В лабораторных условиях выявлен тормозящий эффект экзогенной абсцизовой кислоты (АБК) на прорастание зерновок родственных видов пшениц Triticum aestivum L. и Triticum spelta L. Гормон в концентрации 10-5 и 10-6 М существенно тормозил прорастание зерновок озимой пшеницы сорта Подолянка. Через 24 ч количество зерновок с четко выраженным зародышевым корнем и защищенной колеоптилем плюмулой у опытных растений было в два раза меньше, чем у контрольных. При инкубации на 10-7 М растворе АБК количество проросших зерновок приближалось к контрольному показателю и составляло 48 %. Всхожесть зерновок пленчатого вида T. spelta сорта Франкенкорн, который рассматривается, как один из вероятных диких предшественников мягкой пшеницы, оказалась выше. Наличие шелухи положительно влияло на прорастание зерновок. Через 24 ч количество зерновок с четко выраженным зародышевым корнем и защищенной колеоптилем плюмулой находилось в пределах 65—81 %, а тормозящий эффект наблюдался после инкубации на 10-5 М растворе АБК. Выявлены неспецифические и специфические изменения морфометрических показателей проростков T. spelta и T. aestivum, вызванные действием экзогенной АБК. Так, изменение длины органов надземной части и корней зафиксировано для обоих видов пшениц при выращивании зерновок на растворах всех концентраций АБК. Однако рост и развитие проростков T. spelta при инкубации зерновок на растворах АБК на вторые и третьи сутки угнетались, тогда как T. aestivum — усиливались. Изменения морфометрических показателей проростков обоих видов пшениц при инкубации зерновок на 10-6 М растворе АБК приближались к контрольным. Существенно отличались виды пшениц по накоплению массы проростков: у озимой пшеницы она увеличивалась при инкубации на 10-6 и 10-7 М растворах АБК, тогда как у спельты — частично уменьшалась. Наибольший тормозящий эффект наблюдался через 72 ч инкубации на 10-5 М растворе АБК. Обсуждена возможность применения экзогенной АБК для праймирования зерновок с целью повышения их стрессостойкости.
Ключевые слова: Triticum aestivum, Triticum spelta, абсцизовая кислота, морфометрия, устойчивость
Полный текст и дополнительные материалы
В свободном доступе: PDFЦитированная литература
1. Vasyuk, V.A., Generalova, V.M., Vedenichova, N.P., Martin, G.I. & Musatenko, L.I. (2005). Participation of abscisic acid in the regulation of growth of the primary leaf Phaseolus vulgaris L. Ukr. Botan. zhurn., 62, No. 5, pp. 574-580 [in Ukrainian].
2. Voytenko, L.V. & Kosakivska, I.V. (2016). Polyfunctional phytohormone abscisic acid. Visnyk Kharkiv. nats. agrar. un-tu, 1, No. 37, pp. 27-41 [in Ukrainian].
3. Kosakovskaya, I.V. (2008). Stress proteins of plants. Kiev: Phytocenter. 151 p. [in Russian].
4. Kosakovskaya, I.V., Vasyuk, V.A. & Voytenko, L.V. (2018). Effect of modeled soil drought on growth characteristics of related species Triticum aestivum L. and Triticum spelta L. Fiziol. rast. genet., 50, No. 3, pp. 241-252 [in Ukrainian].
5. Morgun, V.V., Sanin, Ye.V. & Shvartau, V.V. (2014). Club 100 centners. Modern varieties and systems of nutrition and protection of winter wheat. Kyiv: Logos [in Ukrainian].
6. Pustovoitova, T.N. & Meliksetyan, N.A. (1985). Inhibition of growth with abscisic acid and drought tolerance of wheat seedlings. Fiziologya Rasteniy, 32, No. 1, pp. 169-175 [in Russian].
7. Sytnik, K.M., Musatenko, L.I., Vasyuk, V.A., Vedenichova, N.P., Generalova, V.M., Martin, G.G. & Nesterova, A.N. (2003). Hormonal complex of plants and mushrooms. Kyiv [in Ukrainian].
8. Babenko, L.M., Hospodarenko, H.M., Rozhkov, R.V., Pariy, Ya.F., Pariy, M.F., Babenko, A.V. & Kosakivska, I.V. (2018). Triticum spelta L.: origin, biological characteristics and perspectives of use in breeding and agriculture. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 8, No. 2, pp. 250-257. https://doi.org/10.15421/021837
9. Bassel, G.W., Lanc, H., Glaab, E., Gibbs, D.J., Gerjets, T., Krasnogor, N., Bonner, A.J., Holdsworth, M.J. & Provart, N.J. (2011). Genome-wide network model capturing seed germination reveals coordinated regulation of plant cellular phase transitions. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108, No. 23, pp. 9709-9714. https://doi.org/10.1073/pnas.1100958108
10. Bray, E.A. (2002). Abscisic acid regulation of gene expression during water-deficit stress in the era of the Arabidopsis genome. Plant Cell Environ., 25, pp. 153-161. https://doi.org/10.1046/j.1365-3040.2002.00746.x
11. Chandrasekaran, U. & Liu, A. (2014). Endogenous abscisic acid signaling towards storage reserve filling in developing seed tissues of castor bean (Ricinus communis L.). Plant Growth Regul., 72, pp. 203-207. https://doi.org/10.1007/s10725-013-9846-z
12. Christmann, A., Weiler, E.W., Steudle, E. & Grill, E. (2007). A hydraulic signal in root-to-shoot signaling of water shortage. Plant J., 52, pp. 167-174. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2007.03234.x
13. Finkelstein, R.R. & Rock, C.D. (2002). Abscisic acid biosynthesis and response. The Arabidopsis Book. Eds. C.R. Somerville, E.M. Meyerowitz. Amer. Soc. Plant Biologists: Rockville, MD, pp. 137-155. https://doi.org/10.1199/tab.0058
14. Finkelstein, R.R., Gampala, S.S. & Rock, C.D. (2002). Abscisic acid signaling in seeds and seedlings. Plant Cell., 14, pp. 15-45. https://doi.org/10.1105/tpc.010441
15. Graeber, K., Nakabayashi, K., Miatton, E., Leubner-Metzger, G. & Soppe, W.J.J. (2012). Molecular mechanisms of seed dormancy. Plant Cell Environ., 35, No. 10, pp. 1769-1786. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2012.02542.x
16. Hasegawa, P.M., Bressan, R.A., Zhu, J.K. & Bohnert, H.J. (2000). Plant cellular and molecular responses to high salinity. Annu Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 51, pp. 463-499. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.51.1.463
17. Humplík, J.F., Bergougnoux, V., Jandová, M., Šimura, J., Pěnčík, A., Tomanec, O., Rolčík, J., Novák O. & Fellner, M. (2015). Endogenous abscisic acid promotes hypocotyl growth and affects endoreduplication during dark-induced growth in tomato (Solanum lycopersicum L.). PLoS One., 10, No. 2, pp. 1-23. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0117793
18. Humplík, J.F., Bergougnoux, V. & Van Volkenburgh, E. (2017). To stimulate or inhibit? That is the question for the function of abscisic acid. Trend Plant Sci., 22, No. 10, pp. 830-843. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2017.07.009
19. Jia, W. & Zhang, J. (1999). Stomatal clousere is induced rather by previaling xylem abscisic acid than by accumulated amount of xylem-derived abscisic acid. Physiol. Plant., 106, No. 2, pp. 268-275. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.1999.106303.x
20. Olds, C.L., Glennon, E.K.K. & Luckhart, S. (2018). Abscisic acid: new perspectives on an ancient universal stress signaling molecule. Microbes and Infection, 34, pp. 1-40. https://doi.org/10.1016/j.micinf.2018.01.009
21. Phillips, J., Artsaenko, O., Fiedler, U., Horstmann, C., Mock, H. P., Muntz, K. & Conrad, U. (1997). Seed-specific immunomodulation of abscisic acid activity induces a developmental switch. EMBO J., 16, pp. 4489-4496. https://doi.org/10.1093/emboj/16.15.4489
22. Rock, C.D., Sakata, Y. & Quatrano, R.S. (2010). Stress signaling: the role of abscisic acid (ABA)/Abiotic Stress Adaptation in Plants. Eds. A. Pareek, S.A. Sopory, H.J. Bohner. Dordrecht. Springer, pp. 33-73.
23. Schmitz, K. (2006). Dinkel — ein Getreide mit Zukunft. Backmittelinstitut aktuell Sonderausgabe, pp. 1-8.
24. Taiz, L. & Zeiger, E. (2002). Abscisic acid: A seed maturation and antistress signal. Plant physiology. 3rd edn. L. Taiz, E. Zeiger. Sunderland: Sinauer Associates, pp. 539-558.
25. Takahashi, K. (1972). Abscisic acid as a stimulator for rice mesocotyl growth. Nat. New Biol., 238, pp. 92-93. https://doi.org/10.1038/newbio238092a0
26. Vishwakarmam, K., Upadhyay, N., Kumar, N., Yadav, G., Singh, J., Mishra, R., Kumar, Vivek, Verma, R., Upadhyay, R.G., Pandey, M. & Sharma, S. (2017). Abscisic acid signaling and abiotic stress tolerance in plants: a review on current knowledge and future prospects. Frontiers in Plant Sci., 8, pp. 161-173.
27. Wilkinson, S. & Davies, W.J. (2002). ABA-Based chemical signalling: the Co-ordination of responses to stress in plants. Plant Cell Environ., 25, No. 1, pp. 195-210. https://doi.org/10.1046/j.0016-8025.2001.00824.x
1. Vasyuk, V.A., Generalova, V.M., Vedenichova, N.P., Martin, G.I. & Musatenko, L.I. (2005). Participation of abscisic acid in the regulation of growth of the primary leaf Phaseolus vulgaris L. Ukr. Botan. zhurn., 62, No. 5, pp. 574-580 [in Ukrainian].
2. Voytenko, L.V. & Kosakivska, I.V. (2016). Polyfunctional phytohormone abscisic acid. Visnyk Kharkiv. nats. agrar. un-tu, 1, No. 37, pp. 27-41 [in Ukrainian].
3. Kosakovskaya, I.V. (2008). Stress proteins of plants. Kiev: Phytocenter. 151 p. [in Russian].
4. Kosakovskaya, I.V., Vasyuk, V.A. & Voytenko, L.V. (2018). Effect of modeled soil drought on growth characteristics of related species Triticum aestivum L. and Triticum spelta L. Fiziol. rast. genet., 50, No. 3, pp. 241-252 [in Ukrainian].
5. Morgun, V.V., Sanin, Ye.V. & Shvartau, V.V. (2014). Club 100 centners. Modern varieties and systems of nutrition and protection of winter wheat. Kyiv: Logos [in Ukrainian].
6. Pustovoitova, T.N. & Meliksetyan, N.A. (1985). Inhibition of growth with abscisic acid and drought tolerance of wheat seedlings. Fiziologya Rasteniy, 32, No. 1, pp. 169-175 [in Russian].
7. Sytnik, K.M., Musatenko, L.I., Vasyuk, V.A., Vedenichova, N.P., Generalova, V.M., Martin, G.G. & Nesterova, A.N. (2003). Hormonal complex of plants and mushrooms. Kyiv [in Ukrainian].
8. Babenko, L.M., Hospodarenko, H.M., Rozhkov, R.V., Pariy, Ya.F., Pariy, M.F., Babenko, A.V. & Kosakivska, I.V. (2018). Triticum spelta L.: origin, biological characteristics and perspectives of use in breeding and agriculture. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 8, No. 2, pp. 250-257. https://doi.org/10.15421/021837
9. Bassel, G.W., Lanc, H., Glaab, E., Gibbs, D.J., Gerjets, T., Krasnogor, N., Bonner, A.J., Holdsworth, M.J. & Provart, N.J. (2011). Genome-wide network model capturing seed germination reveals coordinated regulation of plant cellular phase transitions. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108, No. 23, pp. 9709-9714. https://doi.org/10.1073/pnas.1100958108
10. Bray, E.A. (2002). Abscisic acid regulation of gene expression during water-deficit stress in the era of the Arabidopsis genome. Plant Cell Environ., 25, pp. 153-161. https://doi.org/10.1046/j.1365-3040.2002.00746.x
11. Chandrasekaran, U. & Liu, A. (2014). Endogenous abscisic acid signaling towards storage reserve filling in developing seed tissues of castor bean (Ricinus communis L.). Plant Growth Regul., 72, pp. 203-207. https://doi.org/10.1007/s10725-013-9846-z
12. Christmann, A., Weiler, E.W., Steudle, E. & Grill, E. (2007). A hydraulic signal in root-to-shoot signaling of water shortage. Plant J., 52, pp. 167-174. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2007.03234.x
13. Finkelstein, R.R. & Rock, C.D. (2002). Abscisic acid biosynthesis and response. The Arabidopsis Book. Eds. C.R. Somerville, E.M. Meyerowitz. Amer. Soc. Plant Biologists: Rockville, MD, pp. 137-155. https://doi.org/10.1199/tab.0058
14. Finkelstein, R.R., Gampala, S.S. & Rock, C.D. (2002). Abscisic acid signaling in seeds and seedlings. Plant Cell., 14, pp. 15-45. https://doi.org/10.1105/tpc.010441
15. Graeber, K., Nakabayashi, K., Miatton, E., Leubner-Metzger, G. & Soppe, W.J.J. (2012). Molecular mechanisms of seed dormancy. Plant Cell Environ., 35, No. 10, pp. 1769-1786. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2012.02542.x
16. Hasegawa, P.M., Bressan, R.A., Zhu, J.K. & Bohnert, H.J. (2000). Plant cellular and molecular responses to high salinity. Annu Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 51, pp. 463-499. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.51.1.463
17. Humplík, J.F., Bergougnoux, V., Jandová, M., Šimura, J., Pěnčík, A., Tomanec, O., Rolčík, J., Novák O. & Fellner, M. (2015). Endogenous abscisic acid promotes hypocotyl growth and affects endoreduplication during dark-induced growth in tomato (Solanum lycopersicum L.). PLoS One., 10, No. 2, pp. 1-23. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0117793
18. Humplík, J.F., Bergougnoux, V. & Van Volkenburgh, E. (2017). To stimulate or inhibit? That is the question for the function of abscisic acid. Trend Plant Sci., 22, No. 10, pp. 830-843. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2017.07.009
19. Jia, W. & Zhang, J. (1999). Stomatal clousere is induced rather by previaling xylem abscisic acid than by accumulated amount of xylem-derived abscisic acid. Physiol. Plant., 106, No. 2, pp. 268-275. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.1999.106303.x
20. Olds, C.L., Glennon, E.K.K. & Luckhart, S. (2018). Abscisic acid: new perspectives on an ancient universal stress signaling molecule. Microbes and Infection, 34, pp. 1-40. https://doi.org/10.1016/j.micinf.2018.01.009
21. Phillips, J., Artsaenko, O., Fiedler, U., Horstmann, C., Mock, H. P., Muntz, K. & Conrad, U. (1997). Seed-specific immunomodulation of abscisic acid activity induces a developmental switch. EMBO J., 16, pp. 4489-4496. https://doi.org/10.1093/emboj/16.15.4489
22. Rock, C.D., Sakata, Y. & Quatrano, R.S. (2010). Stress signaling: the role of abscisic acid (ABA)/Abiotic Stress Adaptation in Plants. Eds. A. Pareek, S.A. Sopory, H.J. Bohner. Dordrecht. Springer, pp. 33-73.
23. Schmitz, K. (2006). Dinkel — ein Getreide mit Zukunft. Backmittelinstitut aktuell Sonderausgabe, pp. 1-8.
24. Taiz, L. & Zeiger, E. (2002). Abscisic acid: A seed maturation and antistress signal. Plant physiology. 3rd edn. L. Taiz, E. Zeiger. Sunderland: Sinauer Associates, pp. 539-558.
25. Takahashi, K. (1972). Abscisic acid as a stimulator for rice mesocotyl growth. Nat. New Biol., 238, pp. 92-93. https://doi.org/10.1038/newbio238092a0
26. Vishwakarmam, K., Upadhyay, N., Kumar, N., Yadav, G., Singh, J., Mishra, R., Kumar, Vivek, Verma, R., Upadhyay, R.G., Pandey, M. & Sharma, S. (2017). Abscisic acid signaling and abiotic stress tolerance in plants: a review on current knowledge and future prospects. Frontiers in Plant Sci., 8, pp. 161-173.
27. Wilkinson, S. & Davies, W.J. (2002). ABA-Based chemical signalling: the Co-ordination of responses to stress in plants. Plant Cell Environ., 25, No. 1, pp. 195-210. https://doi.org/10.1046/j.0016-8025.2001.00824.x