Влияние прайминга семян 5-аминолевулиновой кислотой на адаптацию фотосинтетического аппарата растений ячменя к почвенной засухе

  • Татьяна Геннадьевна Курьянчик Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Николай Владимирович Козел Крестьянское (фермерское) хозяйство «Серебряный ручей», 222202, д. Сосновая, Озерицко-Слободской с/с, Смолевичский р-н, Минская обл., Беларусь

Аннотация

Показано, что прайминг семян 5-аминолевулиновой кислотой существенно влияет на адаптационные механизмы фотосинтетического аппарата листьев растений ячменя сорта Аванс при действии почвенной засухи. Предварительная обработка семян 5-аминолевулиновой кислотой в условиях стресса снижает накопление в листьях активных форм кислорода и оказывает стабилизирующее действие на пигментный аппарат, поддерживая высокое содержание β-каротина. Кроме того, прайминг семян 5-аминолевулиновой кислотой приводит к увеличению количества белка Lhca2 светособирающего комплекса фотосистемы I, но не оказывает существенного влияния на количество белков фотосистемы II как при засухе, так и при нормальном поливе, что может способствовать перераспределению энергии поглощенных квантов света в пользу фотосистемы I и является эффективным защитным механизмом, снижающим фотоповреждение фотосистемы II при окислительном стрессе. Предпосевная обработка семян 5-аминолевулиновой кислотой стабилизирует фотохимическую активность фотосистем листьев растений ячменя в условиях засухи, уменьшая при этом подавление регулируемой составляющей нефотохимического тушения флуоресценции хлорофилла как важного защитного механизма при стрессе.

Биографии авторов

Татьяна Геннадьевна Курьянчик, Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь

научный сотрудник лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки

Николай Владимирович Козел, Крестьянское (фермерское) хозяйство «Серебряный ручей», 222202, д. Сосновая, Озерицко-Слободской с/с, Смолевичский р-н, Минская обл., Беларусь

