Главная Коллекция "Otherreferats" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Влияние эпибрассинолида и его конъюгатов с серной кислотой на рост и солеустойчивость Helianthus annuus L.

Влияние эпибрассинолида и его конъюгатов с серной кислотой на рост и солеустойчивость Helianthus annuus L.

Причины угнетения роста растений Helianthus annuus L. Изучение действия конъюгатов эпибрассинолида на длину корней и гипокотилей проростков подсолнечника. Поиск эффективных методов нивелирования ингибирующего действия засоления сельскохозяйственных почв.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 23.07.2024
Размер файла 745,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

1 Учреждение образования

«Брестский государственный университет им. А.С. Пушкина»

2Государственное научное учреждение

«Институт биоорганической химии

Национальной академии наук Беларуси»

Влияние эпибрассинолида и его конъюгатов с серной кислотой на рост и солеустойчивость Helianthus annuus L.

Я.В. Арчибасова1, Р.П. Литвиновская2

Брест, Беларусь, Минск, Беларусь

Аннотация

Изучено действие конъюгатов 24-эпибрассинолида (ЭБ) с серной кислотой на начальный рост подсолнечника Helianthus annuus L. Наиболее выраженную активность относительно контроля и ЭБ в тестах (влияние на длину корней и гипокотилей проростков) оказывали 2,3-дисульфат динатрия в концентрации 10-11 М (148 и 45% относительно контроля и 127 и 35% относительно ЭБ) и 23-моносульфат натрия в концентрации 10-10 М (36 и 25% относительно контроля, 15 и 15% относительно ЭБ). В лабораторных опытах установлено, что в условиях хлоридного засоления (150 мМ NaCl) наблюдается угнетение роста проростков подсолнечника. У растений, выращенных при воздействии NaCl, отмечалось снижение длины корней на 26% и гипокотиля на 32% относительно растений, выращенных на дистиллированной воде (контроль).

Предварительное замачивание семян в растворах исследуемых соединений показало нивелирование ингибирующего действия засоления и восстановление ростовых показателей.

При использовании ЭБ в концентрации 10-9 М отмечено увеличение средней длины корня на 32% и гипокотиля на 58 % относительно NaCl (150 мМ), 2,3-дисульфата динатрия в концентрации 10-10 М - на 66 и 43 %, соотвественно; 3-моносульфата натрия в концентрации 10-9 М - на 31 и 68 %, 22-моносульфата натрия в трёх концентрациях - на17-53 и 54-55%, соответственно.

В вегетационном опыте при предпосевной обработке семян 2,3-дисульфатом динатрия в концентрации 10-9 М, 23- моносульфатом натрия в концентрациях 10-10 М и 10-9 М наблюдалось подавление ингибирующего действия засоления и восстановление ростовых показателей (увеличение средней длины корня на 13-33 и гипокотиля на 12-22%) относительно варианта с NaCl (150 мМ). При внекорневой обработке растений сульфатами 24-эпибрассинолида восстанавливающий эффект отмечен как для роста корней на 9-30%, так и роста гипокотиля на 7-25 % относительно варианта с NaCl (150 мМ) для большинства изученных соединений, за исключением 3-моносульфата натрия. Максимальное положительное влияние на общий антиоксидантный статус растений зафиксировано при внекорневой обработке 23-моносульфатом натрия в концентрации 10-10 М.

Ключевые слова: Helianthus annuus, брассиностероиды, 24-эпибрассинолид, конъюгаты эпибрассинолида с серной кислотой, рост, солевой стресс

Введение

Широкий спектр биологических эффектов брассиностероидов включает стимуляцию роста, повышение урожайности, улучшение качества продукции и устойчивости растений к неблагоприятным факторам (Khripach et al., 2000).

К настоящему времени описано несколько путей метаболических превращений БС (Schneider et al., 2002; Fujioka etTC al., 2003; Bajguz et al., 2007). Среди них и предполагаемый механизм инактивации БС через сульфатирование сульфотрансферазами (Rouleau et al., 1999; Marsolais et al., 2004). По аналогии с другими классами стероидных соединений можно предполагать, что это может быть как путь инактивации (Fietz et al., 2013) так и, наоборот, необходимый этап для проявления биологического эффекта БС (Dawson et al., 2012).

Ранее мы описали синтез 2-, 3-, 22- и 23-моносульфатов натрия и 2,3-дисульфата динатрия ЭБ (Zhylitskaya et al., 2017). В настоящей работе нами ставится задача выяснить, как защита той или иной гидроксильной группы ЭБ повлияла на эффект стимуляции роста на примере растений подсолнечника однолетнего.

Также в задачи работы входило изучение действия указанных сульфатов в условиях абиотического стресса - засоления. К этому нас побудили сообщения некоторых авторов о том, что сульфатирование полигидроксистероидов может приводить к новым биологическим свойствам (Comin et al., 1999; Santos et al., 2003; Cui et al., 2009; Richmond et al., 2011; Richmond et al., 2013; D'Amore et al., 2014).

Методика

24-Эпибрассинолид, его 2-, 3-, 22- и 23- моносульфаты натрия и 2,3-дисульфат динатрия синтезированы в Лаборатории химии стероидов Института биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси.

Семена подсолнечника однолетнего (сорт Гелиос) любезно предоставлены Республиканским научным дочерним унитарным предприятием «Полесский институт растениеводства» (г. Мозырь).

Морфометрические показатели. Семена предварительно замачивали в течение 5 ч в растворах ЭБ и его конъюгатов в трех концентрациях 10-9 М, 10-10 М и 10-11 М. В чашках Петри на 2 слоя медленно фильтрующей фильтровальной бумаги вливали по 10 мл дистиллированной воды и выкладывали семена. По истечении 3 суток определяли энергию прорастания семян, через 5 суток определяли всхожесть (ГОСТ 12038-84), среднюю длину корней и гипокотилей проростков (Карпин и др., 2012). В связи с анатомическим строением подсолнечника измерение длины корней проводили по главному корню проростка.

