1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология растений
  4. T. 70, № 6, 2023

Физиология растений, 2023, T. 70, № 6, стр. 659-669

Сравнительная оценка ионообменных свойств полимерного матрикса клеточных стенок галофита и гликофита из семейства Amaranthaceae-Chenopodiaceae

Н. Р. Мейчик a, *, Ю. И. Николаева a, М. А. Кушунина a

a Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет
Москва, Россия

* E-mail: meychik@mail.ru

Поступила в редакцию 04.04.2023
После доработки 17.04.2023
Принята к публикации 17.04.2023

Аннотация

Исследованы ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок, которые были выделены из листьев 55-дневных растений Spinacia oleracea L. сорта Матадор, выращенных на питательном растворе в присутствии 0.5, 150 и 250 мМ NaCl и листьев растений Suaeda altissima (L.) Pall того же возраста, которые росли в присутствии 0.5, 250 и 750 мМ NaCl. Ионообменная способность клеточных стенок оценена при разных значениях рН и ионной силы раствора. Получены данные о существовании в структуре клеточной стенки листьев трех типов катионообменных групп: двух карбоксильных, первая из которых принадлежит остатку галактуроновой кислоты, и фенольных ОН-групп. Определено количество групп каждого типа и константы их ионизации и показано, что качественный состав ионообменных групп в клеточных стенках листьев этих растений одинаков и не зависит от условий питания. Однако в зависимости от концентрации соли в среде выращивания в клеточных стенках и гликофита, и галофита изменяется количество карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты. Отмечено, что такое изменение в составе функциональных групп полимеров клеточной стенки у галофита выражено более ярко и, вероятно, является одной из ответных реакций этих растений на засоление. Показано, что резкое повышение концентрации NaCl в среде приводит к снижению рН в экстраклеточном водном пространстве вследствие реакций обмена между ионами натрия, поступающими из внешнего раствора, и протонами карбоксильных групп клеточных стенок. Результаты проанализированы с точки зрения участия клеточных стенок листьев в ответных реакциях на засоление.

Ключевые слова: Spinacia oleracea, Suaeda altissima, засоление, ионообменные свойства, клеточная стенка, листья, сведа, шпинат

Список литературы

  1. Aleman F., Nieves-Cordones M., Martınez V., Rubio F. Potassium/sodium steady-state homeostasis in Thellungiella halophila and Arabidopsis thaliana under long-term salinity conditions // Plant Sci. 2009. V. 176. P. 768. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2009.02.020

  2. Ghars M.A., Parre E., Debez A., Bordenave M., Richard L., Leport L., Bouchereau A., Savoureґ A., Abdelly C. Comparative salt tolerance analysis between Arabidopsis thaliana and Thellungiella halophila, with special emphasis on K+/Na+ selectivity and proline accumulation // J. Plant Physiol. 2008. V. 165. P. 588. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2007.05.014

  3. Møller I.S., Tester M. Salinity tolerance of Arabidopsis: a good model for cereals? // Trends Plant Sci. 2007. V. 12. P. 534. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2007.09.009

  4. Tester M., Danenport R. Na+ tolerance and Na+ transport in higher plants // Ann. Bot. 2003. V. 91. P. 503. https://doi.org/10.1093/aob/mcg058

  5. White P.J., Broadley M.R. Chloride in soils and its uptake and movement within the plant // Ann. Bot. 2001. V. 88. P. 967. https://doi.org/10.1006/anbo.2001.1540

  6. Balnokin Y.V., Kotov A.A., Myasoedov N.A., Khailova G.F., Kurkova E.B., Lun’kov R.V., Kotova L.M. Involvement of long-distance Na+ transport in maintaining water potential gradient in the medium-root-leaf system of a halophyte Suaeda altissima // Russ. J. Plant Physiol. 2005. V. 52. P. 489. https://doi.org/10.1007/s11183-005-0072-z

  7. Balnokin Y.V., Myasoedov N.A., Shamsutdinov Z.Sh., Shamsutdinov N.Z. Significance of Na+ and K+ for sustained hydration of organ tissues in ecologically distinct halophytes of the family Chenopodiaceae // Russ. J. Plant Physiol. 2005. V. 52. P. 779. https://doi.org/10.1007/s11183-005-0115-5

  8. Liang W., Ma X., Wan P., Liu L. Plant salt-tolerance mechanism: A review // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2018. V. 495. P. 286. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2017.11.043

  9. Blumwald E. Sodium transport and salt tolerance in plants // Cur. Opinion Cell Biol. 2000. V. 12. P. 431. https://doi.org/10.1016/s0955-0674(00)00112-5

  10. Zhu J.-K. Plant salt tolerance // Trends Plant Sci. 2001. V. 6. P. 66. https://doi.org/10.1016/s1360-1385(00)01838-0

  11. Yeo A.R. Molecular biology of salt tolerance in the context of whole-plant physiology // J. Exp. Bot. 1998. V. 49. P. 915. https://doi.org/10.1093/jxb/49.323.915

  12. Bigot J., Binet P. Exchange capacity and parietal cation selectivity isolated from the roots of Cochleria anglica and Phaseolus vulgaris grown in media of different salinities // Can. J. Bot. 1986. V. 64. P. 955.

