Фотосинтетический аппарат растений ячменя, обработанных 5-аминолевулиновой кислотой: механизмы адаптации к засухе

  • Татьяна Геннадьевна Курьянчик Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Николай Владимирович Козел Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2957-5060-2022-3-26-38

Аннотация

Установлено существенное влияние почвенной засухи на морфометрические показатели листьев растений ячменя сортов Бровар и Аванс, концентрацию в них фотосинтетических пигментов, а также накопление активных форм кислорода. Показано, что при засухе обработка листьев растений ячменя сорта Бровар 5-аминолевулиновой кислотой вызывает снижение содержания белков антенных комплексов фотосистем, что приводит к уменьшению размера светособирающей антенны и является эффективным механизмом защиты фотосинтетического аппарата от окислительного стресса. Тонкая подстройка компонентов фотосинтетического аппарата листьев растений ячменя сорта Бровар к действию засухи может быть ключевым фактором, определяющим устойчивость этого сорта к данному виду абиотического стресса. У сорта Аванс указанные адаптационные механизмы либо отсутствуют, либо проявляются в меньшей степени, что приводит к более интенсивному развитию окислительного стресса в растениях этого сорта при действии почвенной засухи.

Биографии авторов

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

младший научный сотрудник лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки

Николай Владимирович Козел, Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, ул. Академическая, 27, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук, доцент; ведущий научный сотрудник лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки

Литература

  1. Ashraf M, Harris PJC. Photosynthesis under stressful environments: an overview. Photosynthetica. 2013;51(2):163–190. DOI: 10.1007/s11099-013-0021-6.
  2. 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.
  3. Wang Xuxu, Gao Yangang, Wang Qingjie, Chen Min, Ye Xinlin, Li Dongmei, 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.
  4. 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.
  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. Cominelli E, Conti L, Tonelli C, Galbiati M. Challenges and perspectives to improve crop drought and salinity tolerance. New Biotechnology. 2013;30(4):355–361. DOI: 10.1016/j.nbt.2012.11.001.
  7. Kebede A, Kang MS, Bekele E. Advances in mechanisms of drought tolerance in crops, with emphasis on barley. In: Sparks DL, editor. Advances in agronomy. Volume 156. Cambridge: Elsevier; 2019. p. 265–314. DOI: 10.1016/bs.agron.2019.01.008.
  8. Nabi RBS, Tayade R, Hussain A, Kulkarni KP, Imran QM, Mun B-G, et al. Nitric oxide regulates plant responses to drought, salinity, and heavy metal stress. Environmental and Experimental Botany. 2019;161:120–133. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2019.02.003.
  9. Chan Zhulong, Shi Haitao. Improved abiotic stress tolerance of bermudagrass by exogenous small molecules. Plant Signaling & Behavior. 2015;10(3):e991577. DOI: 10.4161/15592324.2014.991577.
  10. Yaronskaya EB, Baluta TV, Kolyago VM, Shalygo NV. [Influence of 5-aminolevulinic acid on the growth of barley plants and pigment content]. In: Zorina TE, editor. Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya «Molekulyarnye, membrannye i kletochnye osnovy funktsionirovaniya biosistem». Shestoi s’ezd Belorusskogo obshchestvennogo ob’edineniya fotobiologov i biofizikov; 6–8 oktyabrya 2004 g.; Minsk, Belarus’. Chast’ 1 [International scientific conference «Molecular, membrane and cellular bases of biosystems functioning». Sixth congress of the Belarusian Public Association of Photobiologists and Biophysicists; 2004 October 6–8; Minsk,
  11. Belarus. Part 1]. Minsk: Editorial and Publication Centre of the Academy of Public Administration under the aegis of the President of the Republic of Belarus; 2004. p. 117–119. Russian.
  12. Averina NG, Yaronskaya EB. Involvement of 5-aminolevulinic acid in the regulation of plant growth. Photosynthetica. 1991;25(1):27–31.
  13. Averina NG, Gritskevich ER, Vershilovskaya IV, Usatov AV, Yaronskaya EB. Mechanisms of salt stress tolerance development in barley plants under the influence of 5-aminolevulinic acid. Russian Journal of Plant Physiology. 2010;57(6):792–798. DOI: 10.1134/S1021443710060075.
  14. Beyzaei Z, Averina NG, Sherbakov RA. Involvement of nitrate reductase in the ameliorating effect of 5-aminolevulinic acid on NaCl-stressed barley seedlings. Acta Physiologiae Plantarum. 2015;37(2):11. DOI: 10.1007/s11738-014-1752-0.
  15. Beyzaei Z, Sherbakov RA, Averina NG. Response of nitrate reductase to exogenous application of 5-aminolevulinic acid in barley plants. Journal of Plant Growth Regulation. 2014;33(4):745–750. DOI: 10.1007/s00344-014-9422-4.
  16. Domanskaya IN, Radyuk MS, Budakova EA, Samovich TV, Spivak EA, Shalygo NV, compilers. Tekhnologiya DNK-tipirovaniya genov ustoichivosti yachmenya k zasukhe [DNA typing technology for drought resistance genes in barley]. Minsk: Pravo i ekonomika; 2011. 31 p. Russian.
  17. 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.
  18. Kozel NV, Shalygo NV. [Antioxidant system of barley leaves under photooxidative stress induced by rose bengal]. Fiziologiya rastenii. 2009;56(3):351–358. Russian.
  19. Kozel NV. Fotookislitel’nye protsessy, indutsirovannye v rasteniyakh yachmenya i tabaka sensibilizatorami ksantenovoi prirody [Photo-oxidative processes induced in barley and tobacco plants by sensitizers of xanthene nature] [dissertation]. Minsk: [s. n.]; 2009. 146 p. Russian.
  20. 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.
  21. Kaliaha TG, Kozel NV. The effect of soil drought on the content of photosynthetic pigments in barley plants of the Brovar variety. Journal of the Belarusian State University. Biology. 2020;3:46–53. Russian. DOI: 10.33581/2521-1722-2020-3-46-53.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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: 10.1016/0003-2697(76)90527-3.
  25. Rokitskii PF. Biologicheskaya statistika [Biological statistics]. 3rd edition. Minsk: Vysshaya shkola; 1973. 320 p. Russian.
  26. Wu Y, Jin X, Liao W, Hu L, Dawuda MM, Zhao X, et al. 5-Aminolevulinic acid (ALA) alleviated salinity stress in cucumber seedlings by enhancing chlorophyll synthesis pathway. Frontiers in Plant Science. 2018;9:635. DOI: 10.3389/fpls.2018.00635.
  27. Liu D, Wu L, Naeem MS, Liu H, Deng X, Xu L, et al. 5-Aminolevulinic acid enhances photosynthetic gas exchange, chlorophyll fluorescence and antioxidant system in oilseed rape under drought stress. Acta Physiologiae Plantarum. 2013;35(9):2747–2759. DOI: 10.1007/s11738-013-1307-9.
  28. Yemelyanava HV, Obukhovskaya LV, Averina NG. [Influence of 5-aminolevulinic acid on the respiratory activity of winter rapeseed plants enriched with anthocyanins]. In: Smolich II, Demidchik VV, Padutov VE, editors. Kletochnaya biologiya i biotekhnologiya rastenii. Tezisy dokladov II Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii; 28–31 maya 2018 g.; Minsk, Belarus’ [Cell biology and plant biotechnology. Abstracts of the 2nd International scientific and practical conference; 2018 May 28–31; Minsk, Belarus]. Minsk: Belarusian State University; 2018. p. 38. Russian.
Опубликован
2022-11-08
Ключевые слова: почвенная засуха, 5-аминолевулиновая кислота, окислительный стресс, активные формы кислорода, фотосинтетический аппарат, ячмень
Как цитировать
Курьянчик, Т. Г., & Козел, Н. В. (2022). Фотосинтетический аппарат растений ячменя, обработанных 5-аминолевулиновой кислотой: механизмы адаптации к засухе. Экспериментальная биология и биотехнология, 3, 26-38. https://doi.org/10.33581/2957-5060-2022-3-26-38
Выпуск
№ 3 (2022): Экспериментальная биология и биотехнология
Раздел
Клеточная биология и физиология

Copyright (c) 2022 Экспериментальная биология и биотехнология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).