Проаналізовано особливості формування мезоструктури листків, синтезу фотосинтетичних пігментів за дії гіберелової кислоти та її антагоніста тебуконазолу у ското- і фотоморфних проростків бобів кінських. Встановлено, що гібереліни беруть активну участь у регуляції ското- і фотоморфогенезу. Гіберелова кислота та ретардант тебуконазол істотно впливали на гістогенез листків ското- і фотоморфних проростків. На світлі товщина листків була більшою в обох варіантах досліду порівняно з контролем. Однак за умов скотоморфогенезу під впливом гіберелової кислоти листки ставали тоншими порівняно з контролем та варіантом з інгібітором синтезу гіберелінів тебуконазолом. В темряві за дії гібереліну формувалися тонші комплекси тканин — хлоренхіми, верхнього та нижнього епідермісу. Співвідношення між хлорофілами а і b в контролі становило 4,3, за дії тебуконазолу — 4,5, а за дії гібереліну — 3,7. Оскільки вміст і співвідношення хлорофілів а і b зменшувалися під дією гібереліну та підвищувалися під дією антигіберелінового препарату тебуконазолу, це свідчить про вплив гібереліну на формування фотосинтетичного апарату. У скотоморфних проростків процес перетворення ненасичених жирних кислот (ЖК) у насичені найбільше пригнічував тебуконазол, а за дії гібереліну співвідношення було меншим. У фотоморфних проростків цей процес не пригнічувався порівняно з контролем ні екзогенним гібереліном, ні ретардантом. Отже, світло впливає на процеси метаболізму ЖК під час гетеротрофної фази розвитку. Блокування тебуконазолом синтезу нативного гібереліну в проростках призводить до зниження відтоку ліноленової кислоти з сім’ядолей внаслідок уповільнення росту та, відповідно, використання цієї жирної кислоти в процесах хлоропластогенезу.
Ключові слова: Vicia faba L., морфогенез, мезоструктура, синтез пігментів, проростання насіння, світло, гібереліни, ретарданти
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Golovatskaya, I.F. & Karnachuk, R.A. (2007). Dynamics of growth and the content of endogenous phytohormones during kidney bean scoto-and photomorphogenesis. Russian Journal of Plant Physiology, No. 54 (3), pp. 407-413. https://doi.org/10.1134/S102144370703017X
2. Jiang, H., Shui, Z., Xu, L., Yang, Y., Li, Y., Yuan, X., Shang, J., Asghar, M. A., Wu, X., Yu, L., Liu, C., Yang, W., Sun, X. & Du, J. (2020). Gibberellins modulate shade-induced soybean hypocotyl elongation downstream of the mutual promotion of auxin and brassinosteroids. Plant Physiology and Biochemistry, No. 150, pp. 209-221. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.02.042
3. Chen, F., Zhou, W., Yin, H., Luo, X., Chen, W., Liu, X., Wang, X., Meng, Y., Feng, L., Qin, Y., Zhang, C., Yang, F., Yong, T., Wang, X., Liu, J., Du, J., Liu, W., Yang, W. & Shu, K. (2020). Shading in mother plant during seed development promotes subsequent seed germination in soybean. Journal of experimental botany, No. 71(6), pp. 2072-2084. https://doi.org/10.1093/jxb/erz553
4. Josse, E.-M. & Halliday, K.J. (2008). Skotomorphogenesis: the dark side of light signalling. Curr. Biol., No. 18 (24), pp. 1144-1146. https://doi.org/10.1016/j.cub.2008.10.034
5. Jiang, L. & Li, S. (2015). Signaling cross talk under the control of plant photoreceptors. In: Bjorn L. (eds). (pp. 177-187). Photobiology. New York: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-1468-5_14
6. Li, K., Gao, Z., He, H., Terzaghi, W., Fan, L. M., Deng, X. W. & Chen, H. (2015). Arabidopsis DET1 represses photomorphogenesis in part by negatively regulating DELLA protein abundance in darkness. Molecular plant, No. 8, pp. 622-630. https://doi.org/10.1016/j.molp.2014.12.017
7. Chebotar, G.O. & Chebotar, S.V. (2011). Gibberellin-signaling pathways in plants. Cytol. Genet., No. 45 (4), pp. 67-78. https://doi.org/10.3103/S0095452711040037
8. Folta, K.M., Pontin, M.A., Karlin-Neumann, G., Bottini, R. & Spalding, E.P. (2003). Genomic and physiological studies of early cryptochrome 1 action demonstrate roles for auxin and gibberellin in the control of hypocotyl growth by blue light. Plant J., No. 36 (2), pp. 203-214. https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.2003.01870.x
9. Yamauchi, Yu., O'Neill, D. & Ogawa, M. (2004). Regulation of gibberellin metabolism by environmental factors in Arabidopsis seed germination: 45 Annual Meeting of the Japanese Society of Plant Physiologists (Tokyo, March 27-29, 2004). Plant and Cell Physiol., No. 46, p 111.
10. Wu, S.H. (2014). Gene expression regulation in photomorphogenesis from the perspective of the central dogma. Annu. Rev. Plant Biol., No. 65, pp. 311-333. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-050213-040337
11. Franklin, K.A. (2016). Photomorphogenesis: plants feel blue in the shade. Curr. Biol., No. 26 (24), pp. 1275-1276. https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.10.039
12. Wang, Q. & Lin, C. (2020). Mechanisms of cryptochrome-mediated photoresponses in plants. Annu. Rev. Plant Biol., No. 71, pp. 103-129. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-050718-100300
13. Kutschera, U. & Briggs, W.R. (2013). Seedling development in buckwheat and the discovery of the photomorphogenic shade-avoidance response. Plant Biol. (Stuttg.), No. 15 (6), pp. 931-940. https://doi.org/10.1111/plb.12077
14. de Wit, M. & Pierik, R. (2016). Photomorphogenesis and Photoreceptors. In: Hikosaka, K., Niinemets, U., Anten, N. (eds) Canopy Photosynthesis: From Basics to Applications. Advances in Photosynthesis and Respiration (Including Bioenergy and Related Processes). Dordrecht: Springer, No. 42, pp. 171-186. https://doi.org/10.1007/978-94-017-7291-4_6
15. Kusnetsov, V.V., Doroshenko, A.S., Kudryakova, N.V. & Danilova, M.N. (2020). Role of phytohormones and light in de-etiolation. Russian Journal of Plant Physiology, No. 67, pp. 971-984. https://doi.org/10.1134/S1021443720060102
16. Wang, J., Yu, Q., Xiong, H., Wang, J., Chen, S., Yang, Z. & Dai, S. (2016). Proteomic Insight into the Response of Arabidopsis Chloroplasts to Darkness. PLoS ONE, No. 11 (5), e0154235. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154235
17. Zoschke, R. & Bock, R. (2018). Chloroplast translation: Structural and functional organization, operational control, and regulation. Plant Cell. No. 30, pp. 745-770. https://doi.org/10.1105/tpc.18.00016
18. Zhang, Zhao, Dongzhe, Sun, Zhang, Yue & Chen, Feng. (2020). Chloroplast morphogenesis in Chromochloris zofingiensis in the dark. Algal Research-Biomass Biofuels and Bioproducts Algal Research., No. 45, p. 101742. https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101742
19. Solymosi, K., Tuba, Z. & Boddi, B. (2013). Desiccoplast-etioplast-chloroplast transformation under rehydration of desiccated poikilochlorophyllous Xerophyta humilis leaves in the dark and upon subsequent illumination. Journal of Plant Physiology, No. 170 (6), pp. 583-590. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2012.11.022
20. Masuda, T. & Fujita, Y. (2008). Regulation and evolution of chlorophyll metabolism. Photochemical & photobiological sciences: Official journal of the European Photochemistry Association and the European Society for Photobiology, No. 7 (10), pp. 1131-1149. https://doi.org/10.1039/b807210h
21. Janeckova, H., Husickova, A., Lazar, D., Ferretti, U., Pospisil, P. & Spundova, M. (2019). Exogenous application of cytokinin during dark senescence eliminates the acceleration of photosystem II impairment caused by chlorophyll b deficiency in barley. Plant Physiology and Biochemistry, No. 136, pp. 43-51. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.01.005
22. Kochubey, S.M., Bondarenko, O.Y. & Shevchenko, V.V. (2014). Photosynthesis. V. 1. The structure and functional peculiarities of light phase of photosynthesis. Kiev: Logos [in Russian].
23. Hedden, P. & Thomas, S.G. (2016). Annual Plant Review. The Gibberellins, 1st Edn. New York: Wiley Blackwell., No. 49, 472 p. https://doi.org/10.1002/9781119210436
24. Kuryata, V. & Poprotska, I. (2022). Physiological and biochemical basics of application of retardants in plant growing. Karlsruhe: ScientificWorld-NetAkhatAV. https://doi.org/10.30890/978-3-949059-42-1.2022
25. AOAC (2010). Official methods of analysis of association of analytical chemist international 18th ed. Rev. 3. Asso of Analytical Chemist. Gaithersburg, Maryland, USA.
26. Komenda, J. & Sobotka, R. (2019). Chlorophyll-binding subunits of photosystem I and II: Biosynthesis, chlorophyll incorporation and assembly. Advances in Botanical Research, No. 91, pp. 195-223. https://doi.org/10.1016/bs.abr.2019.02.001
27. de Carvalho Goncalves, J. F., Marenco, R. A. & Vieira, G. (2001). Concentration of photosynthetic pigments and chlorophyll fluorescence of mahogany and Tonka bean under two light environments. Revista Brasileira de Fisiologia Vegetal, No. 13 (2), pp. 149-157. https://doi.org/10.1590/S0103-31312001000200004
28. Boardman, N. K. (2003). Comparative Photosynthesis of Sun and Shade Plants. Annu. Rev. Plant Physiol., No. 28, pp. 355-377. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.28.060177.002035
29. Skupien, J., Wojtowicz, J., Kowalewska, L., Mazur, R., Garstka, M., Gieczewska, K. & Mostowska, A. (2017). Dark-chilling induces substantial structural changes and modifies galactolipid and carotenoid composition during chloroplast biogenesis in cucumber (Cucumis sativus L.) cotyledons. Plant Physiology and Biochemistry, No. 111, pp. 107-118. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2016.11.022
30. BШddi, B., Lindsten, A. & Sundqvist, C. (1999). Chlorophylls in dark-grown epicotyl and stipula of pea. J. Photochem. Photobiol. B: Biol., No. 48, pp. 11-16. https://doi.org/10.1016/S1011-1344(99)00002-0
31. Kuryata, V., Kuts, B. & Prysedsky, Yu. (2020). Effect of gibberellin on the use of reserve substances deposited in Vicia faba L. seeds at the phase of heterotrophic development under the conditions of photo- and skotomorphogenesis. Biologija, No. 66 (3), pp. 159-167. https://doi.org/10.6001/biologija.v66i3.4311
32. Kuryata, V.G., Kuts, B.O. & Poprotska, I.V. (2021). Effect of tebuconazole on the use of reserve substances deposited in the seed of Vicia faba L. at the heterotrophic phase of development under conditions of photo- and scotomorphogenesis. Fiziol. rast. genet., 53, No. 1, pp. 63-73 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2021.01.063
33. Sun, Jikang, Jia, Hao, Wang, Ping, Zhou, Tao, Wu, Yan & Liu, Zhiming. (2018). Exogenous Gibberellin Weakens Lipid Breakdown by Increasing Soluble Sugars Levels in Early Germination of Zanthoxylum Seeds. Plant Science, No. 280, pp. 155-163. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2018.08.013
34. Kuryata, V.G., Kuts, B.O., Poprotska I.V., Golunova, L.A., Baiurko, N.V., Nikitchenko, L.O. & Frytsiuk, V.A. (2021). Effect of gibberellin and tebuconazole on the use of seed reserve oil by Zea mays L. seedlings under photo- and scotomorphogenesis conditions. Modern Phytomorphology, No. 15, pp. 126-130. https://doi.org/10.5281/zenodo.200121
36. Tremolieres, A. & Mazliak, P. (1967). Biosynthese de d'acide a-linolenique au cours du verdissement des cotyledons etioles de trefle. Compt. Rend. Acad. Sci., No. 265 (10), pp. 1936-1945.