Разные органы табака по-разному реагируют на стресс

13:48, 4 января 2024

К такому выводу пришли биологи вуза, которые долго «мучили» растение

Результаты работы помогут селекционерам выводить устойчивые сельскохозяйственные культуры. Фото: Анастасия Мавренкова.

Разные органы табака (листья, корни, стебель) по-разному реагируют на стресс, выяснили биологи УрФУ, которые подвергли растение длительному действию ионов меди. Оказалось, что «акклиматизация» корня и стебля к стрессу отличается от реакции листьев. Так, при длительном стрессе у табака усиливается синтез фенилпропаноидных соединений — «кирпичиков» для построения лигнина, что приводит к одревеснению корня и стебля. Корень аккумулирует в себе медь, из-за чего растет сильнее и становится толще и прочнее. По сути, корень становится барьером, который ограничивает транспортировку меди в стебель и листья. Процесс адаптации табака к длительному стрессу ученые описали в International Journal of Molecular Science. Исследование поддержал Российский научный фонд (проект № 22-24-00817).

«Цель нашей работы — определить, какие метаболические и биохимические изменения происходят в разных органах у табака при акклимации к длительному действию ионов меди. Как правило, в лабораториях изучают эффекты кратковременного действия, а в природе растения приспосабливаются к длительному стрессу. Особенность в том, что при, скажем так, коротких стрессовых условиях растения включают одни защитные механизмы, при долговременных — другие. Поэтому мы изучили более поздние реакции растений. Выяснили, как менялся спектр фенольных соединений, которые являются предшественниками лигнина», — рассказывает старший преподаватель кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Анастасия Тугбаева.

Знания о дополнительных механизмах и защитных реакциях при длительном стрессе помогут селекционерам выращивать стойкий картофель, томаты, баклажаны. Это актуально не только для России, но и Бразилии, Чили, Китая, Австралии, где развита горнодобывающая промышленность и распространена загрязненность почв медью. Кроме того, к загрязнению почв медью приводит сельскохозяйственная деятельность — использование фунгицидов на основе меди. Такая проблема актуальна, к примеру, для сельскохозяйственных почв Франции и Италии.

«Результаты нашей работы можно использовать в защите растений и в селекции — мы подтвердили эффективность биохимических маркеров для выявления растений устойчивых к стрессу. Также мы подтвердили универсальность механизма упрочнения (одревеснения) побегов растений в ответ на абиотический стресс», — дополняет доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Александр Ермошин.

Как поясняет биолог, растения часто испытывают стресс. Но в каких-то случаях они задействуют определенные механизмы и выживают либо не адаптируются и погибают.

В эксперименте биологи создали контролируемые стрессовые условия и проследили ответ табака на длительное воздействие медью. Исследовали влияние двух доз ионов меди — 100 и 300 мкм — на табак на протяжении 40 дней. Так, после обработки количество меди в корне увеличилось в 23 и 26 раз соответственно, а в стебле и листьях — незначительно. При дозировке в 100 мкм в стебле и листьях количество меди увеличилось в 2 и 2,8 раз соответственно, а при дозировке в 300 мкм — 3 и 3,5 раз соответственно. При меньшей дозировке растение успешно приспособилось и даже слегка увеличило общую массу: высоту на 16 %, площадь листьев на 13 %. При большей дозировке у табака начал развиваться окислительный стресс, появились негативные явления, к которым растение не смогло приспособиться полностью.

«Исследования влияния различных стрессоров на растения крайне популярны сегодня. Проблемы загрязнения почв и повышение урожайности овощей и фруктов актуально еще и в связи с растущим уровнем населения в мире. Поэтому мы в тренде физиологических исследований», — говорит Александр Ермошин.

Справка

Лигнин — это сложное полимерное соединение, которое содержится в клеточных стенках растений. Например, в коре деревьев содержание лигнина составляет 20–30 %. Благодаря этому деревья поддерживают вертикальное положение и могут эффективно противостоять внешним воздействиям — ветру, осадкам, вредоносным организмам. Табак — травянистое растение. У него усиление одревеснения клеточных стенок корня и стебля происходит в результате стресса.

Анна Маринович, Сергей Лукьянченко