Реакция растений салата на плотность посадки и обработку ингибитором транспорта ауксинов
Авторы:
Название:
Реакция растений салата на плотность посадки и обработку ингибитором транспорта ауксинов
Страницы:
153-156
Изучено влияние плотности посадки растений салата на содержание ауксинов в побегах и корнях. Показано, что ауксины довольно равномерно распределялись между побегом и корнем одиночных растений, а увеличение количества растений в сосуде до трех снижало долю ауксинов, содержащихся в корнях, что сопровождалось подавлением их роста. Обработка растений ингибитором транспорта ауксинов вызывала сходную ростовую реакцию: торможение роста корней и увеличение соотношения массы побега и корня, что указывает на важную роль распределения ауксинов между побегом и корнем в регуляции ростовой реакции на присутствие конкурентов.
Введение Изменение соотношения массы побегов и корней является одной из важных ростовых реакций растений, лежащих в основе их приспособления к изменению условий обитания [Poorter et al., 2012]. Присутствие других растений - важный биотический фактор, от которого зависит их рост и развитие. Сигнальные системы растений обеспечивают детекцию потенциальных конкурентов еще до возникновения дефицита ресурсов в результате затенения или истощения почвы [Pierik et al., 2013]. Ранее нами было показано участие гормонов абсцизовой кислоты [Vysotskaya et al., 2011] и цитокининов (Архипова и др., 2015) в реакции растений на присутствие соседних растений. Моделирование затенения путем изменений спектрального состава света выявило ингибирование транспорта ауксинов из листьев при восприятии фитохромом снижения соотношения красного и дальнего красного света (характерная особенность изменений спектра света в условиях затенения [Procko et al., 2014]). В результате визуальной оценки активности глюкуронидазы в клетках корней трансгенных растений арабидопсиса, трансформированных с помощью чувствительной к ауксинам репортерной конструкции DR5:GUS, было обнаружено снижение уровня этих гормонов в клетках боковых корней под влиянием имитации затенения [Salisbury et al., 2007]. Однако влияние непосредственно присутствия растений конкурентов на содержание и распределение ауксинов между побегом и корнем до сих не было исследовано. В данной работе было изучено влияние плотности посадки на содержание ауксина индолилуксусной кислоты (ИУК) в побегах и корнях растений салата и проведено сопоставление гормональной реакции на присутствие конкурентов с изменением массы побегов и корней растений и их соотношения. Для того чтобы проверить гипотезу о роли транспорта ИУК в ростовой реакции растений на присутствие конкурентов, растения были обработаны ингибитором полярного транспорта ауксинов нафтилфталамовой кислотой и проведена оценка влияния этого воздействия на массу побегов и корней растений. Материалы и методы Растения салата Lactuca sativa L. выращивали в общем контейнере в почве в течение недели при 14-часовом световом периоде и освещенности 240 μмоль м-2 с-1. Затем их пересаживали в горшки с песком (объем 200 мл) по одному или 3 растения и помещали в климатическую камеру. Условия в климатической камере: освещенность 240 μмоль м-2 с-1, относительная влажность воздуха 65-70%, температура воздуха 25°С. Песок в горшках перед посадкой растений насыщали одинаковым объемом 100%-ного питательного раствора Хогланда-Арнона. Влажность поддерживали, на уровне 60-80% от полной влагоемкости, поливая растения 2 раза в день. Утром растения поливали 100%-ным раствором Хогланда-Арнона в количестве, равном минимальному уровню эвапотранспирации за период времени между поливами. Растения, уровень транспирации которых превышал минимальный, дополнительно поливали дистиллированной водой. Таким образом, растения всех вариантов получали равное количество ионов и воды. Через 1 и 2 дня после пересадки листья растений обильно опрыскивали 100 мкМ нафтилфталамовой кислотой (НФК), которую предварительно растворяли в небольшом объеме диметилсульфоксида (ДМСО) (конечная концентрация 0.06%) для облегчения проникновения НФК в листья. Контрольные растения (НФК-) опрыскивали только раствором ДМСО. Массу побегов и корней растений определяли через 5 дней после начала воздействия НФК. Определение содержания ИУК в тканях растений проводили с помощью иммуноферментного анализа [Vysotskaya et al., 2003]. Экстракцию ИУК проводили по модифицированной схеме с уменьшением объема [Veselov et al., 1992]. На графиках и рисунках представлены средние значения и ошибка средней (n=20 при определении массы растений и n=6 при определении содержания гормонов). Результаты и обсуждение Через шесть суток после пересадки растений по одному и по три в один вегетационный сосуд масса корней каждого из трех растений, росших в одном сосуде была на 15% ниже, чем у одиночных растений (различия достоверны при р≤0.05), в то время как различия по массе побега между одиночными и сгруппированными по три в одном горшке растениями были недостоверны (рис. 1). Рис. 1. Масса корней и побегов растений салата, которые росли в течение 6 дней по одному или по три в вегетационном сосуде, половина из которых в каждом варианте была обработана (опрыскана) 100 мкМ нафтилфталамовой кислотой (НФК+) через 1 и 2 суток после пересадки растений по одному и по три в один горшок; n=20 В