Изучение влияния ЭБ и его сульфатов на формирование адаптации растений к хлоридному засолению в лабораторном эксперименте. Семена предварительно замачивали в течение 5 ч в растворах ЭБ или конъюгатов в соответствующих концентрациях. В чашках Петри на 2 слоя медленно фильтрующей фильтровальной бумаги наливали по 10 мл раствора 150 мМ NaCl. В качестве контроля служили солевой раствор (NaCl (150 мМ) и дистиллированная вода (бесстрессовый контроль). По истечении 3 суток определяли энергию прорастания семян, через 5 суток оценивали всхожесть (ГОСТ 12038-84), среднюю длину корней и гипокотилей проростков (Карпин и др., 2012).

Изучение влияния ЭБ и его сульфатов на формирование адаптации растений к хлоридному засолению в лабораторном вегетационном эксперименте. Для выращивания растений использовали универсальный почвогрунт «Хозяин» (Карио, РБ) состав: торф, биогумус, песок, доломитовая мука, АФК, аммиачная селитра, микробиологическое удобрение.Перед посадкой семян почву в контейнерах (9»9»10см, 0,55 л) обрабатывали (поливали) 100 мл раствора NaCl в концентрации 150 мМ (Строганов, 1960; Гишева и др., 1999; Жученко, 2001). Во время предпосевной обработки семена предварительно замачивали в течение 5 ч в растворах ЭБ или его сульфатов. Затем семена высаживали в пластиковые контейнеры и выращивали в лабораторных условиях вегетационного эксперимента (Kolbas, 2014; Дышко и др., 2014) в течение месяца. В качестве формы контроля растения выращивали в засолённой почве (NaCl 150 мМ) и в почве без солевой обработки (контроль).

В опытах с внекорневой обработкой семена высаживали без предварительной обработки, внесение исследуемых соединений проводили путём опрыскивания растений (дважды - на 10-й и 16-й день). В качестве контроля растения выращивали на засолённой почве (NaCl 150 мМ) и на почве без обработки (абсолютный контроль), опрыскивание растений проводили дистиллированной водой.

Антиоксидантная активность. Антиоксидантная способность растительных экстрактов подсолнечника однолетнего, выращенного в защищенном грунте, в условиях вегетационного лабораторного опыта, была определена спектрофотометрическим методом ABTS (Re et al., 1999), основанном на регистрации уменьшения интенсивности окраски поглощения катионами ABTS (2,2'-Азино-бис(3-этилбензтиазолин-6-сульфоновой кислоты)) радикала при взаимодействии с антиоксидантами растительных образцов. сельскохозяйственный почва засоление подсолнечник

Поглощение этого раствора ABTS (Ак) контролировали до измерения образцов растений. 100 мкл растительного экстракта (супернатант) смешивали с 3 мл раствора ABTS +, и абсорбцию образца (Ао) считывали через 10 мин при 734 нм (Kolbas et al., 2018). Все определения выполняли в трехкратной повторности.

Способность абсорбирующего ингибирования ABTS в экстракте, выраженная в процентах (% ингибирования выступает как абсолютная величина), была по формуле (1): % ингибирования = [(Ак - Ао) / (Ак)] х 100 (1).

Результаты и обсуждение

Изучение морфометрических показателей растений подсолнечника в лабораторном опыте проводили в растворах ЭБ и его конъюгатов с серной кислотой в трех концентрациях 10-9 М, 10-10 М и 10-11 М. В результате по параметрам длинны корня и гипокотиля проростков были отобраны наиболее эффективные соединения в определенных концентрациях (рис. 1).

Для ЭБ оптимальной оказалась концентрация 10-9 М, при использовании которой наблюдалось положительное влияние на длину корня (увеличение на 21 % относительно контроля) и длину гипокотиля (10%). При обработке 2,3-дисульфат динатрием ЭБ (disulfate disodium EB) ЭБ (2,3-дндс) в концентрации 10-11 и 10-9 М происходило увеличение длины корня на 148 и 9%, длины гипокотиля на 45 и 35%, соответственно.

Под действием 2 - натрийсульфата (2-sodium sulfate) ЭБ (2-нс) значительного увеличения ростовых показателей не наблюдалось. Использование 23 - натрийсульфата (23-sodium sulfate) ЭБ (23-нс) в концентрациях 10-10 и 10-9 М приводило к увеличению длины корня на 36 % и 6 %, длины гипокотиля на 25 и 20%, соответственно.

Под действием 3-натрийсульфата (3-sodium sulfate) ЭБ (3-нс) в концентрации 10-11 М происходило увеличение длины корня на 18 и длины гипокотиля на 15% относительно контроля. Более высокую активность относительно ЭБ проявил 2,3-динатрийсульфат ЭБ (2,3-дндс) с увеличением длины корня на 127 и длины гипокотиля на 35 %.

Рис. 1. Влияние эпибрассинолида и его конъюгатов с серной кислотой на морфометрические параметры подсолнечника однолетнего в лабораторных условиях.

1 - контроль (дистиллированнная вода), 2-4 - ЭБ в концентрациях 10-11, 10-10 и 10-9 М, 5-7 - 2-нс (соответственно 10-11, 10-10 и 10-9 М), 8-10 - 2,3-дндс (10-11, 10-10 и 10-9 М), 11-13 - 3-нс (10-11, 10-10 и 10-9 М), 14-16 - 22-нс (10-11, 10-10 и 109 М), 17-19 - 23-нс (10-11, 10-10 и 10 9 М).

[Fig. 1. Influence of epibrassinolide (EB) and its conjugates with sulfuric acid on the morphometric parameters of annual sunflower in laboratory conditions.