кандидат биологических наук, доцент; главный технолог

Литература

  1. Farooq M, Wahid A, Kobayashi N, Fujita D, Basra SMA. Plant drought stress: effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Development. 2009;29(1):185–212. DOI: 10.1051/agro:2008021.
  2. Wang X, Gao Y, Wang Q, Chen M, Ye X, Li D, et al. 24-Epibrassinolide-alleviated drought stress damage influences antioxidant enzymes and autophagy changes in peach (Prunus persicae L.) leaves. Plant Physiology and Biochemistry. 2019;135:30–40. DOI: 10.1016/j.plaphy.2018.11.026.
  3. Noctor G, Reichheld J-P, Foyer CH. ROS-related redox regulation and signaling in plants. Seminars in Cell & Developmental Biology. 2018;80:3–12. DOI: 10.1016/j.semcdb.2017.07.013.
  4. Ashraf M, Harris PJC. Photosynthesis under stressful environments: an overview. Photosynthetica. 2013;51(2):163–190. DOI: 10.1007/s11099-013-0021-6.
  5. Bartels D, Sunkar R. Drought and salt tolerance in plants. Critical Reviews in Plant Sciences. 2005;24(1):23–58. DOI: 10.1080/07352680590910410.
  6. Chan Z, Shi H. Improved abiotic stress tolerance of bermudagrass by exogenous small molecules. Plant Signaling & Behavior. 2015;10(3):e991577. DOI: 10.4161/15592324.2014.991577.
  7. Яронская ЕБ, Балута ТВ, Коляго ВМ, Шалыго НВ. Влияние 5-аминолевулиновой кислоты на рост растений ячменя и содержание пигментов. В: Зорина ТЕ, редактор. Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосис¬ тем. Международная научная конференция, Шестой съезд Белорусского общественного объединения фотобиологов и биофизиков; 6–8 октября 2004 г.; Минск, Беларусь. Часть 1. Минск: Редакционно-издательский центр Академии управления при Президенте Республики Беларусь; 2004. с. 117–119.
  8. Kuryanchyk TG, Kozel NV. Photosynthetic apparatus of barley plants treated with 5-aminolevulinic acid: mechanisms of adap¬ tation to drought. Experimental Biology and Biotechnology. 2022;3:26–38. Russian. DOI: 10.33581/2957-5060-2022-3-26-38.
  9. Прищепчик ЮВ, Аверина НГ. Влияние биопрайминга семян льна 5-аминолевулиновой кислотой на энергию прорастания и всхожесть. В: Волотовский ИД, редактор. Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем. Международная научная конференция, Двенадцатый съезд Белорусского общественного объединения фотобиологов и биофизиков; 28–30 июня 2016 г.; Минск, Беларусь. Часть 2. Минск: Издательский центр БГУ; 2016. с. 76–79.
  10. Вязов ЕВ. Механизмы адаптации фотосинтетического аппарата и защитной системы растений огурца к свето¬ диодному излучению различного спектрального состава [диссертация]. Минск: [б. и.]; 2017. 157 с.
  11. Crow JP. Dichlorodihydrofluorescein and dihydrorhodamine 123 are sensitive indicators of peroxynitrite in vitro: implications for intracellular measurement of reactive nitrogen and oxygen species. Nitric Oxide. 1997;1(2):145–157. DOI: 10.1006/niox.1996.0113.
  12. Kozel NV, Shalygo NV. Barley leaf antioxidant system under photooxidative stress induced by Rose Bengal. Fiziologiya rastenii. 2009;56(3):351–358. EDN: KAVKHB.
  13. Козел НВ. Фотоокислительные процессы, индуцированные в растениях ячменя и табака сенсибилизаторами ксантеновой природы [диссертация]. Минск: [б. и.]; 2009. 146 с.
  14. Mohanty JG, Jaffe JS, Schulman ES, Raible DG. A highly sensitive fluorescent micro-assay of H2O2 release from activated human leukocytes using a dihydroxyphenoxazine derivative. Journal of Immunological Methods. 1997;202(2):133–141. DOI: 10.1016/ s0022-1759(96)00244-x.
  15. Kaliaha TG, Kozel NV. The effect of soil drought on the content of photosynthetic pigments in barley plants of the Brovar va¬ riety. Journal of the Belarusian State University. Biology. 2020;3:46–53. Russian. DOI: 10.33581/2521-1722-2020-3-46-53.
  16. Azarin K, Usatov A, Makarenko M, Kozel N, Kovalevich A, Dremuk I, et al. A point mutation in the photosystem I P700 chlorophyll a apoprotein A1 gene confers variegation in Helianthus annuus L. Plant Molecular Biology. 2020;103(4–5):373–389. DOI: 10.1007/s11103-020-00997-x.
  17. Jansson S, Stefánsson H, Nyström U, Gustafsson P, Albertsson P-Å. Antenna protein composition of PS I and PS II in thylakoid sub-domains. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Bioenergetics. 1997;1320(3):297–309. DOI: 10.1016/S0005-2728(97)00033-9.
  18. Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 1976;72(1–2):248–254. DOI: 10.1006/abio.1976.9999.
  19. Dual-PAM-100 measuring system for simultaneous assessment of P700 and chlorophyll fluorescence. Instrument description and instructions for users. 2nd edition. Effeltrich: Heinz Walz; 2009. 87 p.
  20. Makarenko MS, Kozel NV, Usatov AV, Gorbachenko OF, Averina NG. A state of PS I and PS II photochemistry of sunflower yellow-green plastome mutant. Online Journal of Biological Sciences. 2016;16(4):193–196. DOI: 10.3844/ojbsci.2016.193.198.
  21. Kramer DM, Johnson G, Kiirats O, Edwards GE. New fluorescence parameters for the determination of QA redox state and excitation energy fluxes. Photosynthesis Research. 2004;79(2):209–218. DOI: 10.1023/B:PRES.0000015391.99477.0d.
  22. Klughammer C, Schreiber U. An improved method, using saturating light pulses, for the determination of photosystem I quantum yield via P700+-absorbance changes at 830 nm. Planta. 1994;192(2):261–268. DOI: 10.1007/BF01089043.
  23. Busch F, Hüner NPA, Ensminger I. Biochemical constrains limit the potential of the photochemical reflectance index as a predictor of effective quantum efficiency of photosynthesis during the winter spring transition in jack pine seedlings. Functional Plant Biology. 2009;36(11):1016–1026. DOI: 10.1071/FP08043.
  24. Latowski D, Kuczyńska P, Strzałka K. Xanthophyll cycle – a mechanism protecting plants against oxidative stress. Redox Report. 2011;16(2):78–90. DOI: 10.1179/174329211X13020951739938.
Опубликован
2024-10-16
Ключевые слова: почвенная засуха, 5-аминолевулиновая кислота, прайминг семян, окислительный стресс, активные формы кислорода, фотосинтетический аппарат, ячмень
Как цитировать
Курьянчик, Т. Г., & Козел, Н. В. (2024). Влияние прайминга семян 5-аминолевулиновой кислотой на адаптацию фотосинтетического аппарата растений ячменя к почвенной засухе. Экспериментальная биология и биотехнология, 3, 10-21. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/biology/article/view/6431
Раздел
Физиология и клеточная биология