Изучение морфометрических и ряда биохимических показателей солеустойчивого пластомного мутанта «SR-3» горчицы и его родительской формы «Донская-5»

Показано, что пластомная мутация, индуцированная нитрозометилмочевиной, приводит к формированию солеустойчивости растений горчицы линии «SR3» по сравнению с родительским сортом «Донская-5», повышает количество проросших семян мутанта и его ростовые показатели как при выращивании на воде, так и при использовании NaCl. При низких и средних концентрациях соли (20, 50 и 100 мМ) наблюдались стимуляция ростовых процессов у обеих форм горчицы, более выраженная у растений мутанта, снижение уровня пролина по сравнению с таковым у растений, выращиваемых на воде, наиболее выраженное у растений линии «SR3», а также более низкое содержание активных форм кислорода у мутанта. Отмечено отрицательное действие более высоких концентраций соли (150, 200 и 250 мМ) на ростовые показатели обеих форм горчицы и меньший негативный эффект на рост растений линии «SR3» при использовании концентрации 150 мМ. Увеличение концентрации соли до 150, 200 и 250 мМ привело также к постепенному возрастанию содержания пролина, особенно у формы «SR3», что в конечном итоге максимально повысило уровень пролина в этом варианте (718 мкг/г свежего веса) и в растениях сорта «Донская-5» (404 мкг/г свежего веса) при использовании концентрации соли 250 мМ. В условиях засоления при 100 и 250 мМ соли способность растений горчицы линии «SR3» накапливать 5-аминолевулиновую кислоту (АЛК) была выше, чем у растений сорта «Донская-5», в 2,6 и 1,5 раза. Отмечена высокая способность растений солеустойчивого мутанта накапливать АЛК и при выращивании в нормальных условиях и в отсутствие NaCl (в 3,8 раза выше, чем у сорта «Донская-5»). Полученные результаты подтверждают выдвинутое ранее предположение о высокой способности растений синтезировать АЛК в нормальных условиях, что может служить показателем их большей стрессоустойчивости.

1. Expression studies in tetrapyrrole biosynthesis. Inverse maxima of magnesium chelatase and ferrochelatase activity during cyclic photoperiods / J. Papenbrock [et al.] // Planta. - 1999. - Vol. 208, N 2. - P. 264-273. https://doi.org/10.1007/s004250050558

2. Сопори, С. К. Влияние света и абиотических стрессовых факторов на экспрессию генов растений. Генетические подходы к созданию растений, устойчивых к засолению почвы / С. К. Сопори // Фотобиология растений и фотосинтез / отв. ред. И. Д. Волотовский. - Минск, 2008. - С. 29-65. - (Годневские чтения ; 14).

3. Parida, A. K. Salt tolerance and salinity effects on plants: a review / A. K. Parida, A. B. Das // Ecotoxicol. Environ. Safety. - 2005. - Vol. 60, N 3. - P. 324-349. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2004.06.010

4. Ingram, J. The molecular basis of cellular dehydration tolerance in plants / J. Ingram, D. Bartels // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. - 1996. - Vol. 47, N 1. - P. 377-403. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.47.1.377

5. Bray, E. A. Plant responses to water deficit / E. A. Bray // Trends Plant Sci. - 1997. - Vol. 2, N 2. - P. 48-54. https://doi.org/10.1016/s1360-1385(97)82562-9

6. Ультраструктура хлоропластов горчицы Brassica junceae как показатель солерезистентности / А. И. Усатов [и др.] // Цитология. - 2004. - Т. 46, № 12. - С. 1035-1042.

7. Маркин, Н. В. RAPD-анализ генотипов солеустойчивых форм горчицы Brassica junceae L. / Н. В. Маркин, А. В. Усатов, Г. М. Федоренко // Экол. вестн. науч. центров Черномор. экон. содружества. - 2006. - № 3. - С. 99-192.

8. Shemin, D. Delta-aminolevulinic acid dehydrase from Rhodopseudomonas spheroides / D. Shemin // Meth. Enzymol. - 1962. - Vol. 5. - P. 883-884. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(62)05333-1

9. Soliman, E. F. Manganese-induced oxidative stress as measured by a fluorescent probe: an in vitro study / E. F. Soliman, W. Jr. Slikker, S. F. Ali // Neurosci. Res. Commun. - 1995. - Vol. 17, N 3. - P. 185-193.

10. Misra, N. Effect of salt stress on proline metabolism in two high yielding genotypes of green gram / N. Misra, A. K. Gupta // Plant Sci. - 2005. - Vol. 169, N 2. - P. 331-339. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2005.02.013

11. Землянухина, О. А. Рост и развитие растений вейгелы цветущей «Вариегата» в культуре in vitro в условиях солевого стресса / О. А. Землянухина, В. Н. Калаев, В. С. Воронина // Современные проблемы науки и образования [Электронный ресурс]. - 2016. - № 6. - Режим доступа: https://science-education.ru/ru/article/view?id=26019. - Дата доступа: 31.03.2020.

12. Кузнецов, Вл. В. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция / Вл. В. Кузнецов, Н. И. Шевякова // Физиология растений. - 1999. - Т. 46. - С. 321-336.

13. Regulation of proline biosynthesis, degradation, uptake and transport in higher plants: its implication in plant growth and abiotic stress tolerance / P. V. K. Kishor [et al.] // Curr. Sci. - 2005. - Vol. 88. - P. 424-438.

14. Foyer, C. H. Photooxidative stress in plants // C. H. Foyer, M. Lelandais, K. J. Kunert // Physiol. Plantarum. - 1994. - Vol. 92, N 4. - P. 696-717. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.1994.920422.x

15. Meneguzzo, S. Antioxidative responses of shoots and roots of wheat to increasing NaCl concentrations / S. Meneguzzo, F. Navari-Izzo, R. Izzo // J. Plant. Physiol. - 1999. - Vol. 155. - P. 274-280. https://doi.org/10.1016/s0176-1617(99)80019-4

16. Полесская, О. Г. Влияние солевого стресса на антиоксидантную систему растений в зависимости от условий азотного питания / О. Г. Полесская, Е. К. Каширина, Н. Д. Алехина // Физиология растений. - 2006. - Т. 53. - С. 207-214.

17. Яронская, Е. Б. Содержание зеатина и его производных в проростках ячменя (Hordeum vulgare L.) с повышенным уровнем 5-аминолевулиновой кислоты / Е. Б. Яронская, И. В. Вершиловская, Н. Г. Аверина // Вес. Нац. акад. навук Беларусь Сер. бiял. навук. - 2004. - № 3. - С. 70-73.

18. Аверина, Н. Г. Биосинтез тетрапирролов в растениях / Н. Г. Аверина, Е. Б. Яронская. - Минск: Беларус. навука, 2012. - 413 с.

19. Аверина, Н. Г. Механизмы устойчивости растений ячменя к солевому стрессу под действием 5-аминолевулиновой кислоты / Н. Г. Аверина, Е. Р. Грицкевич // Физиология растений. - 2010. - Т. 57. - С. 849-846.

20. Аверина, Н. Г. Молекулярные механизмы регуляции нитратредуктазы экзогенной 5-аминолевулиновой кислотой в проростках ячменя, выращенных в условиях засоления хлоридом натрия / Н. Г. Аверина, З. Бейзаи, Р. А. Щербаков // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. - 2015. - Т. 59, № 4. - С. 95-101.

21. Роль метаболизма азота в формировании солеустойчивости растений ячменя (Hordeum vulgare L.) и пшеницы (Triticum aestivum) / Н. Г. Аверина [и др.] // Физиология растений. - 2014. - Т. 61. - С. 106-113.