1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология растений
  4. T. 70, № 5, 2023

Физиология растений, 2023, T. 70, № 5, стр. 547-560

Салициловая кислота повышает холодоустойчивость регенерантов Solanum tuberosum, регулируя функционирование антиоксидантной системы

И. Ф. Головацкая a, *, М. К. Кадырбаев a, Е. В. Бойко a, М. В. Филонова a

a Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский Томский государственный университет
Томск, Россия

* E-mail: golovatskaya.irina@mail.ru

Поступила в редакцию 09.01.2023
После доработки 27.01.2023
Принята к публикации 27.01.2023

Аннотация

Изучена роль предстрессовой обработки корней салициловой кислотой (SA) в регуляции морфофизиологических параметров, характеризующих холодоустойчивость растений-регенерантов картофеля (Solanum tuberosum L.). Установлено, что растения картофеля, подвергшиеся воздействию низких положительных температур (4°C, 3 сут), при переносе в благоприятные условия (22°C, 10 сут) не смогли восстановить исходные ростовые параметры (высота растений, площадь листовой поверхности, количество столонов, масса органов) и окислительный статус (интенсивность перекисного окисления липидов) корней и листьев. Кратковременная предварительная обработка корней 0.1 мкМ SA в течение 4 ч минимизировала пагубное воздействие отложенного охлаждения на растения. Обработка SA способствовала восстановлению исходного фенотипа растений после гипотермии, что привело к увеличению параметров роста (количество и площадь поверхности листьев, количество столонов) по сравнению с растениями, подвергшимися гипотермии без обработки SA. Показано, что предварительная обработка SA повышает холодоустойчивость растений картофеля за счет изменения активности антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы и гваякол-зависимой пероксидазы) и уровня неферментативных антиоксидантов (аскорбиновой кислоты, антоцианов, общего количества флавоноидов и фенольных соединений). В зависимости от условий SA изменяет соотношение отдельных флавоноидов в листе. Неоднозначная реакция на холод и обработку SA наблюдалась у двух линий регенерантов картофеля, полученных при микроклонировании in vitro из апикальной и средней части побега растения, что вероятно опосредовано неодинаковым гормональным статусом.

Ключевые слова: Solanum tuberosum, антиоксидантная система, рост, салициловая кислота, холодоустойчивость

Список литературы

  1. Titov A.F., Shibaeva T.G., Ikkonen E.N., Sherudilo E.G. Plant responses to a daily short-term temperature drop: phenomenology and mechanisms // Russ. J. Plant Physiol. 2020. V. 67. P. 1003. https://doi.org/10.1134/S1021443720060187

  2. Ikkonen E.N., Shibaeva T.G., Sherudilo E.G., Titov A.F. Reaction of respiration of winter wheat seedlings to prolonged and short daily decrease in temperature // Russ. J. Plant Physiol. 2020. V. 67. P. 312. https://doi.org/10.31857/S0015330320020062

  3. Liu Y., Sun T., Sun Y., Zhang Y., Radojičić A., Ding Y., Tian H., Huang X., Lan J., Chen S., Orduna A.R., Zhang K., Jetter R., Li X., Zhang Y. Diverse roles of the salicylic acid receptors NPR1 and NPR3/NPR4 in plant immunity // Plant Cell. 2020. V. 32. P. 4002. https://doi.org/10.1105/tpc.20.00499

  4. Kumar D. Salicylic acid signaling in disease resistance // Plant Sci. 2014. V. 228. P. 127. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2014.04.014

  5. Arif Y., Sami F., Siddiqui H., Bajguz A., Hayat S. Salicylic acid in relation to other phytohormones in plant: a study towards physiology and signal transduction under challenging environment // Environ. Exp. Bot. 2020. V. 175. P. 104040. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2020.104040

  6. Сахабутдинова А.Р., Фатхутдинова Д.Р., Шакирова Ф.М. Влияние салициловой кислоты на активность антиоксидантных ферментов у пшеницы в условиях засоления // Прикладная биохимия и микробиология. 2004. Т. 40. С. 579.