1 - control (distilled water), 2-4 - EB at concentrations of 10-11, 10-10 and 10-9 M, 5-7 - 2-нс (10-11, 10-10 and 10-9 M, respectively), 8-10 - 2,3-дндс (10-11, 10-10 and 10-9 M), 11-13 - 3-нс 10-11, 10-10 and 10-9 M), 14-16 - 22-нс (10-11, 10-10 and 10-9 M), 17-19 - 23-нс (10-11, 10-10 and 10-9 M).

Note. 2-сульфат натрия ЭБ - 2-sulfate sodium EB (2-нс); дисульфат динатрия ЭБ - disulfate disodium EB (2,3- дндс); 3-сульфат натрия ЭБ - 3-sulfate sodium EB (3-нс); 22-сульфат натрия ЭБ - 22-sulfate sodium EB (22нс); 23-сульфат натрия ЭБ - 23-sulfate sodium EB (23-нс). Средняя длина корня - average root length, средняя длина гипокотиля - average hypocotyl length].

Таким образом, были отобраны наиболее эффективные вещества и их концентрации для дальнейших исследований воздействия ЭБ и его конъюгатов с серной кислотой на растения подсолнечника в условиях хлоридного засоления. Известно, что выраженные эффекты солевого стресса у большинства растений (гликофитов) обычно проявляются при действии NaCl в концентрациях до 200 мМ NaCl (Ефимова и др., 2012). Поэтому для установления пороговых значений для H. annuus предварительно исследовали влияние NaCl в концентрации 50, 10, 150 и 200 мМ. В качестве контроля использовали дистиллированную воду. По величинам энергии прорастания и всхожести семян, а также длины корней и гипокотилей в условиях хлоридного засоления определена пороговая концентрация солевого стресса для данной культуры, которая составила 150 мМ NaCl.

В лабораторном опыте по прорастанию семян подсолнечника у растений, выращенных при действии засоления (NaCl, 150 мМ), наблюдалось угнетение роста средней длины корней (на 26%) и средней длины гипокотиля (на 32%) относительно растений, выращенных на дистиллированной воде. При внесении ЭБ и его сульфатов наблюдалось восстановление морфометрических параметров (рис. 2).

Рис. 2. Влияние ЭБ и его конъюгатов с серной кислотой на морфометрические параметры подсолнечника в условиях хлоридного засоления.

1 - контроль (дистиллированнная вода), 2-4 - ЭБ в концентрациях 10-11, 10-10 и 10-9 М, 5-7 - 2-нс (соответственно 10-11, 10-10 и 10-9 М), 8-10 - 2,3-дндс (10-11, 10-10 и 10-9 М), 11-13 - 3-нс 10-11, 10-10 и 10-9 М), 14-16 - 22-нс ( 10-11, 10-10 и 109 М), 17-19 - 23-нс (10-11, 10-10 и 10 9 М).

[Fig. 2. Influence of epibrassinolide (EB) and its conjugates with sulfuric acid on the morphometric parameters of sunflower under conditions of chloride salinity.

1 - control (distilled water), 2-4 - EB at concentrations of 10-11, 10-10 and 10-9 M, 5-7 - 2-нс (10-11, 10-10 and 10-9 M, respectively) , 8-10 - 2,3-дндс (10-11, 10-10 and 10-9 M), 11-13 - 3-нс 10-11, 10-10 and 10-9 M), 14-16 - 22-нс (10-11, 10-10 and 10-9 M), 17-19 - 23-нс (10-11, 10-10 and 10-9 M).

Note. 2-сульфат натрия ЭБ - 2-sulfate sodium EB (2-нс); дисульфат динатрия ЭБ - disulfate disodium EB (2,3- дндс); 3-сульфат натрия ЭБ - 3-sulfate sodium EB (3-нс); 22-сульфат натрия ЭБ - 22-sulfate sodium EB (22нс); 23-сульфат натрия ЭБ - 23-sulfate sodium EB (23-нс). Средняя длина корня - average root length, средняя длина гипокотиля - average hypocotyl length].

Положительное воздействие на длину корня и гипокотиля оказывали ЭБ в концентрации 10-9 М на 32 и 58 %, 2,3-дндс в концентрации 10-10 М на 66 и 43 %, 3-нс в концентрации10-9 М на 31 и 68 %, соответственно. Интересно, что иначе ведет себя сульфопроизводное 22-нс, оказывая положительное влияние относительно контроля как на длину корня (от 18 до 53 %), так и на длину гипокотиля (от 54 до 68 %) во всех изученных концентрациях.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о стресс-протекторном действии конъюгатов ЭБ с серной кислотой на растения подсолнечника однолетнего.

Для дальнейших исследований по адаптации растений к хлоридному засолению в лабораторном вегетационном эксперименте отобраны универсальные для данной культуры соединения, действующие как при нормальных условиях, так и в условиях хлоридного засоления.

Вегетационный лабораторный опыт отличается постоянством среды и контролируемыми условиями проведения эксперимента, а также даёт возможность моделировать последующие опыты в полевых условиях. В вегетационном опыте в условиях солевого стресса (Строганов, 1960; Гишева и др., 1999; Жученко, 2001) определяли морфометрические и биохимические параметры подсолнечника, а также исследовали два способа внесения тестируемых соединений - замачивание семян и внекорневая обработка (опрыскивание).

Сравнение морфометрических параметров контрольных образцов, выращенных на засоленной почве NaCl (150 мМ), показывает подавление роста растений относительно контроля без засоления. При этом средняя длина побегов проростков подсолнечника достоверно снижалась роста (на 16 %), в то же время отмечалось незначительное снижение роста, определяемое по параметру средней длины корней проростков подсолнечника (таблица).

