. V., Titov A. F., Bukareva I. V. Reakcija rastenij pshenicy (Triticum aestivum L.) na razdel'noe i sovmestnoe dejstvie nizkoj temperatury i kadmija [Wheat response to separate and combined impact of low temperature and cadmium]. Trudy KarNC RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2014. No 5. P. 133–139.

Repkina N. S., Batova Ju. V., Titov A. F., Talanova V. V. Jekspressija gena glutationsintetazy GS3 v kornjah i list'jah prorostkov pshenicy pri dejstvii kadmija [Glutathione synthetase (GS3) gene expression in the leaves and roots of wheat seedlings under cadmium impact]. Trudy KarNC RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2015. No 11. P. 67–75. DOI: 10.17076/eb229

Rogozhin V. V., Rogozhina T. V. Praktikum po fiziologii i biohimii rastenij [Practical work on physiology and biochemistry of plants]. St. Petersburg: GIORD. 2013. 352 p.

Titov A. F., Akimova T. V., Talanova V. V., Topchieva L. V. Ustojchivost' rastenij v nachal'nyj period dejstvija neblagoprijatnyh temperature [Plant resistance in the initial period of unfavorable temperatures effects]. Moscow: Nauka, 2006. 143 p.

Titov A. F., Talanova V. V., Kaznina N. M., Lajdinen G. F. Ustojchivost' rastenij k tjazhelym metallam [Plant resistance to heavy metals]. Petrozavodsk: KarNC RAN, 2007. 172 p.

Titov A. F., Kaznina N. M., Talanova V. V. Tjazhelye metally i rastenija [Heavy meyals and plants]. Petrozavodsk: KarNC RAN. 2014. 194 p.

Chirkova T. V. Fiziologicheskie osnovy ustojchivosti rastenij [Physiological bases of plant resistance]. St Petersburg: St Peterburg Univ., 2002. 244 p.

Ali B., Qian P., Jin R., Ali S., Khan M., Aziz R., Tian T., Zhou W. Physiological and ultrastructural changes in Brassica napus seedlings induced by cadmium stress // Biol. Plant. 2014. Vol. 58. Nо 1. P. 131–138. DOI: 10.1007/s 10535-013-0358-5

Bashir H., Qureshi M. I., Ibrahim M. M., Iqbal M. Chloroplast and photosystems: Impact of cadmium and iron deficiency // Photosynthetica. 2015. Vol. 53. Nо 3. P. 321–335. DOI: 10.1007/s 11099-015-0152z

Ci D., Jiang D., Wollenweber B. Cadmium stress in wheat seedlings: growth, cadmium accumulation and photosynthesis // Acta Physiol. Plant. 2010. Vol. 32. Nо 2. P. 365–373. DOI: 10.1007/s 11738-009-0414-0

Ensminger I., Busch F., Huner N. Photostasis and cold acclimation: sensing low temperature through photosynthesis // Physiol. Plant. 2006. Vol. 126. Nо 1. P. 28–44. DOI: 10.1111/j. 1399-3054.2005.00627.x

Gallego S. M., Pena L. B., Barcia R. A., Azpilicueta C. E., Iannone M. F., Rosales E. P., Zawoznik M. S., Groppa M. D., Benavides M. P. Unravelling cadmium toxicity and tolerance in plants: insight into regulatory mechanisms // Environ. Exp. Bot. 2012. Vol. 83. P. 33–46. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2012.04.006

Hasan S. A., Fariduddin Q., Ali B., Hayat B. A., Ahmad A. Cadmium: toxicity and tolerance in plants // J. Environ. Biol. 2009. Vol. 30. Nо 2. P. 165–174.

Lichtenthaler H. K., Wellburn A. L. Determination of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf exacts in different solvents // Biochem. Soc. Trans. 1983. Vol. 11. Nо 5. P. 591–593.

Moradkhani S., Nejad R. A. K., Dilmaghani K., Chaparzadeh N. Salicylic acid decreases Cd toxicity in sunflower plants // Ann. Biol. Res. 2013. Vol. 4. Nо 1. P. 135–141.

Piršelová B., Boleček P., Gálusová T. Effect of cadmium and arsenic on chlorophyll fluorescence of selected soybean cultivars // Физиол. раст. 2016. Т. 63. № 4. С.499–503. DOI: 10.7868/s0015330316040126

Pourghasemian N., Ehsanzadeh P., Greger M. Genotypic variation in safflower (Carthamus spp.) cadmium accumulation and tolerance affected by temperature and cadmium levels // Environ. Exp. Bot. 2013. Vol. 87. P. 218–226. DOI: 10.1016/j.envenbot.2012.12.003

Sergeant K., Kieffer P., Dommes J., Hausman J.-F. Proteomic changes in leaves of poplar exposed to both cadmium and low temperature // Environ. Exp. Bot. 2014. Vol. 106. P. 112–123. DOI: 10.1016/j.envexbot.2014.01.007

Theocharis A., Clément Ch., Barka E. A. Physiological and molecular changes in plants grown at low temperature // Planta. 2012. Vol. 235. Nо 6. P. 1091–1105. DOI: 10.1007/s00425–012–164/-y

Tran T. A., Popova L. P. Function and toxicity of cadmium in plants: recent advances and future prospects // Turk. J. Bot. 2013. Vol. 37. Nо 1. P. 1–13. DOI: 10.3906/bot–1112–16

Wang Y., Jiang X., Li K., Wu M., Zhang R., Zhang L., Chen G. Photosynthetic responses of Oryza sativa L. seedlings to cadmium stress: physiological, biochemical and ultrastructural analyses // Biometals. 2014. Vol. 27. Nо 2. P. 389–401.

Yughoubian Y., Siadat S. A., Moradi Telavat M. R., Pirdashti H. Quantify the response of purslane plant growth, photosynthesis pigments and photosystem II photochemistry to cadmium concentration gradients in the soil // Физиол. раст. 2016. Т. 63. № 1. С. 83–90. DOI: 10.7868/s0015330316010188

Zhao F.-Y., Liu W., Zhang S.-Y. Different responses on plant growth and antioxidant system to the combination of cadmium and heat stress in transgenic and non-transgenic rice //J. Integr. Plant Biol. 2009. Vol. 51. N 10. P. 942–950. DOI: 10.1111/j.1744–7909.2009.00865.x




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb662

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2016