результате соотношение массы побега и корней под влиянием конкуренции возрастало с 2.7 до 3 (рис. 2). По данным литературы, относительное увеличение массы побега по сравнению с корнями является характерной реакцией у конкурирующих за свет растений [Pierik et al., 2013]. Также показано, что на фоне дефицита ионов в корнеобитаемой зоне доминировала конкуренция между подземными органами, и была выявлена противоположная реакция - возрастание относительной массы корней с увеличением плотности посадки растений [Berendse and Moller, 2009]. Таким образом, отсутствие этой реакции у растений салата в наших опытах через шесть дней после пересадки по три растения в горшок свидетельствует о том, что растения, которые являлись потенциальными конкурентами за почвенные ресурсы, все еще не испытывали дефицита элементов минерального питания. Рис. 2. Соотношение масс побега и корня растений салата, которые росли в течение 6 дней по одному или по три в вегетационном сосуде, половина из которых в каждом варианте была обработана (опрыскана) 100 мкМ НФК через 1 и 2 суток после пересадки растений по одному и по три в один горшок; n=20, разными буквами обозначены достоверно различающиеся значения, t-тест В отсутствие конкуренции (у одиночных растений - растущих по одному в горшке) доля ауксинов в корнях растений салата составляла примерно половину от их общего содержания в растении (рис. 3). Рис. 3. Распределение ауксинов между побегом и корнем у растений салата через сутки после пересадки растений по одному и по три в один горшок. Присутствие соседних растений приводило к двукратному снижению доли ауксинов, приходящейся на корни растений, соответственно чуть более четверти всех ауксинов целого растения. Снижение доли ауксинов в корнях растений может свидетельствовать в пользу ингибирования притока этих гормонов из побега. Поскольку хорошо известно, что рост корней зависит от притока ауксинов из побега [Kudoyarova et al., 2015 и ссылки в этом обзоре], торможение роста корней под влиянием конкуренции, зарегистрированное в наших опытах, можно объяснить ингибированием транспорта ауксинов из побега в корни. Для того чтобы проверить, как отразится на растениях салата ингибирование транспорта ауксинов, мы обработали растения нафтилфталамовой кислотой. Из рисунка 1 и 2 видно, что это воздействие вызывало торможение роста корней, не влияло на массу побега и увеличивало соотношение масс побега и корня так же, как и присутствие конкурентов. Таким образом, сходство в ростовой реакции при воздействии ингибитора транспорта ауксинов и конкуренции подтверждает наше предположение о том, что ростовая реакция была обусловлена нарушением оттока ауксинов из побега в корень. Ранее было показано, что моделирование затенения с помощью изменений спектральных характеристик света (увеличение доли дальнего красного света) вызывает ингибирование полярного транспорта ауксинов и уменьшение экспрессии чувствительных к ауксинам репортерных GUS генов [Salisbury et al., 2007]. С этими изменениями стали связывать подавление роста корней под влиянием затенения. Результаты наших экспериментов подтверждают, что и при конкуренции происходит изменение распределения ауксинов между побегом и корнем, которое может быть обусловлено ингибированием полярного транспорта этих гормонов.
- Arkhipova T.N., Vysotskaya L.B., Martinenko E.V., Ivanov I.I., Kudoyarova G.R. Participation of cytokinins in plant response to competitors // Russ J. Plant Physiol. 2015. V. 62. P. 560-570.
- Berendse F., Moller F. Effects of competition on root-shoot allocation in Plantago lanceolata L. adaptive plasticity or ontogenetic drift? // Plant Ecol. 2009. V. 201. V. 567-573.
- Kudoyarova G.R., Dodd I.C., Veselov D.S., Rothwell S.A., Veselov S.Y. Common and specific responses to availability of mineral nutrients and water // J. Exp. Bot. 2015. V. 66. P. 2133-2144.
- Pierik R., Mommer L., Voesenek L. A.C.J. Molecular mechanisms of plant competition: neighbor detection and response strategies // Func. Ecol. 2013. V. 27. P. 841-853.
- Poorter H., Niklas K.J., Reich P.B., Oleksyn J., Poot P. Momme L. Biomass allocation to leaves, stems and roots: meta-analyses of interspecific variation and environmental control // New Phytologist. 2012. V. 193. P. 30-50.
- Procko C., Crenshaw C.M., Ljung K., Noel J.P., Chory J. Cotyledon-generated auxin is required for shade-induced hypocotyl growth in Brassica rapa // Plant Physiol. 2014. V. 165. P. 1285-1301.
- Salisbury F.J., Hall A., Grierson C.S., Halliday K.J. Phytochrome coordinates Arabidopsis shoot and root development // Plant J. 2007. V. 50. P. 429-438.
- Veselov S.U., Kudoyarova G.R., Egutkin N.L., Gyuli-Zade V.G., Mustafina A.R., Kof E.K. Modified solvent partitioning scheme providing increased specificity and rapidity of immunoassay for indole 3-acetic acid // Physiol. Plant. 1992. V. 86. P. 93-96.
- Vysotskaya L.B., Arkhipova T.N., Timergalina L.N., Kudoyarova G.R. Effect of partial root excision on shoot water relations, IAA content and leaf extension in wheat seedlings // J. Plant Physiol. - 2003. - V. 160. - P. 1011-1015.
- Vysotskaya L., Wilkinson S., Davies W.J., Arkhipova T., Kudoyarova G. The effect of competition from neighbours on stomatal conductance in lettuce and tomato plants // Plant Cell Environ. 2011. V. 34. P. 729-737