Влияние ЭБ и его сульфатов на среднюю длину корней и побегов подсолнечника в условиях хлоридного засоления почвы

[Influence of epibrassinolide (EB) and its sulfates on the average length of roots and shoots of sunflower under conditions of chloride soil salinity]

Вариант

[Variant]

Средняя длина корней, см [Average root length, cm]

Средняя длина побегов, см [Average length of shoots, cm]

Предпосевная обработка [Pre-sowing treatment]

Внекорневая обработка [Foliar treatment]

Предпосевная обработка [Pre-sowing treatment]

Внекорневая обработка [Foliar treatment]

Контроль [Control]

2,71 ± 0,143

2,71 ± 0,143

13,08 ± 0,499

13,08 ± 0,499

NaCl (150 mH)

2,65 ± 0,141

2,65 ± 0,141

10,96 ± 0,543

10,96 ± 0,543

NaCl (150 шМ) + ЭБ 10-9 М

2,66 ± 0,139

2,69 ± 0,144

11,09 ± 0,581

13,08 ± 0,662

NaCl (150 шМ) + 2-нс 10-9 М

2,85 ± 0,145

3,15 ± 0,162

12,33 ± 0,589

11,78 ± 0,594

NaCl (150 шМ) + 2,3- дндс 10-11 М

2,45 ± 0,129

3,39 ± 0,174

11,05 ± 0,540

11,88 ± 0,624

NaCl (150 шМ) + 2,3- дндс 10-9 М

3,00 ± 0,158

3,03 ± 0,162

11,79 ± 0,602

11,45 ± 0,555

NaCl (150 шМ) + 3-нс 10-11 М

2,78 ± 0,149

2,54 ± 0,138

12,77 ± 0,623

10,75 ± 0,585

NaCl (150 шМ) + 23нс 10-10 М

3,53 ± 0,188

2,88 ± 0,155

12,50 ± 0,440

11,84 ± 0,576

NaCl (150 шМ) + 23нс 10-9 М

3,33 ± 0,181

3,43 ± 0,176

13,35 ± 0,668

13,65 ± 0,728

Note. 2-сульфат натрия ЭБ - 2-sulfate sodium EB (2-нс); дисульфат динатрия ЭБ - disulfate disodium EB (2,3-дндс); 3- сульфат натрия ЭБ - 3-sulfate sodium EB (3-нс); 23-сульфат натрия ЭБ - 23-sulfate sodium EB (23-нс). Средняя длина корня - average root length, средняя длина гипокотиля - average hypocotyl length].

Предпосевная обработка семян ЭБ и его конъюгатами с серной кислотой показала положительное действие на среднюю длину корней относительно NaCl (150 мМ). Так, при предпосевной обработке 2,3-дндс в концентрации 10-9 М наблюдалось увеличение длины корней на 13%, а обработка 23-нс в концентрациях 10-10 М и 10-9 М приводила к увеличению на 33 и 26% соответственно. При внекорневой обработке выявлено положительное влияние всех изученных конъюгатов на среднюю длину корней, за исключением 3-нс. Для 2-нс в кон- центрации 10-9 М наблюдалось увеличение средней длины корней относительно NaCl (150 мМ) на 19%, для 2,3-дндс в концентрациях 10-11 М и 10-9 М на 28 и 14 % соответственно, для 23-нс в концентрации 10-9 М на 30%. Воздействие исследуемых соединений на среднюю длину побегов подсолнечника ярко выражено по отношению к NaCl (150 мМ) и при предпосевной обработке составило 12 % для 2-нс в концентрации 10-9 М, 16 % для 3-нс в концентрации 10-11 М и, соответственно, 14 и 22 % для 23-нс в концентрациях 10-10 и 10-9 М, а при внекорневой обработке достоверное увеличение зарегистрировано для ЭБ в концентрации 10-9 М (на 19%) и для 23-нс в концентрации 10-9 М на 25 % (рис. 3).

Рис. 3. Влияние ЭБ и его конъюгатов с серной кислотой на среднюю длину корней и побегов подсолнечника (в %относительно варианта с действием 150 мМ NaCl).

ЭБ ( 10 9 М) + NaCl (150 мМ), 1 - 2-нс ( 10'9 М) + NaCl (150 мМ), 2-3 - 2,3-дндс ( 10-11 и 10 9 М) + NaCl (150 мМ), 4 - 3-нс ( 10-11 М) + NaCl (150 мМ), 5-6 - 23-нс ( 10-10 и 10-9 М) + NaCl (150 мМ).

А, Б - длина корня для вариантов с предпосевной и внекорневой обработкой, соответственно; В, Г - длина побега для вариантов с предпосевной и внекорневой обработкой, соответственно.

[Fig. 3. Influence of epibrassinolide (EB/ЭБ) and its conjugates with sulfuric acid on the average length of roots and shoots of sunflower (in % relative to the variant with the action of 150 mM NaCl).

ЭБ (10-9 M) + NaCl (150 mM), 1 - 2-нс (10-9 M) + NaCl (150 mM), 2-3 - 2,3-дндс (10-11 and 10-9 M ) + NaCl (150 mM), 4 - 3-нс (10-11 M) + NaCl (150 mM), 5-6 - 23-нс (10-10 and 10-9 M) + NaCl (150 mM). А, Б - root length for options with pre-sowing and foliar processing, respectively; В, Г - shoot length for variants with presowing and foliar processing, respectively.

Note. 2-сульфат натрия ЭБ - 2-sulfate sodium EB (2-нс); дисульфат динатрия ЭБ - disulfate disodium EB (2,3- дндс); 3-сульфат натрия ЭБ - 3-sulfate sodium EB (3-нс); 23-сульфат натрия ЭБ - 23-sulfate sodium EB (23нс).]

Изученные вещества проявили стресс - протекторное и восстановительное действие по параметру средней длины корней подсолнечника (рис.4).

Рис. 4. Влияние ЭБ и его конъюгатов на среднюю длину корней и побегов подсолнечника при солевом стрессе (150 мМ NaCl), в % к контролю (К).

