Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 72, № 2 (2025)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
РЕАКЦИЯ ДЫХАНИЯ РАСТЕНИЙ ARABIDOPSIS THALIANA С ПОДАВЛЕНИЕМ NPQ1 НА ПОВЫШЕННУЮ ОСВЕЩЕННОСТЬ: НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ХЛОРОПЛАСТОВ И МИТОХОНДРИЙ
Аннотация
Энергодиссипирующие системы (ЭДС) фотосинтезирующей клетки — виолаксантиновый цикл (ВКЦ) в хлоропластах и альтернативный путь дыхания (АП) в митохондриях — участвуют в защите от избытка световой энергии. Механизмы функционального взаимодействия ЭДС слабо исследованы. В работе изучено влияние повышенной освещенности (400 мкмоль ФАР/(м2 с) на дыхание и вовлечение АП у растений Arabidopsis thaliana с подавлением NPQ1, кодирующим фермент ВКЦ — виолаксантиндеэпоксидазу. Четырехнедельные растения линии npq1 и дикого типа Columbia-0 (Col-0), выращенные при 90 мкмоль/(м2 с) и используемые в качестве контроля, подвергали воздействию света высокой интенсивности, 400 мкмоль/(м2 с), в течение 8 ч. В ходе эксперимента определяли активность дыхательных путей, относительное содержание транскриптов генов, активность супероксиддисмутазы, содержание супероксид анион-радикала, пероксида водорода, антоцианов. В условиях стресса линия npq1 демонстрировала значительно более низкие величины нефотохимического тушения флуоресценции хлорофилла и уровня деэпоксидации в сравнении с линией дикого типа (Col-0), что свидетельствовало об отсутствии реализации зеаксантин-зависимой защиты фотосинтетического аппарата. Растения мутантной линии реагировали на повышенную освещенность усилением дыхания за счет активации транспорта электронов по обоим путям: альтернативному и цитохромному. При этом доля АП от общего дыхания в линии npq1 была стабильно высокой и составляла около 50% независимо от условий светового режима. Активации АП и накоплению белка альтернативной оксидазы (AOX), очевидно, способствовало усиление экспрессии большинства генов AOX, уровень содержания транскриптов которых был выше в контрольных условиях (0 ч), но снижался к концу эксперимента. При этом количество мРНК наиболее стресс-индуцибельного гена AOX1a было самым низким среди всех генов AOX. Сделано предположение об ослаблении в линии npq1 сигнального пути, поддерживаемого транскрипционным фактором MYB4 — негативным регулятором синтеза фенилпропаноидов. Это могло стать причиной низкой экспрессии AOX1a, содержащего в промоторе большое количество MYB4-связывающих сайтов, и повышенного по сравнению с Col-0 содержания антоцианов в листьях. В отличие от растений Col-0, линия npq1 характеризовалась вдвое меньшей активностью супероксиддисмутазы (СОД) с преобладанием локализованной преимущественно в хлоропластах Fe-СОД. Однако, судя по содержанию супероксид анион-радикала и пероксида водорода, растения линии npq1 в условиях повышенной освещенности демонстрировали более высокий уровень окислительных реакций по сравнению с линией дикого типа. Полученные данные свидетельствовали о пониженной способности растений с подавлением генов двух ключевых компонентов энергодиссипирующих систем (NPQ1 и AOX1a) противостоять стрессу. Результаты указывают на взаиморегуляцию ЭДС митохондрий и хлоропластов для защиты от фотоокисления, участие AOX в модуляции дыхательной функции и существование быстрых адаптивных перестроек метаболизма, обеспечивающих жизнеспособность растений в стрессовых условиях.
Физиология растений. 2025;72(2):81-99
81-99
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ И ПРО-/АНТИОКСИДАНТНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ В ТКАНЯХ ПОЧЕК ВОЗОБНОВЛЕНИЯ RHODIOLA ROSEA L. В ГОДИЧНОМ ЦИКЛЕ РАЗВИТИЯ
Аннотация
Получены данные об изменениях в энергетическом статусе и активности про–/антиоксидантного метаболизма на разных этапах периода покоя и при выходе из него почек возобновления родиолы розовой (Rhodiola rosea L.). Показана значительная степень оводненности, 70–75%, и сравнительно невысокая доля свободной воды (50%) в процессе перезимовки почек возобновления. Температура замерзания свободной воды составляла от –6 до –8°C, что отражает высокую степень адаптации меристематических тканей к низким температурам. Во время осенне-зимнего морфогенеза (с августа по январь) почки возобновления имели стабильные показатели скорости тепловыделения и поглощения O2, высокую долю цитохромного дыхания (более 70%). К январю наблюдали значимое возрастание скорости и эффективности запасания энергии и повышение содержания прокосидантов (ТБК-реагирующие продукты и H2O2) по сравнению с осенью. В период выхода из состояния покоя, весной, выявлено усиление скорости тепловыделения и дыхательной способности, но снижение эффективности дыхания. Активность малоэффективного альтернативного дыхания весной увеличивалась в 4.5 раза по сравнению с осенне-зимним периодом, что может говорить об участии альтернативной оксидазы в поддержании про–/антиоксидантного метаболизма и адаптации растений к весенним колебаниям температур и увеличению инсоляции. Весной наблюдали максимум накопления прокосидантов и активности антиоксидантных ферментов по сравнению с периодом покоя. Максимальное разнообразие и активность изоформ СОД во время весеннего морфогенеза могут быть связаны с накоплением H2O2 в различных клеточных компартментах, как стабильной АФК и важной сигнальной моле– кулы. Заключили, что у адаптированных к более благоприятным условиям растений R. rosea нет глубокого, органического покоя, характерного для естественных условий. Показатели энергетического метаболизма, интенсивность цитохромного и альтернативного дыхания, уровень проксидантов и антиоксидантных ферментов могут служить физиолого-биохимическими маркерами поддержания и выхода из состояния покоя почек растений R. rosea.
Физиология растений. 2025;72(2):100-114
100-114
ПИГМЕНТНЫЙ КОМПЛЕКС ПРОРОСТКОВ РАСТЕНИЙ ИЗ РАЗНЫХ ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ МЕСТ ПРОИЗРАСТАНИЯ
Аннотация
Изучен пигментный комплекс и его влияние на выживаемость проростков дочернего поколения пижмы обыкновенной (Tanacetum vulgare L.) и полыни обыкновенной (Artemisia vulgaris L.), родительские формы которых выросли в разных эколого-географических условиях (города Калининград, Белгород, Улан-Удэ, Якутск, Магадан и Среднекольмск). Результаты обсуждаются исходя из рабочей гипотезы о том, что выживаемость проростков в значительной степени определяется пигментным комплексом, сформированным материнскими растениями, выросшими в разных эколого-географических условиях. Установлено, что содержание хлорофилла a (Хл a) в проростках растений изменялось в широких пределах. Максимальное содержание хлорофилла b (Хл b) выявлено у проростков T. vulgare улан-удэнской и якутской экоформ. Полученные результаты подтверждают, что одним из важнейших условий, определяющих пул каротиноидов (Кар) у растений, является время солнечной инсоляции в период вегетации. Отношение суммы хлорофиллов к сумме каротиноидов (Хл/Кар) показало высокую положительную корреляцию со временем солнечной инсоляции в местах сбора семян в июле. Показано, что суммарная июльская инсоляция (> 200 ч) на материнские растения T. vulgare благоприятно влияет на фотосинтез и выживаемость проростков. Выживаемость проростков A. vulgaris, по всей вероятности, определяется не отношением Хл/Кар, а другими эволюционно сформированными факторами среды обитания материнских растений. Таким образом, адаптационные изменения дикорастущих растений к световому режиму приводят к изменению содержания и соотношения пигментов. В проростках растений, семена которых сформированы в условиях продолжительной солнечной инсоляции (Якутск, Улан-Удэ), содержится наибольшая сумма хлорофиллов и каротиноидов, что отражается на их выживаемости.
Физиология растений. 2025;72(2):115-122
115-122
КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ БИОХИМИЧЕСКИХ АДАПТАЦИЙ БАЛЬЗАМИЧЕСКОГО ТОПОЛЯ (POPULUS BALSAMIFERA L.) К ТЕХНОГЕННОМУ СТРЕССУ В УСЛОВИЯХ САНИТАРНО-ЗАЩИТНЫХ НАСАЖДЕНИЙ
Аннотация
Проведено комплексное исследование биохимических адаптаций тополя бальзамического (Populus balsamifera L.), произрастающего в санитарно-защитных насаждениях Стерлитамакского промышленного центра (СПЦ). Установлено ухудшение жизненного состояния тополя бальзамического в условиях промышленного загрязнения. Выявлено повышение содержания валовых форм тяжелых металлов в почвах промышленной зоны с максимальной концентрацией в приповерхностном слое (0—20 см). Обнаружено, что избыток некоторых тяжелых металлов приводит к снижению содержания магния в листьях тополя в условиях СПЦ. В зоне наибольшей концентрации токсикантов (2—3 км от источников нефтехимического и химического загрязнения) зафиксировано повышение уровня пероксида водорода в листьях на 41.22% по сравнению с зоной условного контроля (10—15 км от промышленной зоны). Промышленные выбросы предприятий города вызывали стимуляцию окислительных процессов в листьях тополя, что проявлялось в увеличении содержания малонового диальдегида (на 33.73%) по сравнению с зоной условного контроля. Показано снижение содержания флавонолов и активности каталазы, как фермента антиоксидантной системы растений, в условиях СПЦ. Видимо, в условиях стресса растения используют каталазы, флавонолы и другие фенольные соединения для снижения интенсификации процессов перекисного окисления липидов. Установлено, что в условиях загрязнения СПЦ снижение флавонолов может компенсироваться увеличением количества антоцианов. В период активной вегетации (июнь– июль) зарегистрировано снижение содержания хлорофиллов в листьях деревьев промышленной зоны по сравнению с контролем. Заключено, что техногенное загрязнение приводит к аккумуляции тяжелых металлов в почвах, развитию окислительного стресса и перестройке антиоксидантной системы в листьях растений тополя. Снижение содержания хлорофиллов может служить диагностическим признаком нарушени физиологического состояния тополя бальзамического под воздействием промышленных загрязнений. Обнаруженные биохимические изменения представляют собой комплекс адаптивных реакций растений к техногенному стрессу.
Физиология растений. 2025;72(2):123-134
123-134
ОБЗОР
ИЗМЕНЕНИЕ СВЕТОВЫХ УСЛОВИЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ И ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТИ РАСТЕНИЙ: НОВЫЕ РЕШЕНИЯ
Аннотация
В обзоре обобщены результаты многочисленных исследований, направленных на оптимизацию производства растительной продукции в закрытых системах (теплицах с контролируемым климатом и на фабриках растений с искусственным освещением (вертикальных фермах)). Рассмотрены новейшие стратегии управления световой средой в конце продукционного цикла, т.е. за несколько дней до сбора урожая (так называемые “pre-harvest” или “end-of-production” технологии). К ним относятся увеличение продолжительности освещения (вплоть до круглосуточного), повышение интенсивности освещения, изменение спектра (различные соотношения красного, синего, зеленого света, применение дальнего красного света) или дополнительное освещение УФ светом (как правило, в течение нескольких дней). В отличие от стратегий освещения, используемых в первой части продукционного цикла и направленных на оптимизацию процессов роста, развития и формирования биомассы, их применение осуществляется с целью повышения не только урожайности, но и пищевой ценности продукции, снижения в ней содержания нитратов, а также повышения энергоэффективности производства. Обсуждаются некоторые физиолого-биохимические механизмы, которые участвуют в реакции растений на различные световые воздействия, и подчеркивается необходимость изучения в дальнейшем молекулярно-генетических механизмов, которые лежат в основе этих реакций, знание которых ускорит поиск и выявление наиболее эффективных агроприемов, обеспечивающих повышение продуктивности и пищевой ценности наиболее широко используемых в закрытых системах сельскохозяйственных культур.
Физиология растений. 2025;72(2):135–153
135–153