Участь кремнію в адаптації рослин до несприятливих чинників.

Abstract

Кремній – один із найпоширеніших хімічних елементів земної кори, який, накопичуючись у рослині, відіграє позитивну роль у рості та розвитку за звичайних умов та за дії несприятливих чинників навколишнього середовища. Наведені дані літератури з досліджень транспорту, локалізації та ролі кремнію у рості і розвитку сільськогосподарських культур та дикорослих видів, проведених цитологічними, фізіологічними і молекулярно-біологічними методами. Виявлено, що кремній у рослиній клітині може перебувати у трьох формах: розчинній, зв’язаній із високомолекулярними органічними сполуками, або ж у чистому аморфному чи кристалічному вигляді. Іони кремнію можуть зв’язуватися з білками, амінокислотами, полісахаридами, поліфенолами, ліпідами та іншими речовинами. Показана участь кремнію у механізмах стійкості та пластичності рослин до дії багатьох абіотичних та біотичних факторів. Виявлено, що зростання рослин в умовах посухи та засолення грунтів призводить до активного поглинання коренями кремнію з ґрунту і підвищення його вмісту в листках. Це сприяє зниженню транспірації, збереженню оптимального водного балансу рослини, посиленню фотосинтезу, активації синтезу стресових білків за несприятливих умов. Також кремній спричиняє посилення експресії генів ферментів, задіяних в синтезі осмотично активних речовин та різноманітних вторинних метаболітів з протекторними властивостями. Особливе значення для стійкості рослин має участь кремнію у процесах зміцнення клітинних стінок. Полімеризація кремнієвої кислоти в апопласті призводить до утворення аморфного кремнієвого бар'єру, що перешкоджає проникненню токсичних іонів важких металів та алюмінію. Наголошується на необхідності посилення уваги до вивчення ролі цього елемента в адаптації рослин до несприятливих антропогенних та кліматичних чинників.

Silicon is one of the most common chemical elements of the Earth's crust, which accumulates in the plant, plays a positive role in its growth and development under normal conditions, as well as under the influence of unfavorable environment. Literature data on transport, localization, and role of silicon in growth and development of agricultural crops and wild species, obtained by cytological, physiological, and molecular methods, are presented. It is shown that silicon in plant cells can be in three forms: soluble, associated with high-molecular organic compounds, or in pure amorphous or crystalline form. Silicon ions can bind to proteins, amino acids, polysaccharides, polypheno ls, lipids and other substances. The role of silicon in mechanisms of plant resistance and plasticity to the action of many abiotic and biotic factors was shown. It has been established that plant growth under conditions of drought and soil salinity leads to active absorption of silicon from soil by roots and an increase in its content in leaves. This helps to reduce transpiration, maintain optimal water balance in plant, enhance photosynthesis, and activate the synthesis of stress proteins under adverse conditions. Silicon also leads to increased expression of genes of enzymes involved in synthesis of сosmotically active substances and various secondary metabolites with protective properties. Of particular importance for resistance of plants is the participation of silicon in processes of strengthening cell walls. Polymerization of silicic acid in apoplast leads to the formation of an amorphous silicon barrier, which prevents penetration of toxic heavy metal ions and aluminum. It is emphasized the need for greater attention to the study of this element’s role in adaptation of plants to adverse anthropogenic and climatic influences.

Кремний – один из самых распространенных химических элементов земной коры, который, накапливаясь в растении, играет положительную роль в росте и развитии при обычных условиях и при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды. Приведенные данные литературы по исследованиям транспорта, локализации и роли кремния в росте и развитии сельскохозяйственных культур и дикорастущих видов, проведенных цитологическими, физиологическими и молекулярно-биологическими методами. Показано, что кремний в растениях клетке может находиться в трех формах: растворимой, связанной с высокомолекулярными органическими соединениями, или же в чистом аморфном или кристаллическом виде. Ионы кремния могут связываться с белками, аминокислотами, полисахаридами, полифенолами, липидами и другими веществами. Показана роль кремния в механизмах устойчивости и пластичности растений к действию многих абиотических и биотических факторов. Установлено, что рост растений в условиях засухи и засоления почв приводит к активному поглощению корнями кремния из почвы и повышению его содержания в листьях. Это способствует снижению транспирации, сохранению оптимального водного баланса растения, усилению фотосинтеза, активации синтеза стрессовых белков при неблагоприятных условиях. Также кремний приводит к усилению экспрессии генов ферментов, задействованных в синтезе осмотически активных веществ и различных вторичных метаболитов с протекторными свойствами. Особое значение для устойчивости растений имеет участие кремния в процессах укрепления клеточных стенок. Полимеризация кремниевой кислоты в апопласта приводит к образованию аморфного кремниевого барьера, препятствующего проникновению токсичных ионов тяжелых металлов и алюминия. Подчеркивается необходимость усиления внимания к изучению роли этого элемента в адаптации растений к неблагоприятным антропогенным и климатическим воздействиям.