  13. Meychik N.R., Nikolaeva J.I., Yermakov I.P. Ion exchange properties of the root cell walls isolated from halophyte plants (Suaeda altissima L.) grown under conditions of different salinity // Plant Soil. 2005. V. 277. P. 163. https://doi.org/10.1023/A:1017936318435

  14. Meychik N.R., Nikolaeva Yu.I., Yermakov I.P. Ion-exchange properties of cell walls of Spinacia oleracea L. roots under different environmental salt conditions // Biochem. (Moscow). 2006. V. 71. P. 781. https://doi.org/10.1134/s000629790607011x

  15. Meychik N., Nikolaeva Yu., Kushunina M. The significance of ion exchange properties of plant root cell walls for nutrient and water uptake by plants // Plant Physiol. Biochem. 2021. V. 166. P. 140. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.05.048

  16. Robinson S.P., Dountov S.D. Potassium, sodium and chloride concentrations in leaves and isolated chloroplasts of the halophyte Suaeda australis R. // Aust. J. Plant Physiol. 1985. V. 12. P. 471.

  17. Meychik N.R., Yermakov I.P. Ion exchange properties of plant root cell walls // Plant Soil. 2001. V. 234. P. 181. https://doi.org/10.1023/A:1017936318435

  18. Meychik N.R., Yermakov I.P. A new approach to the investigation on the ionogenic groups of root cell walls // Plant Soil. 1999. V. 217. P. 257. https://doi.org/10.1023/A:1004675309128

  19. Gregor H.P., Luttinger L.D., Loeble E.M. Titration polyacrylic acid with quaternary ammonium bases // J. Amer. Chem. Soc. 1954. V. 76. P. 5879.

  20. Houston K., Tucker M.R., Chowdhury J., Shirley N., Little A. The plant cell wall: a complex and dynamic structure as revealed by the responses of genes under stress conditions // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 984. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00984

  21. Meychik N.R., Nikolaeva Yu.I., Yermakov I.P. Physiological response of halophyte (Suaeda altissima (L.) Pall.) and glycophyte (Spinacia oleracea L.) to salinity // Am. J. Plant Sci. 2013. V. 4. P. 427. https://doi.org/10.4236/ajps.2013.42A055

  22. Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. San Diego: Academic Press, 1995. P. 862.

  23. Yan J., Liu Y., Yang L., He H., Huang Y., Fang L., Vibe Scheller H., Jiang M., Zhang A. Cell wall β-1,4-galactan regulated by the BPC1/BPC2-GALS1 module aggravates salt sensitivity in Arabidopsis thaliana // Mol. Plant. 2021. V. 14. P. 411. https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.11.023

  24. Gigli-Bisceglia N., van Zelm E., Huo W., Lamers J., Testerink C. Arabidopsis root responses to salinity depend on pectin modification and cell wall sensing // Development. 2022. V. 149. dev200363. https://doi.org/10.1242/dev.200363

  25. Freundling C., Starrach N., Flach D., Gradmann D., Mayer W.-E. Cell walls as reservoirs of potassium ions for reversible volume changes of pulvinar motor cells during rhythmic leaf movements // Planta. 1988. V. 175. P. 193.

  26. Starrach N., Flach D., Mayer W.-E. Activity of fixed negative charges of isolated extensor cell walls of the laminar pulvinus of primary leaves of Phaseolus // J. Plant Physiol. 1985. V. 120. P. 441.

  27. Гельферих Ф. Иониты. Москва: Издательство Иностранной Литературы, 1962. 490 с.

  28. Richter C., Dainty J. Ion behavior in plant cell walls. Characterization of the Sphagnum russowii cell wall ion exchanger // Can. J. Bot. 1989. V. 67. P. 451.

  29. Либинсон Г.С. Физико-химические свойства карбоксильных катионитов. Москва: Наука, 1968. 182 с.

  30. Шатаева Л.А., Кузнецова Н.Н., Елькин Г.Е. Карбоксильные иониты в биологии. Ленинград: Наука, 1979. 286 с.

  31. Qiu Q.S., Barkla B.J., Vera-Estrella R., Zhu J.K., Schumaker K.S. Na+/H+ exchange activity in the plasma membrane of Arabidopsis // Plant Physiol. 2003. V. 132. P. 1041. https://doi.org/10.1104/pp.102.010421

  32. Amtmann A., Jelitto T.C., Sanders D. K+-selective inward-rectifying channel and apoplastic pH in barley roots // J. Plant Physiol. 1999. V. 119. P. 331.

  33. Yan F., Feuerle R., Schäffer S., Fortmeier H., Schubert S. Adaptation of active proton pumping and plasmalemma ATPase activity of corn roots to low root medium pH // J. Plant Physiol. 1998. V. 117. P. 311.

  34. Niu X., Narasimhan M.L., Salzman R.A., Bressan R.A., Hasegawa P.M. NaCl regulation of plasma membrane H+-ATPase gene expression in a glycophyte and a halophyte // J. Plant Physiol. 1993. V. 103. P. 713.

  35. Janicka-Russak M., Kabała K. The role of plasma membrane H+-ATPase in salinity stress of plants // Progress in Botany. Vol. 76 / Eds. U. Lüttge, W. Beyschlag. Springer. 2015. P. 77. https://doi.org/10.1007/978-3-319-08807-5_3

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология растений

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал