АГРОНОМИЯ

К.М. Кулдошова

А.А. Ахунов, доктор биологических наук, профессор

Н.Р. Хашимова, доктор биологических наук

Д.Т. Бабаева, кандидат биологических наук

М.И. Нурматова

Институт биоорганической химии имени академика А.С. Садыкова АН РУз

100125, Республика Узбекистан, г.Ташкент, просп. Мирзо Улугбека, 83

E-mail: zarabarlos90@bk.ru

УДК 577.124.5:633.511

DOI:10.30850/vrsn/2021/5/57-60

ВЛИЯНИЕ АБК И ИУК НА СОДЕРЖАНИЕ РЕДУЦИРУЮЩИХ САХАРОВ

И ЭНДОГЕННЫХ ФИТОГОРМОНОВ В ХЛОПЧАТНИКЕ ПРИ ЗАСОЛЕНИИ

В статье приведены результаты исследования влияния экзогенных фитогормонов АБК и ИУК на содержание редуцирующих са-

харов и эндогенных фитогормонов в проростках хлопчатника сортов Порлок-4 и Равнак-1. Экзогенные фитогормоны (АБК

и ИУК) способны заметно изменять уровень устойчивости хлопчатника к неблагоприятным факторам среды. Действие

АБК повышает устойчивость хлопчатника к засолению. Биотехнологический сорт Равнак-1 проявил чувствительность

к длительному воздействию засоления. В комплексе с фитогормонами в растениях увеличивается содержание редуцирующих

сахаров и эндогенных фитогормонов в зависимости от продолжительности солевого стресса. У сорта Порлок-4 под воздей-

ствием засоления содержание редуцирующих сахаров и эндогенных фитогормонов повышалось незначительно, в силу заложенной

способности сорта к адаптации. Проведенные исследования позволяют заключить, что фитогормоны активно вовлекаются

в процессы формирования устойчивости хлопчатника к действию неблагоприятных факторов среды абиотической природы.

Ключевые слова: хлопчатник, засоление, редуцирующиe сахара, фитогормоны, абсцизовая кислота, индолилуксусная кислота.

K.M. Kuldoshova

A.A. Akhunov, Grand PhD in Biological sciences, Professor

N.R. Khashimova, Grand PhD in Biological sciences

D.T. Babaeva, PhD in Biological sciences

M.I. Nurmatova

A.S. Sadykov Institute of Bioorganic chemistry

100125, Republica Uzbekistan, g. Tashkent, prosp. Mirzo Ulugbeka, 83

E-mail: zarabarlos90@bk.ru

THE EFFECT OF ABA AND IAA PHYTOHORMONES

ON THE REDUCING SUGARS AND ENDOGENOUS PHYTOHORMONES CONTENT

OF COTTON PLANT UNDER SALIFICATION

This article investigates the effect of exogenous phytohormones ABA and IAA on the content of reducing sugars and endogenous phytohor-

mones in cotton seedlings of varieties Porlok-4, obtained on the basis of gene knockout technology and a marker of associated breeding -

Ravnak-1. Exogenous phytohormones (ABA and IAA) can significantly change the level of cotton resistance to unfavorable environmental

factors. Under the action of exogenous ABA causes an increase of cotton resistance to salinity. Biotechnological cotton variety Ravnak-1

showed sensitivity to prolonged exposure to salinity in combination with phytohormones, increasing the content of reducing sugars and

endogenous phytohormones, depending on the duration of salt stress. In the Porlok-4 variety, under the influence of salinity, the content

of reducing sugars and endogenous phytohormones had an insignificant increase, due to the inherent adaptive capacity of the variety. The

conducted studies allow us to conclude that phytohormones are actively involved in the formation of cotton resistance to the action of unfa-

vorable environmental factors of an abiotic nature.

Key words: cotton, salinization, reducing sugars, phytohormones, abscisic acid, indoleacetic acid.

АГРОНОМИЯ

Фитогормоны - важные компоненты регулятор-

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ной системы хлопчатника. Они играют ключевую

роль не только в ростовых и морфогенетических

Объект исследования

- биотехнологические

процессах, но и адаптивных реакциях, связанных

сорта хлопчатника, выведенные методами - ген-

с влиянием неблагоприятных факторов. Стрессовые

накаут (Порлок-4) и МАС (маркер ассоциированная

гормоны могут регулировать ответ растительных

селекция) Равнак-1.

клеток на широкий спектр негативных воздей-

Семена хлопчатника, предоставленные Центром

ствий. [5] Эндогенные сигнальные молекулы абсци-

геномики и биоинформатики Академии Наук Ре-

зовой кислоты (АБК) помогают растениям выживать

спублики Узбекистан, обрабатывали концентри-

в неблагоприятных условиях окружающей среды,

рованной серной кислотой, промывали под струей

таких как солевой стресс и засуха. [11] АБК спо-

холодной воды, затем заворачивали в бумажные

собствует биосинтезу сахаров в растениях при аби-

рулоны, помещали в сосуды с водой и проращивали

отическом стрессе и повышению их устойчивости

в течение семи суток. Проростки помещали отдельно

к аномальным условиям роста. [9] Уровни глюкозы

в растворы АБК, ИУК концентрацией 10^-7 М. Соле-

и фруктозы повышаются при дефиците воды, что

вой стресс имитировали 1%-м раствором NaCl (172

сопровождается повышенной активностью вакуо-

мМ), 4%-м (688 мМ) совместно с фитогормонами.

лярной инвертазы, а экспрессия гена фермента ин-

Экспозиция - 1 ч и 24 ч. Контрольные проростки

вертазы (IVR2) усиливается при участии АБК. [13]

помещали в воду.

Фарук и Бано отмечают, что АБК регулирует нако-

Содержание редуцирующих сахаров определяли

пление растворимых сахаров, модулируя активность

методом Шомоди-Нельсона [1]. АБК и ИУК из про-

фермента амилазы в условиях стресса. [7]

ростков выделяли по схеме: разрушение клеточных

Индолилуксусная кислота (ИУК) влияет на рост

стенок жидким азотом → экстракция метанолом →

и развитие растений, способствует формированию

очистка полученного экстракта от сопутствующих

сосудистой ткани, удлинению клеток, органогенезу

соединений → выпаривание под вакуумом (40^оС) до

и апикальному доминированию из-за максималь-

водного остатка, который подкисляли 2Н H₂SO₄, pH -

ного накопления ауксина. [10] Информации об

3…3,5 → фиксирование экстракта серным эфиром -

участии ИУК в механизме регуляции при солевом

четырехкратно →упаривание объединенных получен-

стрессе у растений недостаточно.

ных эфирных фракций под вакуумом (30^оС) досуха.

Важная адаптивная реакция растений при засо-

Количественный анализ фитогормонов АБК

лении - накопление неорганических и органических

и ИУК проводили методом высокоэффективной

осмолитов, способствующих поддержанию тургора,

жидкостной хроматографии в Agilent technologies

предотвращающих инактивацию ферментов и по-

1200. Колонку 250 x 4,6 мм сильного анионита

вреждение клеточных мембран и органелл. [4, 8]

(сферические частицы 5 мкм от Adsorbosphere SAX,

Углеводы служат основным дыхательным суб-

Alltech Associates) использовали для следующего

стратом, формой запасания и транспорта углерода,

этапа очистки. Образцы (35 %) растворяли в аце-

обусловливают устойчивость растений к неблаго-

тонитриле, 65 % - в 0,1%-й фосфорной кислоте.

приятным условиям.

Детектор УФ-поглощения с фиксированной длиной

Редуцирующие сахара предотвращают поврежде-

волны модели 440 Waters (254 нм) для обнаружения

ния, которые могут быть вызваны засухой и действи-

АБК и ИУК был соединен последовательно.

ем солей. Увеличивая стабильность мембраны, РНК,

ДНК, рибосом, они функционируют в качестве сиг-

РЕЗУЛЬТАТЫ

нальных молекул, контролируя метаболизм, рост, раз-

витие и устойчивость растений. [12]

Фитогормоны АБК и ИУК способствовали на-

Цель работы - выявление роли фитогормонов

коплению редуцирующих сахаров в сортах хлоп-

в ответных реакциях различных сортов хлопчатника

чатника Порлок-4 и Равнак-1 при продолжительном

на начальных этапах действия засоления.

воздействии солевого стресса (см. рисунок). У Пор-

1 час экспозиции

24 час экспозиции

2,5

1,5

Порлок-4

0,5

Равнак-1

Содержание редуцирующих сахаров в семисуточных проростках хлопчатника Порлок-4 и Равнак-1

при комплексном воздействии фитогормонов и солевого стресса.

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 5-2021

АГРОНОМИЯ

Влияние экзогенных фитогормонов на содержание эндогенных

У хлопчатника сорта Равнак-1 максимальное

в семисуточных проростках хлопчатника

содержание AБK после часа стресса обнаружено при

сортов Порлок-4 и Равнак-1 при засолении

действии 1%-м NaСl и 4%-м NaСl + ИУК, которое

превышало значение контроля в 1,9 и 1,0 раза, после

Порлок-4

Равнак-1

Вариант опыта

24 ч (1%-й NaСl + ИУК, 4%-й NaСl и 4%-й NaСl +

1 ч

24 ч

1 ч

24 ч

ИУК) - в 1,6, 1,3 и 1,5 раза соответственно.

0,2133

0,2892

0,9456

1,0065

Количество ИУК через час опыта (1%-й NaСl)

Kонтроль

0,2023

0,2920

0,4768

0,4361

увеличилось в 1,3 раза по сравнению с контролем,

0,2324

0,6227

1,8449

0,5507

24 ч (4%-й NaСl + ИУК) - 1,9 раза.

1%-й NaCl

0,1952

0,5503

0,6109

0,3180

В растениях при действии дефецита влаги, засоле-

0,3707

0,3752

0,6773

0,7240

ния, низких и высоких температур, тяжелых металлов

1%-й NaCl + AБK

0,2590

0,1999

0,2363

0,2250

повышается содержание эндогенной АБК. Установ-

0,215

0,3500

0,5147

1,5952

лена связь между ее количеством и формированием

1%-й NaCl + ИУК

0,1750

0,200

0,2299

0,5306

устойчивости растений к стрессорам. [3]

0,4118

0,3713

0,6971

1,3218

Накопление фитогормонов в проростках хлоп-

4%-й NaCl

0,300

0,2094

0,1997

0,5084

чатника при засолении было временным. По-

видимому, АБК способна влиять на экспрессию

0,3072

0,5322

0,900

1,0131

4%-й NaCl + AБK

0,2330

0,1361

0,255

0,3558

генетических программ в клетках и индуцировать

деятельность генов, контролирующих синтез белков,

0,1780

0,225

1,0024

1,5046

4%-й NaCl + ИУК

имеющих значение для формирования устойчиво-

0,1550

0,1100

0,3062

0,8660

сти. Изменение баланса фитогормонов в сторону

Примечание. Верхняя строка - содержание АБК,

снижения уровня стимуляторов (ИУК) и накопле-

нижняя - ИУК, мкг/г сырой массы.

ния ингибиторов (АБК) в более поздние периоды

адаптации также имеет важное значение, посколь-

лок-4 через час воздействия 4%-м NaСl их количе-

ку приводит к торможению ростовых процессов,

ство было в 3,6 раза больше, 1%-м NaСl совмест-

в результате чего энергетические и пластические

но с ИУК - в 2,8 раза по сравнению с контролем.

ресурсы не тратятся на рост, а направляются на

На 24 ч экспозиции в вариантах с 1%-м NaСl и 1%-м

поддержание структур клетки в неблагоприятных

NaСl+АБК содержание редуцирующих сахаров воз-

условиях. [5]

росло в 3,9 и 3,4 раза соответственно.

Таким образом, сорт хлопчатника Равнак-1 чув-

У сорта Равнак-1 через час воздействия

ствителен к засолению. В комплексе с фитогормонами

1%-м NaСl и 1%-м NaСl+АБК значения содержа-

в растениях увеличивается содержание редуцирующих

ния сахаров превышали контроль в 1,9 и 1,3 раза

сахаров и эндогенных фитогормонов в зависимости от

соответственно, 24 ч (1%-й NaСl+ИУК и 4%-й

продолжительности солевого стресса.

NaСl+АБК) - 2,6 и 2,3 раза соответственно.

Сорт Порлок-4 - солеустойчивый. Под воздей-

Накопившиеся в цитоплазме органические со-

ствием засоления содержание редуцирующих сахаров

единения, например, растворимые углеводы и про-

и эндогенных фитогормонов в растениях повышалось

лин, в отличие от одновалентных ионов, не оказывая

незначительно из-за заложенной способности сорта

отрицательного действия на мембраны и ферменты,

к адаптации.

уравновешивают осмотический потенциал в вакуолях

растений. [2]

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

Определили влияние АБК и ИУК на содержание

1. Варфоломеева, С.Д. Методы изучения и свойства цел-

эндогенных фитогормонов в условиях засоления

люлозолитических ферментов. Итоги науки и техники,

(см. таблицу).

серия биотехнология. - М., 1990. - Т. 25. - 150 с.

Формирование устойчивости растений к дей-

2. Кафи, М. Содержание углеводов и пролина в листьях,

ствию стресс-факторов представляет собой слож-

корнях и апексах сортов пшеницы, устойчивых и чув-

ный, многокомпонентный процесс, включающий

ствительных к засолению / М. Кафи, В.С. Стюарт,

в себя как специфические, так и общие реакции.

А.М. Борланд. // Физиология растений. - 2003. -

К числу последних относят, в частности, изменение

Т. 50. - С. 174-182, 321-336.

количества отдельных фитогормонов и их баланса.

3. Колупаев, Ю.Е. Активные формы кислорода, антиок-

Чаще всего под влиянием стрессоров в тканях расте-

сиданты и устойчивость растений к действию стрес-

ний снижается содержание гормонов, стимулирую-

соров / Ю.Е. Колупаев, Ю.В. Карпец. - Киев: Логос,

щих рост и развитие (ауксины, гиббереллины, цитоки-

2019. - 277 с.

нины) и повышается концентрация гормонов - инги-

4. Кузнецов, В.В. Пролин при стрессе: биологическая роль,

биторов роста (АБК, этилен, жасмоновая кислота). [6]

метаболизм, регуляция / В.В. Кузнецов, Н.И. Шевякова.

У сорта Порлок-4 самое высокое содержание

// Физиология растений. - 1999. - Т. 46. - С. 321-336.

фитогормона AБK после часа экспозиции наблю-

5. Таланова, В.В. Фитогормоны как регуляторы устойчи-

дали при действии 1%-м NaСl + ABK и 4%-м NaСl,

вости растений к неблагоприятным факторам среды:

превышающее значение контроля в 1,7 и 1,9 раза

автореф. дис…. д. б. н. - Петрозаводск, 2009. - 44 c.

соответственно, через 24 ч (1%-й NaСl и 4%-й NaСl +

6. Титов, А.Ф. Устойчивость растений и фитогормоны /

AБK) - в 2,2 и 1,8 раза соответственно.

А.Ф. Титов, В.В. Таланова. - Петрозаводск, 2009. - 206 с.

Максимальное количество фитогормона ИУК вы-

7. Farooq, U. Effect of abscisic acid and chlorocholine chloride

явлено после часа воздействия стресса (4%-й NaСl)

on nodulation and biochemical content of Vigna radiate L. un-

у сорта Порлок-4, превысившее в 1,5 раза контроль,

der water stress / U. Farooq, A. Bano. // Pak. J. Bot. - 2006. -

через 24 ч (1%-й NaСl) - 1,9 раза.

№ 38. - P. 1511-1518.

АГРОНОМИЯ

8. Hare, P.D. Dissecting the role of osmolyte accumula-

4. Kuznetsov, V.V. Prolin pri stresse: biologicheskaya rol’,

tion during stress / P.D. Hare, W.A. Cress, van Staden. //

metabolism, regulyatsiya / V.V. Kuznetsov, N.I. Shevy-

J. Plant Cell Environ. - 1998. - V. 21. - P. 535-553.

akova. // Fiziologiya rasteniya. - 1999. - Т. 46. -

9. Karimi, R. Role of exogenous abscisic acid in adapting of

S. 321-336.

‘Sultana’grapevine to low-temperature stress / R. Karimi,

5. Talanova, V.V. Fitogormony kak regulyatory ustoychivosti

A. Ershadi. // Acta Physiol. Plant. - 2015. - № 37. -

rastenij k neblagopriyatnym faktoram sredy: avtoref. dis….

P. 151.

d.b.n. - Petrozavodsk, 2009. - 44 s.

10. Lau, S. The evolving complexity of the auxin pathway / S. Lau,

6. Titov, A.F. Ustoychivost’ rastenij i fitogormony / A.F. Ti-

G. Jurgens, I. De Smet. // Plant Cell. - 2008. - V. 20. -

tov, V.V. Talanova. - Petrozavodsk, 2009. - 206 s.

P. 1738-1746.

7. Farooq, U. Effect of abscisic acid and chlorocholine chlo-

11. Raghavendra, A.S. ABA perception and signalling

ride on nodulation and biochemical content of Vigna ra-

A.S. Raghavendra, V.K. Gonugunta, A. Christmann,

diate L. under water stress / U. Farooq, A. Bano. // Pak.

E. Grill. // Trends Plant Sci. - 2010. - V. 15. - Р. 395-401.

J. Bot. - 2006. - № 38. - P. 1511-1518.

12. Rolland, F. Sugar sensing and signaling in plants: conserved

8. Hare, P.D. Dissecting the role of osmolyte accumula-

and novel mechanisms / F. Rolland, B. Gonzelez, J. Sheen. //

tion during stress / P.D. Hare, W.A. Cress, van Staden. //

Ann. Rev. Plant Biol. - 2006. - V. 57. - P. 675-709.

J. Plant Cell Environ. - 1998. - V. 21. - P. 535-553.

13. Trouverie, J. Regulation of vacuolar invertase by abscisic acid

9. Karimi, R. Role of exogenous abscisic acid in adapting of ‘Sul-

or glucose in leaves and roots from maize plantlets / J. Trou-

tana’grapevine to low-temperature stress / R. Karimi, A. Er-

verie, S. Chateau-Joubert, C. Thevenot et al. // Planta. -

shadi. // Acta Physiol. Plant. - 2015. - № 37. - P. 151.

2004. - V. 219. - P. 894-905.

10. Lau, S. The evolving complexity of the auxin pathway /

S. Lau, G. Jurgens, I. De Smet. // Plant Cell. - 2008. -

LIST OF SOURCES

V. 20. - P. 1738-1746.

1. Varfolomeeva, S.D. Metody izucheniya i svoystva

11. Raghavendra, A.S. ABA perception and signalling

cellyulozoliticheskix fermentov. Itogi nauki i texniki, seriya

A.S. Raghavendra, V.K. Gonugunta, A. Christmann, E. Grill. //

biotexnologiya. - M., 1990. - T. 25. - 150 s.

Trends Plant Sci. - 2010. - V. 15. - Р. 395-401.

2. Kafi, M. Soderjanii uglevodov I prolina v listyax, kornyax I

12. Rolland, F. Sugar sensing and signaling in plants: conserved

apeksax sortov pshenitsy, ustoychivyx b chuvstvitel’nyx k zaso-

and novel mechanisms / F. Rolland, B. Gonzelez, J. Sheen. //

leniyu / M. Kafi, V.S. Styuart, A.M. Borland. // Fiziologiya

Ann. Rev. Plant Biol. - 2006. - V. 57. - P. 675-709.

rasteniya. - 2003. - Т. 50. - S. 174-182.

13. Trouverie, J. Regulation of vacuolar invertase by abscisic acid

3. Kolupayev, Yu.E. Aktivniye formy kisloroda, antioksidanyy

or glucose in leaves and roots from maize plantlets / J. Trou-

I ustoychivost’ rasteniy k deystviyu stressorov / Yu.E. Kolu-

verie, S. Chateau-Joubert, C. Thevenot et al. // Planta. -

payev, Yu.V. Karpets. - Kiev: Logos. - 2019. - 277 s.

2004. - V. 219. - P. 894-905.

ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ НАУКИ • № 5-2021