К - контроль (дистиллированная вода), NaCl - солевой стресс (150 мМ NaCl), ЭБ ( 10-9 М) + NaCl (150 мМ), 1 - 2-нс ( 10-9 М) + NaCl (150 мМ), 2-3 - 2,3-дндс ( 10-11 и 10 9 М) + NaCl (150 мМ), 4 - 3-нс ( 10-11 М) + NaCl (150 мМ), 5-6 - 23-нс ( 10-10 и 10-9 М) + NaCl (150 мМ).

А, Б - длина корня для вариантов с предпосевной и внекорневой обработкой, соответственно; В, Г - длина побега для вариантов с предпосевной и внекорневой обработкой, соответственно.

[Fig. 4. Influence of EB (ЭБ) and its conjugates on the average length of roots and shoots of sunflower under salt stress (150 mM NaCl) (in % of control (K).

K - control (distilled water), NaCl - salt stress (150 mM NaCl), ЭБ (10-9 M) + NaCl (150 mM), 1 - 2-нс (10-9 M) + NaCl (150 mM), 2-3 - 2,3-дндс (10-11 and 10-9 M) + NaCl (150 mM), 4 - 3-нс (10-11 M) + NaCl (150 mM), 5-6 - 23-нс (10-10 and 10-9 M) + NaCl (150 mM). А, Б - root length for options with pre-sowing and foliar processing, respectively; В, Г - shoot length for variants with pre-sowing and foliar processing, respectively.

Note. 2-сульфат натрия ЭБ - 2-sulfate sodium EB (2-нс); дисульфат динатрия ЭБ - disulfate disodium EB (2,3- дндс); 3-сульфат натрия ЭБ - 3-sulfate sodium EB (3-нс); 23-сульфат натрия ЭБ - 23-sulfate sodium EB (23-нс).]

Обработка соединениями 2,3-дндс в концентрации 10-9 М и 23-нс в концентрациях 10-10 и 10-9 М снимала действие солевого стресса и стимулировала рост корней подсолнечника независимо от типа обработки. При предпосевной обработке прирост в ряде случаев наблюдали даже относительно растений, выращенных на незасоленной почве. Для соединения 2,3- дндс он составил 11% (концентрация 10-9 М), для 23-нс - 23% (концентрация 10-9 М) и 30% (концентрация 10-10 М).

При внекорневой обработке прирост относительно абсолютного контроля составил 12% для 2,3-дндс в концентрации 10-9 М, 16% для 2-нс в концентрации 10-9 М, 25% для 2,3-дндс в концентрации 10-11 М и 27% для 23-нс в концентрации 10-9 М.

Таким образом, в вегетационном опыте с засолением почвы обработка подсолнечника однолетнего ЭБ и рядом его конъюгатов с серной кислотой не только устраняла действие солевого стресса, но и приводила к приросту основных ростовых показателей относительно растений без солевого воздействия.

Следует отметить, что нами зафиксирована малая разница между контролем и вариантом с действием NaCl (150 мМ) для параметра длины корней в исследованиях с выращиванием растений подсолнечника на засоленной почве по сравнению с исследованиями по хлорид- ному засолению в чашках Петри, то есть можно констатировать, что корневая система подсолнечника более устойчива к засолению в условиях вегетационного опыта.

Исследование биохимического, в частности общего антиоксидантного, статуса растений подсолнечника определяли по способности абсорбирующего ингибирования ABTS в экстракте, которое выражали в процентах (% ингибирования) (Ефимова и др., 2019).

Сравнение данных, полученных для обработанных растений, с контрольными образцами показывает снижение процента ингибирования, а следовательно, при воздействии засоления регистрируется снижение работы антиоксидантной системы растений, выращенных на засоленной почве, по сравнению с контрольным вариантом без засоления (рис. 5).

Внекорневая обработка растений изученными соединениями приводила к максимальному увеличению процента ингибирования относительно бессолевого контроля для конъюгата 23-нс в концентрации 10-10 М, а при предпосевной обработке семян - для ЭБ в концентрации 10-9 М и для 23-нс в концентрации 10-10 М.

В условиях засоления при предпосевной обработке семян наиболее активным оказались ЭБ в концентрации 10-9 М и 23-нс в концентрации 10-10 М, при внекорневой обработке растений увеличение процента ингибирования наблюдалось при использовании конъюгатов 23-нс в концентрации 10-10 М (11%) и 2,3-дндс в концентрации 10-11 М.

Рис. 5. Общая антиоксидантная активность (% ингибирования) подсолнечника однолетнего (листья), выращенного в условиях хлоридного засоления почвы.

К - контроль (дистиллированная вода), NaCl - солевой стресс (150 мМ NaCl), ЭБ - эпибрассино- лид 10 9 М, 1 - 2-нс 10'9 М, 2-3 - 2,3-дндс ( 10-11 и 10 9 М), 4 - 3-нс 10-11, 5-6 - 23-нс (10-10 и 10 9 М).

[Fig. 5. Total antioxidant activity (% inhibition) of annual sunflower (leaves) grown under conditions of chloride soil salinity.

K - control (distilled water), NaCl - salt stress (150 mM NaCl), EB - epibrassinolide 10-9 M, 1 - 2-нс 10-9 M, 2-3 -2,3дндс (10-11 and 10-9 M), 4 - 3-нс 10-11, 5-6 - 23-нс (10-10 and 10-9 M).

Note. 2-сульфат натрия ЭБ - 2-sulfate sodium EB (2-нс); дисульфат динатрия ЭБ - disulfate disodium EB (2,3- дндс); 3-сульфат натрия ЭБ - 3-sulfate sodium EB (3-нс); 23-сульфат натрия ЭБ - 23-sulfate sodium EB (23нс). Предпосевная обработка - pre-sowing treatment; внекорневая обработка - foliar treatment.]

Таким образом, можно говорить о стимуляции активности антиоксидантной системы растений, реагирующей на воздействие стресс- фактора, при предпосевной обработке семян ЭБ в концентрации 10-9 М и соединения 23-нс в концентрации 10-10 М, а при внекорневой обработке растений - конъюгата 23-нс в концентрации 10-10 М и 2,3-дндс в концентрации 10-11 М.

Выводы

В результате проведенного исследования на растениях подсолнечника однолетнего установлено, что защита одной или двух гидроксильных групп в молекуле 24- эпибрассинолида на остатки серной кислоты (натрий-сульфаты), как правило, не приводит к потере ростстимулирующей активности. Для ряда изученных веществ эффект от применения конъюгатов выше, чем от нативного ЭБ. Показана концентрационная зависимость эффекта натрий-сульфатов ЭБ.

Изученные соединения проявили адапто- генные свойства в тестах с хлоридным засолением. При этом практически для всех конъюгатов найдены концентрации, при которых восстановительный эффект на рост растений в условиях засоления выше, чем исходного ЭБ.

Литература

Гишева Н.Г., Шеуджен А.Х. 1999. Проблемы селекции риса на солеустойчивость. Вестник КНЦ АМАН (5) : 10-16.

Дышко В.Н., Дышко В.В., Романенко П.В. 2014. Агрохимические методы исследований. Смоленск, 48 с.

Ефимова М.В. Хасан Ж., Холодова В.П., Кузнецов Вл.В. 2012. Влияние брассиностероидов на прорастание семян и рост рапса на начальных этапах онтогенеза при хлоридном засолении. Вестник РУДН. Сер. Агрономия и животноводство. 3 : 12-20.

Жученко А.А. 2001. Адаптивная система селекции растений (эколого-генетические основы). Москва, 780 с.

Карпин В.И. 2012. Методика определения силы роста семян кормовых культур. Москва, 16 с.

Строганов Б.П. 1960. Современное состояние проблемы физиологии солеустойчивости растений и дальнейшие пути ее изучения. Москва, 633 с.

ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - Межгосударственный стандарт: Введ. 01.07.86. Москва Стандартинформ, 2011, 29 с.

Bajguz A. 2007. Metabolism of brassinosteroids in plants, Plant Physiol. Biochem. 45 (2) : 95-107.

Comin M.J., Maier M.S., Roccatagliata A.J., Pujol C.A., Damonte E.B. 1999. Evaluationof the antiviral activity of natural sulfated polyhydroxysteroids and theirsynthetic derivatives and analogs. Steroids. 64 (5) : 335-340.

Cui J., Wang H., Huang Y., Xin Y., Zhou A. 2009. Synthesis and cytotoxic analysis ofsome disodium 3b,6b-dihydroxysterol disulfates. Steroids 74 (1314) : 1057-1060.

D'Amore C., Di Leva F.S., Sepe V., Renga B., Del Gaudio C., D'Auria M.V., Zampella A., Fiorucci S., Limongelli V. 2014. Design, synthesis, and biological evaluation of potent dual agonists of nuclear and membrane bile acidreceptors, J. Med. Chem. 57 (3) : 937-954.

Dawson P.A. 2012. The biological roles of steroid sulfonation. In: Steroids - From Physiology to Clinical Medicine, ed.Ostojic S.M. Rijeka (Croatia): InTech, pp. 45-64.

Fietz D., Bakhaus K., Wapelhorst B., Grosser G., Gunther S., Alber J., Doring B., Kliesch S., Weidner W., Galuska C.E., Hartmann M.F., Wudy S.A., Bergmann M., Geyer J. 2013. Membrane transporters for sulfated steroids in the human testis -cellular localization, expression pattern and functional analysis, PLoS One 8 (5) : е62638.

Fujioka S., Yokota T. 2003. Biosynthesis and metabolism of brassinosteroids, Ann. Rev. Plant Biol. 54 : 137-164.

Khripach V., Zhabinskii V., de Groot A. 2000. Twenty years of brassinosteroids : steroidal plant hormones warrant better crops for the XXI century. Ann. Bot. 86 (3) : 441-447.

Kolbas A. 2014. Phenotypic seedling responses of a metal-tolerant mutant line of sunflower growing on a Cu-contaminated soil series: potential uses for biomonitoring of Cu exposure and phytoremediation. Plant and Soil. 376 : 377-397.

Kolbas A., Kolbas N., Marchand L., Herzig R., Mench M., 2018. Morphological and functional responses of a sunflower metal-tolerant mutant line to a copper-contaminated soil series. Environmental Science and Pollution Research. 25 : 16686-16701.

Marsolais F., Sebastia C.H., Rousseau A., Varin L. 2004. Molecular and biochemicalcharacterization of BNST4, an ethanol-inducible steroid sulfotransferase fromBrassica napus, and regulation ofBNSTgenes by chemical stress and duringdevel- opment, Plant Sci. 166 (5) : 1359-1370

Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C. 1999. Antioxidant activity applying an improved. Free Radical Biol. Med. 26 : 1231-1237.

Richmond V., Murray A.P., Maier M.S. 2013. Synthesis and acetylcholine esterase inhibitory activity of polyhydroxylated sulfated steroids: structure/activity studies, Steroids. 78 (11) : 1141-1147.

Richmond V., Santos G.A.G., Murray A.P., Maier M.S. 2011. Synthesis andacetylcholinesterase inhibitory activity of 2b,3a-disulfoxy-5a-cholestan-6-one. Steroids. 76 (10-11) : 1160-1165.

Rouleau M., Marsolais F., Richard M., Nicolle L., Voigt B., Adam G., Varin L. 1999. Inactivation of brassinosteroid biological activity by a salicylate- induciblesteroid sulfotransferase from Brassica na- pus. J. Biol. Chem. 274 (30) 20925-20930.

Santos G.A.G., Murray A.P., Pujol C.A., Damonte E.B., Maier M.S. 2003. Synthesis andantiviral activity of sulfated and acetylated derivatives of 2b,3a- dihydroxy-5a-cholestane. Steroids. 68 (2) : 125-132.

Schneider B. 2002. Pathways and enzymes of brassino- steroid biosynthesis, Prog. Bot. 63 : 286-306.

Zhylitskaya H., Chashchina N., Litvinovskaya R., Zavadskaya M., Zhabinskii V., Khripach V. 2017. Synthesis of sulfated brassinosteroids. Steroids. 117 : 2-10.

References

Gisheva N.G., Sheudzhen A.Kh. 1999. Problems of rice breeding for salt resistance. Vestnik KSC AMAN. 5 : 10-16. (In Russian)

Dyshko V.N., Dyshko V., Romanenko P.V. 2014. Agrochemical research methods. Smolensk, 48 p. (In Russian)

Efimova M. V. Khasan Zh., Kholodova V.P., Kuznetsov Vl.V. 2012. The effect of brassinosteroids on seed germination and rapeseed growth at the initial stages of ontogenesis during chloride salinization. Bulletin of the RUDN, series Agronomy and Animal husbandry. 3 : 12-20. (In Russian)

Zhuchenko A.A. 2001. Adaptive system of plant breeding (ecological and genetic basis). Moscow, 780 p. (In Russian)

Karpin V.I. 2012. Method for determining the growth strength of seeds of forage crops. Moscow, 16 p. (In Russian)

Stroganov B.P. 1960. The current state of the problem of plant salt tolerance physiology and further ways of its study. Moscow, 633 p. (In Russian)

GOST 12038-84.Seeds of agricultural crops. Methods for determining germination. - Interstate standard: Introduction. 01.07.86. Moscow, 2011. 29 p. (In Russian)

Bajguz A. 2007. Metabolism of brassinosteroids in plants, Plant Physiol. Biochem. 45 (2) : 95-107.

Comin M.J., Maier M.S., Roccatagliata A.J., Pujol C.A., Damonte E.B. 1999. Evaluationof the antiviral activity of natural sulfated polyhydroxysteroids and theirsynthetic derivatives and analogs. Steroids. 64 (5) : 335-340.

Cui J., Wang H., Huang Y., Xin Y., Zhou A. 2009. Synthesis and cytotoxic analysis ofsome disodium 3b,6b-dihydroxysterol disulfates. Steroids. 74 (1314) : 1057-1060.

D'Amore C., Di Leva F.S., Sepe V., Renga B., Del Gaudio C., D'Auria M.V., Zampella A., Fiorucci S., Limongelli V. 2014. Design, synthesis, and biological evaluation of potent dual agonists of nuclear and membrane bile acidreceptors, J. Med. Chem. 57 (3) : 937-954.

Dawson P.A. 2012. The biological roles of steroid sulfonation. In: Steroids - From Physiology to Clinical Medicine, ed.Ostojic S.M. Rijeka (Croatia): InTech, pp. 45-64.

Fietz D., Bakhaus K., Wapelhorst B., Grosser G., Gunther S., Alber J., Doring B., Kliesch S., Weidner W., Galuska C.E., Hartmann M.F., Wudy S.A., Bergmann M., Geyer J. 2013. Membrane transporters for sulfated steroids in the human testis -cellular localization, expression pattern and functional analysis, PLoS One 8 (5) : е62638.

Fujioka S., Yokota T. 2003. Biosynthesis and metabolism of brassinosteroids, Ann. Rev. Plant Biol. 54 : 137-164.

Khripach V., Zhabinskii V., de Groot A. 2000. Twenty years of brassinosteroids : steroidal plant hormones warrant better crops for the XXI century. Ann. Bot. 86 (3) : 441-447.

Kolbas A. 2014. Phenotypic seedling responses of a metal-tolerant mutant line of sunflower growing on a Cu-contaminated soil series: potential uses for biomonitoring of Cu exposure and phytoremediation. Plant and Soil. 376 : 377-397.

Kolbas A., Kolbas N., Marchand L., Herzig R., Mench M., 2018. Morphological and functional responses of a sunflower metal-tolerant mutant line to a copper-contaminated soil series. Environmental Science and Pollution Research. 25 : 16686-16701.

Marsolais F., Sebastia C.H., Rousseau A., Varin L. 2004. Molecular and biochemicalcharacterization of BNST4, an ethanol-inducible steroid sulfotransferase fromBrassica napus, and regulation ofBNSTgenes by chemical stress and duringdevel- opment, Plant Sci. 166 (5) : 1359-1370

Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C. 1999. Antioxidant activity applying an improved. Free Radical Biol. Med. 26 : 1231-1237.

Richmond V., Murray A.P., Maier M.S. 2013. Synthesis and acetylcholine esterase inhibitory activity of polyhydroxylated sulfated steroids: structure/activity studies, Steroids. 78 (11) : 1141-1147.

Richmond V., Santos G.A.G., Murray A.P., Maier M.S. 2011. Synthesis andacetylcholinesterase inhibitory activity of 2b,3a-disulfoxy-5a-cholestan-6-one. Steroids. 76 (10-11) : 1160-1165.

Rouleau M., Marsolais F., Richard M., Nicolle L., Voigt B., Adam G., Varin L. 1999. Inactivation of brassinosteroid biological activity by a salicylate- induciblesteroid sulfotransferase from Brassica na- pus. J. Biol. Chem. 274 (30) 20925-20930.

Santos G.A.G., Murray A.P., Pujol C.A., Damonte E.B., Maier M.S. 2003. Synthesis andantiviral activity of sulfated and acetylated derivatives of 2b,3a- dihydroxy-5a-cholestane. Steroids. 68 (2) : 125-132.

Schneider B. 2002. Pathways and enzymes of brassino- steroid biosynthesis, Prog. Bot. 63 : 286-306.

Zhylitskaya H., Chashchina N., Litvinovskaya R., Zavadskaya M., Zhabinskii V., Khripach V. 2017. Synthesis of sulfated brassinosteroids. Steroids. 117 : 2-10.

Abstract

Effect of epibrassinolide and its conjugates with sulfuric acid on growth and salt resistance of Helianthus annuus l.

Y.V. Archybasava1, R. P. Litvinovskaya2

1Pushkin Brest State University (Brest, Belarus)

2Institute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus (Minsk, Belarus)

We studied the growth-stimulating effect of conjugates of 24-epibrassinolide with sulfuric acid on the initial growth of Helianthus annuus L. The most pronounced activity relative to the control and epibrassinolide in tests (the effect on the length of the root and hypocotyl of seedlings) is exerted by 2,3 disulfate disodium at a concentration of 10-11 M (148 and 45% relative to the control and 127 and 35 % of epibrassinolide) and 23-monosulfate sodium in a concentration 10-10 M (36 and 25% respectively relative to the control and 15% and 15% of epibrassinolide). In laboratory experiments it was found that under conditions of chloride salinity (150 mM NaCl solution) inhibition of the growth of sunflower seedlings is observed. In plants grown under the influence of salinity (Ks), there is a decrease in the total length of roots by 26% and hypocotyl by 32% relative to plants grown in distilled water (K). The test-seeds under salinization conditions showed suppression of the inhibitory effect of salinization, as well as restoration of growth parameters (increase in the average root length and hypocotyl) when using epibrassinolide at a concentration of 10-9 М by 32% and 58%, 2,3disulfate disodium at a concentration of 10-10 М by 66 % and 43 %, 3-monosulfate sodium at a concentration of 10-9 М by 31 and 68%, 22-monosulfate sodium in three concentrations by 17-53 and 54-55 % regarding NaCl (150 mM). During the growing season with pre-sowing treatment of seeds with 2,3-disulfate disodium at a concentration of 10-11 M, 23-monosulfate sodium at concentrations of 10-10 M and 10-9 M, suppression of the inhibitory effect of salinization and restoration of growth parameters (an increase in the average root length by 13-33 and hypocotyl by 12-22 %) regarding NaCl (150 mM) were noted. After foliar treatment of plants with 24-epibrassinolide sulfates, a regenerating effect was observed for both root growth by 9-30 and hypocotyl growth by 725 % for all studied substances, with the exception of 3-monosulfate sodium. The maximum positive effect on the general antioxidant status of plants was recorded after foliar treatment with 23- monosulfate sodium at concentrations of 10-10 M.

Key words: Helianthus annuus, brassinosteroids, 24-epibrassinolide, conjugates of epibrassinolide with sulfuric acid, growth, salt stress

Анотація

Вплив епібрасиноліду та його кон'югатів із сірчаною кислотою на ріст і солестійкість Helianthus annuus l.

Я.В. Арчибасова1, Р. П. Литвиновська2

1Брестський державний університет ім. О.С. Пушкіна (Брест, Білорусь)

2Інститут біоорганічної хімії Національної академії наук Білорусі (Мінськ, Білорусь)

Досліджено вплив кон'югатів 24-епібрасиноліду (ЕБ) з сірчаною кислотою на початковий ріст соняшнику Helianthus annuus L. Найбільш виражену активність щодо контролю і ЕБ в тестах (вплив на довжину коренів і гіпокотилів проростків) виявляли 2,3-дисульфат динатрію в концентрації 10- 11 М (148 і 45% відносно контролю і 127 і 35% відносно ЕБ) і 23-моносульфат натрію в концентрації 10-10 М (36 і 25% відносно контролю, 15 і 15% відносно ЕБ). У лабораторних дослідах встановлено, що в умовах хлоридного засолення (150 мМ NaCl) спостерігалося пригнічення росту проростків соняшнику. У рослин, вирощених за впливу NaCl, спостерігалося зниження довжини коренів на 26% і гіпокотиля на 32% відносно рослин, вирощених на дистильованій воді (контроль). Попереднє замочування насіння у розчинах досліджуваних сполук спричиняло нівелювання інгібуючої дії засолення і відновлення ростових показників. При використанні ЕБ в концентрації 10-9 М відзначено збільшення середньої довжини кореня на 32% і гіпокотиля на 58% відносно варіанта з NaCl (150 мМ), 2,3 -дисульфату динатрію в концентрації 10-10 М - на 66 і 43%, відповідно; 3-моносульфату натрію в концентрації 10-9 М - на 31 і 68%, 22-моносульфату натрію в трьох концентраціях - на17-53 і 54-55%, відповідно. У вегетаційному досліді за передпосівної обробки насіння 2,3 -дисульфатом динатрію в концентрації 10-9 М, 23-моносульфатом натрію в концентраціях 10-10 М і 10-9 М спостерігалося пригнічення інгібувальної дії засолення і відновлення ростових показників (збільшення середньої довжини кореня на 13-33 і гіпокотиля на 12-22%) відносно варіанта з NaCl (150 мМ). При позакореневій обробці рослин сульфатами 24 -епібрасиноліду відновлювальний ефект був помітним як для росту коренів (на 9-30%), так і росту гіпокотиля - на 7-25% відносно варіанта з NaCl (150 мМ) для більшості досліджуваних сполук, за винятком 3-моносульфату натрію. Максимальний позитивний вплив на загальний антиоксидантний статус рослин зафіксовано при позакореневій обробці 23-моносульфатом натрію в концентрації 10-10 М.

Ключові слова: Helianthus annuus, брасиностероїди, 24-епібрасинолід, кон'югати епібрасиноліду з сірчаною кислотою, ріст, сольовий стрес

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены