ВЛИЯНИЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ЕЖЕСУТОЧНЫХ ПОНИЖЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ХОЛОДОУСТОЙЧИВОСТЬ ЛИСТЬЕВ РАЗНОГО ВОЗРАСТА

Елена Георгиевна Шерудило; Татьяна Геннадьевна Шибаева; Elena Sherudilo; Tatyana Shibaeva

doi:10.17076/eb821

ВЛИЯНИЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ЕЖЕСУТОЧНЫХ ПОНИЖЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ХОЛОДОУСТОЙЧИВОСТЬ ЛИСТЬЕВ РАЗНОГО ВОЗРАСТА

Елена Георгиевна Шерудило, Татьяна Геннадьевна Шибаева, Elena Sherudilo, Tatyana Shibaeva

Аннотация

Изучали влияние возраста листа на способность повышать холодоустойчивость листьев огурца (Cucumis sativus L.) и пшеницы (Triticum astevum L.) под влиянием ежесуточных кратковременных понижений температуры (ДРОП-воздействий, от англ. drop - падение). С этой целью растения в течение 6 суток подвергали кратковременным (2 ч в конце ночного периода) понижениям температуры до 12°С (огурец) или 4°С (пшеница) в фазе активно растущего первого (пшеница) или второго настоящего (огурец) листа (ДРОП 1) или в фазе заканчивающего рост, то есть зрелого, соответственно, первого или второго листа (ДРОП 2). Растения варианта ДРОП 3 подвергали ДРОП-воздействиям на протяжении всего периода (12 суток) роста первого или второго листа, соответственно. Холодоустойчивость листьев оценивали по устойчивости клеток листа к краткосрочному промораживанию. О проницаемости мембран судили по относительному выходу электролитов из ткани листьев. Установлено, что реакция растений на ДРОП-воздействия зависит от возраста листа. Молодые и зрелые листья огурца и пшеницы реагировали на ДРОП-воздействия ростом холодоустойчивости листьев. При этом у зрелых листьев холодоустойчивость достигала больших значений, чем у молодых. Относительный выход электролитов у зрелых листьев был также меньше по сравнению с молодыми листьями, что свидетельствует о большем повышении стабильности мембран зрелых листьев под влиянием ДРОП-воздействий. Предполагается, что причиной влияния возраста листа на повышение холодоустойчивости листьев под влиянием ДРОП-воздействий являются структурные (анатомо-морфологические) и метаболические особенности листьев разного возраста

Ключевые слова

Cucumis sativus L.; Triticum astevum L.; возраст листа; кратковременные понижения температуры; холодоустойчивость.

Полный текст:

PDF

Литература

Акимова Т. В., Крупнова И. В., Титов А. Ф. Динамика теплоустойчивости клеток листа в последействии высокой закаливающей температуры в зависимости от продолжительности ее действия на растения // Эколого-физиологические аспекты устойчивости, роста и развития растений. Петрозаводск, КНЦ АН СССР, 1990. С. 42–47.

Горбань И. С., Завадская И. Г., Шухтина Г. Г., Щербакова А. М. Способность к тепловому закаливанию клеток у колеоптелей и листьев разного возраста. Цитология. 1974. Т. 16, № 8. С. 1036-1040.

Гришенкова Н.Н., Лукаткин А.С. Определение устойчивости растительных тканей к абиотическим стрессам с использованием кондуктометрического метода// Поволжский экологический журнал. 2005. № 1. С. 3-11.

Дроздов С. Н., Курец В. К., Будыкина Н. П., Балагурова Н. И. Определение устойчивости растений к заморозкам // Методы оценки устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды. Л.: Колос, 1976. С. 222-228.

Икконен Е. Н., Шибаева Т. Г., Титов А. Ф. Реакция фотосинтетического аппарата листа у Cucumis sativus L. на кратковременное ежесуточное понижение температуры // Физиология растений, 2015. Т. 62 (4). С. 528-532. doi: 10.7868/S0015330315040090.

Марковская Е.Ф., Сысоева М.И., Шерудило Е.Г. Кратковременная гипотермия и растение. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2013. 194 с.

Мокроносов А.Т. Онтогенетическая изменчивость фотосинтеза. М.: Наука, 1981. 196 с.

Трофимова С. А. Реакция растений на действие факторов внешней среды: онтогенетический аспект.. Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Петрозаводск, 1995. 22 с.

Трофимова С. А., Марковская Е. Ф. Формирование термоустойчивости в онтогенезе семядольных листьев огурца // Адаптация, рост и развитие растений. Петрозаводск, 1994. С. 55-59.

Фельдман Н. Л., Каменцева И. Е. Тепло- и холодоустойчивость клеток листа желтого гусиного лука на разных фазах развития // Ботан. ж. 1963. Т. 48, № 3. С. 414-419.

Шибаева Т. Г., Шерудило Е. Г., Икконен Е. Н., Титов А. Ф. Влияние кратковременных ежесуточных понижений температуры на активность антиоксидантных ферментов в листьях огурца разного возраста // Труды КарНЦ РАН. Серия «Экспериментальная биология». №12. 2015. C. 107-115. doi: 10.17076/eb241.

Шибаева Т. Г., Шерудило Е. Г., Титов А. Ф. Реакция растений Cucumis sativus L. на длительное постоянное и кратковременные ежесуточные воздействия низких температур // Физиология растений. 2018. Т. 65, №2. С. 143-152. doi: 10.7868/S0015330318020069.

Armstrong A. F., Logan D. C., Atkin O. W. On the developmental dependence of leaf respiration: responses to short- and long-term changes in growth temperature // Amer. J. Bot. 2006. V. 93, N 11. P. 1633-1639. doi: 10.3732/ajb.93.11.1633.

Atkin O. K., Loveys B. R., Atkinson L. J. Pons T. L. Phenotypic plasticity and growth temperature: understanding interspecific variability // J. Exp.Bot. 2006. V. 57, N 2. С. 267-281. doi:10.1093/jxb/erj029.

Bisognin D.A., Velasquez L., Widders I. Cucumber seedling dependence on cotyledonary leaves for early growth. Pesquisa Agropecuria Brasileira, Brasilia. 2005. V. 40, N 6. P. 531–539.

Cabello P., Agüera E., dela Haba P. Metabolic changes during natural ageing in sunflower (Helianthus annuus) leaves: expression and activity of glutamine synthetase isoforms are regulated differently during senescence // Phisiol. Plant. 2006. V. 128, N 1. P. 175-185. doi: 10.1111/j.1399-3054.2006.00722.x

Campos P.S., Quartin V., Ramalho J.C., Nunes M.A. Electrolyte leakage and lipid degradation account for cold sensitivity in leaves of Coffea sp. plants // J. Plant Physiol. 2003. V. 160. P. 283-292.

Erez A., Cohen E., Frenkel Ch. Oxygen-mediated cold-acclimation in cucumber (Cucumis sativus) seedlings // Physiol. Plant. 2002. V. 115. P. 541-549. doi.org/10.1034/j.1399-3054.2002.1150408.x.

Gorsuch P.A., Pandey S., Atkin O.K. Temporal heterogeneity of cold acclimation phenotypes in Arabidopsis leaves // Plant Cell Environ. 2010. V. 33. P. 244–258. doi: 10.1111/j.1365-3040.2009.02074.x.

Gray G. R., Heath D. A global reorganization of the metabolome in Arabidopsis during cold acclimation is revealed by metabolic fingerprinting // Physiologia plantarum. 2005. V. 124. Р. 236-248. doi.org/10.1111/j.1399-3054.2005.00507.x.

Ho L. C., Hurd R. G., Ludwing L. J., Shaw A. F., Thorneley J. H. M., Withers A. C. Changes in photosynthesis, carbon budget and mineral content during the growth of the first leaf of cucumber // Ann. Bot. 1984. V. 54. P. 87-101. doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a086778.

Ikkonen E. N., Shibaeva T. G., Titov A. F. Water Use Efficiency in Cucumis sativus L. in Response to Daily Short-Term Temperature Drop // Journal of Agricultural Science. 2015. Vol. 7, No. 11. P. 208-215. doi:10.5539/jas.v7n11p208.

Irwin C.C., Price H.C. The relationship of radicle length to chilling sensitivity of pregerminated pepper seed // J. Amer. Soc. hort. Sci. 1983. V. 108. P. 484-486.

Jaikumar N. S., Snapp S. S., Sharkey T. D. Older Thinopyrum intermedium (Poaceae) plants exhibit superior photosynthetic tolerance to cold stress and greater increases in two photosynthetic enzymes under freezing stress compared with young plants // J. Exp. Bot. 2016. V. 67, N 15. P. 4743-4753. doi.org/10.1093/jxb/erw253.

Kuk Y. I., Shin S. J. Mechanisms of low-temperature tolerance in cucumber leaves of various ages // J. Am. Soc. Hortic. Sci. 2007. Vol. 132. P. 294–301.

Kuk Y. I., Shin S. J., Chung J. S., Kwon O. D., Kim D. K., Han O., Guh J. O. Differential tolerances and their mechanism on the response of tobacco (Nicotiana tabacum L.) leaves of various ages to protoporphyrinogen oxidase-inhibiting herbicides and paraquat // Korean J. Weed Sci. 2003. V. 23. P. 100-111.

Lim C. C., Krebs S. L., Arora R. Cold hardiness increases with age in juvenile Rhododendron populations // Frontiers in Plant Science. 2014. V.5. Article 542. 7 p. doi:10.3399/fpls.2014.00542.

Ogushi R., Hikosaka K., Hirose T. Does the photosynthetic ligh-tacclimation need, change in leaf anatomy? // Plant Cell Environ. 2003. V. 26. P. 505-512.

Ow L. F., Griffin K. L., Whitehead D., Walcroft A. S., Turnbull M. H. Thermal acclimation of leaf respiration but not photosynthesis in Populus deltoids × nigra // New Phytol. 2008. V. 178. P. 123–134. doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.02357.x.

Palta J. P., Li P. H. Frost-hardiness in relation to leaf anatomy and natural distribution of several Solanum species // Crop Sci. 1979. V. 5, iss.19. P. 665-671. doi:10.2135/cropsci1979.0011183X001900050031x.

Schwemmle B., Lange O.L. Endogen-tagesperiodishe schwankungen der hitzeresistenz bei Kalanchoë blossfeldiana // Planta. 1959. V. 53 (2) P. 134-144. doi.org/10.1007/BF01947671.

Sims D.A., Pearcy R.W Response of leaf anatomy and photosynthetic capacity in Alocasia Macrorrhiza (Araceae) to transfer from low to high light // Amer. J. Bot. 1992. V. 79. P. 449-455.

Xie S., Luo X. Effect of leaf position and age on anatomical structure, photosynthesis, stomatal conductance and transpiration of Asian pear // Bot. Bull. Acad. Sci. 2003. V. 44. P. 297-303.

Zhang Z.-S., Yang C., Gao H.-Y., Zhang L.-T., Fan X.-L., Liu M.-J. The higher sensitivity of PSI to ROS results in lower chilling-light tolerance of photosystems in young leaves of cucumber // J. Photochem. Photobiol. B: Biology. 2014. Vol. 137. P. 127-134. doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2013.12.012.

References in English

Akimova T. V., Krupnova I. V., Titov A. F. Dinamika teploustojchivosti kletok lista v posledejstvii vysokoj zakalivajushhej temperatury v zavisimosti ot prodolzhitel'nosti ee dejstvija na rastenija [Dynamics of heat resistance of leaf cells in the aftereffect of high hardening temperature depending on the duration of its effect on plants] // Jekologo-fiziologicheskie aspekty ustojchivosti, rosta i razvitija rastenij. Petrozavodsk, KNC AN SSSR, 1990. S. 42–47.

Gorban' I. S., Zavadskaja I. G., Shuhtina G. G., Shherbakova A. M. Sposobnost' k teplovomu zakalivaniju kletok u koleoptelej i list'ev raznogo vozrasta [The ability of cells for the hardening in coleoptiles and leaves of different ages] // Citologija. 1974. T. 16, № 8. S. 1036-1040.

Grishenkova N.N., Lukatkin A.S. Opredelenie ustojchivosti rastitel'nyh tkanej k abioticheskim stressam s ispol'zovaniem konduktometricheskogo metoda// Povolzhskij jekologicheskij zhurnal. 2005. № 1. S. 3-11.

Drozdov S. N., Budykina N. P., Kurets V. K., Balagu¬rova N. I. Opredelenie ustoichivosti rastenii k zamorozkam [Determination of plant resistance to light frost]. Metody otsenki ustoichivosti rastenii k neblagopriyatnym usloviyam sredy [Methods for the assessment of plant tolerance to unfavorable environments]. Leningrad: Kolos, 1976. P. 222–228.

Ikkonen E. N., Shibaeva T. G., Titov A. F. Response of the photosynthetic apparatus in cucumber leaves to daily short-term temperature drops // Russ. J. Plant Physiol. 2015. Vol. 62, no. 4. P. 494–498. doi: 10.7868/S0015330315040090.

Markovskaja E.F., Sysoeva M.I., Sherudilo E.G. Kratkovremennaja gipotermija i rastenie. Petrozavodsk: Karel'skij nauchnyj centr RAN, 2013. 194 s.

Mokronosov A.T. Ontogeneticheskaja izmenchivost' fotosinteza. M.: Nauka, 1981. 196 s.

Trofimova S. A. Reakcija rastenij na dejstvie faktorov vneshnej sredy: ontogeneticheskij aspekt. [The reaction of plants to the effect of environmental factors: the ontogenetic aspect]: Summary of PhD (Cand. of Biol.) thesis. Petrozavodsk, 1995. 22 p.

Trofimova S. A., Markovskaja E. F. Formirovanie termoustojchivosti v ontogeneze semjadol'nyh list'ev ogurca [Thermoresistance in the ontogenesis of cucumber cotyledons] // Adaptacija, rost i razvitie rastenij. Petrozavodsk, 1994. S. 55-59.

Fel'dman N. L., Kamenceva I. E. Teplo- i holodoustojchivost' kletok lista zheltogo gusinogo luka na raznyh fazah razvitija [Thermostability and cryotolerance of the leaf cells of Gagea lutea (L.) Ker.-Grawl. at different stages of development] // Botan. zh. 1963. T. 48, № 3. S. 414-419.

Shibaeva T. G., Sherudilo E. G., Ikkonen E. N., Titov A. F. Vliyanie kratkovremennykh ezhesutochnykh ponizhenii temperatury na aktivnost’ antioksidantnykh fermentov [Effect of short-term daily temperature decrease on antioxidant enzymes activity]. Trudy Karel’skogo nauchnogo tsentra RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2015. No. 12. P. 107–115. doi: 10.17076/eb241.

Shibaeva T. G., Sherudilo E. G., Titov A. F. Response of cucumber (Cucumis sativus L.) plants to prolonged permanent and short-term daily exposures to chilling temperature // Russ. J. Plant Physiol. 2018. Vol. 65, No. 2. P. 143–152. doi: 10.1134/S1021443718020061.

Atkin O. K., Loveys B. R., Atkinson L. J., Pons T. L. Phenotypic plasticity and growth temperature: understanding interspecific variability // J. Exp.Bot. 2006. V. 57, N 2. С. 267-281. doi:10.1093/jxb/erj029.