  7. Фенько А.А., Репкина Н.С., Таланова В.В. Влияние салициловой кислоты на холодоустойчивость проростков огурца // Труды Карельского научного центра РАН. № 1. 2015. С. 26. https://doi.org/10.17076/eb188

  8. Fariduddin Q., Hayat S., Ahmad A. Salicylic acid influences net photosynthetic rate, carboxylation efficiency, nitrate reductase activity, and seed yield in Brassica juncea // Photosynthetica. 2003. V. 41. P. 281. https://doi.org/10.1023/B:PHOT.0000011962.05991.6c

  9. Zafar Z., Rasheed F., Atif R.M., Javed M.A., Maqsood M., Gailing O. Foliar application of salicylic acid improves water stress tolerance in Conocarpus erectus L. and Populus deltoids L. saplings: evidence from morphological, physiological, and biochemical changes // Plants (Basel). 2021. V. 10. P. 1242. https://doi.org/10.3390/plants10061242

  10. Kadyrbaev M.K., Golovatskaya I.F., Satkanov M.Zh. Features of regenerants morphogenesis and metabolism in vitro, obtained from different fragments of potato shoots // Tomsk State University Journal of Biology. 2021. №. 55. P. 114.https://doi.org/10.17223/19988591/55/7

  11. Buege J.A., Aust S.D. Microsomal lipid peroxidation // Methods Enzymol. 1978. V. 52. P. 302. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(78)52032-6

  12. Bates L.S., Waldran R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water stress studies // Plant Soil. 1973. V. 39. P. 205. https://doi.org/10.1007/BF00018060

  13. Hewitt E.J., Dickes G.J. Spectrophotometric measurements on ascorbic acid and their use for the estimation of ascorbic acid and dehydroascorbic acid in plant tissue // Biochem J. 1961. V. 78. P. 384. https://doi.org/10.1042/bj0780384

  14. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes // Methods Enzymol. 1987. V. 148. P. 350. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1

  15. Mancinelli A.L., Hoff A.M., Cottrell M. Anthocyanin production in chl-rich and chl-poor seedlings // Plant Physiol. 1988. V. 86. P. 652. https://doi.org/10.1104/pp.86.3.652

  16. Ломбоева С.С., Танхаева Л.М., Оленников Д.Н. Методика количественного определения суммарного содержания флавоноидов в надземной части ортилии однобокой (Orthilia secunda (L.) House) // Химия растительного сырья. 2008. № 2. С. 65.

  17. Зимина Л.Н., Куркин В.А., Рыжов В.М. Исследование флавоноидного состава травы зверобоя пятнистого методом высокоэффективной жидкостной хроматографии // Медицинский альманах. 2012. Т. 2. С. 227.

  18. Zagoskina N.V., Dubravina G.A., Alyavina A.K., Goncharuk E.A. Effect of ultraviolet (UV-B) radiation on the formation and localization of phenolic compounds in tea plant callus cultures // Russ. J. Plant Physiol. 2003. V. 50. P. 270. https://doi.org/10.1023/A:1022945819389

  19. Beauchamp Ch., Fridovich I. Superoxide dismutase improved assays and an assay applicable to acrylamide gels // Anal Biochem. 1971. V. 44. P. 276. https://doi.org/10.1016/0003-2697(71)90370-8

  20. Shevyakova N.I., Stetsenko L.A., Meshcheryakov A.B., Kuznetsov Vl.V. The activity of the peroxidase system in the course of stress-induced CAM development // Russ. J. Plant Physiol. 2002. V. 49. P. 598. https://doi.org/10.1023/A:1020224531599

  21. Esen A. A simple method for quantitative, semiquantitative, and qualitative assay of protein // Anal Biochem. 1978. V. 89. P. 264. https://doi.org/10.1016/0003-2697(78)90749-2

  22. Singh R., Singh S., Parihar P., Mishra R.K., Tripathi D.K., Singh V.P., Chauhanm D.K., Prasad S.M. Reactive oxygen species (ROS): beneficial companions of plants’ developmental processes // Front Plant Sci. 2016. V. 7. P. 1299. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01299

  23. Skyba M., Petijová L., Košuth J., Koleva D.P., Ganeva T.G., Kapchina-Toteva V.M., Cellárová E. Oxidative stress and antioxidant response in Hypericum perforatum L. plants subjected to low temperature treatment // J. Plant Physiol. 2012. V. 169. P. 955. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2012.02.017

  24. Eom S.H., Ahn M.A., Kim E., Lee H.J., Lee J.H., Wi S.H., Kim S.K., Lim H.B., Hyun T.K. Plant response to cold stress: cold stress changes antioxidant metabolism in heading type kimchi cabbage (Brassica rapa L. ssp. Pekinensis) // Antioxidants (Basel). 2022. V. 11. P. 700. https://doi.org/10.3390/antiox11040700

  25. Ogorodnova U.A., Akhmetov A.M., Shakirova F.M., Timofeeva O.A. Changes in hormonal status and expression of lectin genes in wheat seedlings treated with stevioside and exposed to low above-zero temperatures // Russ. J. Plant Physiol. 2020. V. 67. P. 259. https://doi.org/10.1134/S1021443720010136

  26. Huang H., Ullah F., Zhou D.X., Yi M., Zhao Y. Mechanisms of ROS regulation of plant development and stress responses // Front. Plant Sci. 2019. V. 25. P. 800. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00800

  27. Jaspers P., Kangasjärvi J. Reactive oxygen species in abiotic stress signaling // Physiol. Plant. 2010. V. 138. P. 405. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2009.01321.x

  28. Iqbal N., Fatma M., Gautam H., Sehar Z., Rasheed F., Iqbal M., Khan R., Sofo A., Khan N.A. Salicylic acid increases photosynthesis of drought grown mustard plants effectively with sufficient-N via regulation of ethylene, abscisic acid, and nitrogen-use efficiency // J. Plant Growth Regul. 2022. V. 41. P. 1966. https://doi.org/10.1007/s00344-021-10565-2

  29. Khan M.I.R., Fatma M., Per T.S., Anjum N.A., Khan N.A. Salicylic acid – induced abiotic stress tolerance and underlying mechanisms in plants // Front. Plant Sci. 2015. V. 6. P. 462. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00462

  30. Prodhan M.Y., Munemasa S., Nahar M.N.-E.N., Nakamura Y., Murata Y. Guard cell salicylic acid signaling is integrated into abscisic acid signaling via the Ca2+/CPK-dependent pathway // Plant Physiol. 2018. V. 178. P. 441. https://doi.org/10.1104/pp.18.00321

  31. Szalai G., Pál M., Janda T. Abscisic acid may alter the salicylic acid-related abiotic stress response in maize // Acta Biol. Szeged. 2011. V. 55. P. 155.

  32. Dugas A.J., Castañeda-Acosta Jr.J., Bonin G.C., Price K.L., Fischer N.H., Winston G.W. Evaluation of the total peroxyl radical-scavenging capacity of flavonoids:  structure−activity relationships // J. Nat Prod. 2000. V. 63. P. 327. https://doi.org/10.1021/np990352n

  33. Cai W., Chen Y., Xie L., Zhang H., Hou C. Characterization and density functional theory study of the antioxidant activity of quercetin and its sugar‑containing analogues // Eur. Food Res. Technol. 2014. V. 238. P. 121. https://doi.org/10.1007/s00217-013-2091-x

  34. Kuznetsov V.V., Shevyakova N.I. Proline under stress: biological role, metabolism, and regulation // Russ. J. Plant Physiol. 1999. V. 46. P. 274.

  35. Naraikina N.V., Pchelkin V.P., Tsydendambaev V.D., Trunova T.I. Changes in fatty acid composition and lipid content of potato leaves during low temperature hardening: role of δ12-acyl-lipid desaturase // Russ. J. Plant Physiol. 2020. V. 67. P. 267. https://doi.org/10.1134/S1021443720020119

  36. Butsanets P.A., Shugaeva N.A., Shugaev A.G. Effect of melatonin and salicylic acid on ROS generation by mitochondria of lupine seedlings // Russ. J. Plant Physiol. 2021. V. 68. P. 745. https://doi.org/10.1134/S1021443721040038

  37. Ignatenko A.A., Talanova V.V., Repkina N.S., Titov A.F. Effect of salicylic acid on antioxidant enzymes and cold tolerance of cucumber plants // Russ. J. Plant Physiol. 2021. V. 68. P. 491. https://doi.org/10.1134/S1021443721020059

  38. Gunes A., Inal A., Alpaslan M., Eraslan F., Bagci E.G., Cicek N. Salicylic acid induced changes on some physiological parameters symptomatic for oxidative stress and mineral nutrition in maize (Zea mays L.) grown under salinity // J. Plant Physiol. 2007. V. 164. P. 728. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2005.12.009

  39. Rao M.V., Paliyath G., Ormrod D.P., Murr D.P., Watkins C.B. Influence of salicylic acid on H2O2 production, oxidative stress, and H2O2-metabolizing enzymes (salicylic acid-mediated oxidative damage requires H2O2) // Plant Physiol. 1997. V. 115. P. 137. https://doi.org/10.1104/pp.115.1.137

  40. Vicente M. R.-S., Plasencia J. Salicylic acid beyond defence: its role in plant growth and development // J. Exp. Bot. 2011. V. 62. P. 3321. https://doi.org/10.1093/jxb/err031

  41. Jia X., Wang L., Zhao H., Zhang Y., Chen Z., Xu L., Yi K. The origin and evolution of salicylic acid signaling and biosynthesis in plants // Molecular Plant. 2023. V. 16. P. 245. https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.12.002

  42. Hayat S., Hayat Q., Alyemeni M.N., Wani A.S., Pichtel J., Ahmad A. Role of proline under changing environments: a review // Plant Signal Behav. 2012. V. 7. P. 1456. https://doi.org/10.4161/psb.21949

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология растений

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал