Загартування рослин короткочасною дією високих температур: особливості передачі сигналу і фізіологічної відповіді.

Abstract

Дисертація присвячена вивченню фізіологічних механізмів процесу теплового загартування рослин після короткочасного впливу на них гіпертермії (сублетальні температури). На прикладі трьох таксономічно віддалених видів вищих рослин – Pinus sylvestris L., Triticum aestivum L., Cucumis sativus L. – показано ідентичний фазний характер змін теплостійкості і вмісту пероксидів у тканинах після короткочасного впливу сублетальної температури. Тимчасове зростання вмісту пероксидів в тканинах після короткочасного загартовуючого нагрівання необхідне для подальшого формування теплостійкості рослин. Обробка рослинних об’єктів антиоксидантом іонолом нівелювала зростання вмісту пероксидів і розвиток теплостійкості. З використанням блокатора кальцієвих каналів показана залежність посилення нагромадження пероксидів, спричинюваного загартовуючим прогрівом, від кальцієвого статусу рослинних клітин. Методом інгібіторного аналізу продемонстровано значення системи біосинтезу білків у формуванні теплостійкості рослин внаслідок короткочасної дії сублетальної температури. Після короткочасної дії загартовуючої температури відбувалося підвищення активності і термостабільності антиоксидантних ферментів (супероксиддисмутази, каталази і пероксидази). Дані ефекти усувалися обробкою рослинних об’єктів інгібітором біосинтезу білка та антиоксидантом. Зроблено висновок, що короткочасний (однохвилинний) вплив сублетальних температур після певного лаг-періоду викликає підвищення теплостійкості рослин, при цьому передача сигналу гіпертермії включає зміни про-/антиоксидантного балансу у рослинних тканинах, а формування теплостійкості відбувається за участю білоксинтезуючої системи

Диссертация посвящена изучению физиологических механизмов процесса теплового закаливания растений после кратковременного влияния на них гипертермии (сублетальные температуры). На примере трех таксономически отдаленных видов высших растений – Pinus sylvestris L., Triticum aestivum L., Cucumis sativus L. – показан идентичный фазный характер изменений теплоустойчивости и содержания пероксидов в тканях после кратковременного влияния сублетальной температуры. Временное повышение содержания пероксидов в тканях после кратковременного закаливающего прогрева необходимо для последующего формирования теплоустойчивости растений. Обработка растительных объектов антиоксидантом ионолом нивелировала увеличение содержания пероксидов и развитие теплоустойчивости. С использованием блокатора кальциевых каналов показана зависимость усиления накопления пероксидов, вызываемого закаливающим прогревом, от кальциевого статуса растительных клеток. Методом ингибиторного анализа продемонстрировано значение системы биосинтеза белков в формировании теплоустойчивости растений в результате кратковременного воздействия сублетальной температуры. После кратковременного воздействия закаливающей температуры происходило повышение активности и термостабильности антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы и пероксидазы). Данные эффекты устранялись обработкой растительных объектов ингибитором биосинтеза белка и антиоксидантом. Сделан вывод, что кратковременное (одноминутное) влияние сублетальных температур после определенного лаг-периода вызывает повышение теплоустойчивости растений, при этом передача сигнала гипертермии включает изменения про-/антиоксидантного баланса в растительных тканях, а формирование теплоустойчивости происходит с участием белоксинтезирующей системы.

The thesis is devoted to studying the physiological mechanisms of process of heat hardening of plants after the short-term influence of hyperthermia (sublethal temperatures) on them. The importance of shifts of pro-/antioxidative balance as the possible element of signal transduction of short-term hardening action of high temperatures and the participation of protein biosynthesis system in the realization of effect of heat resistance increase of plants have been researched. On the example of three taxonomicly remote species of higher plants – Pinus sylvestris L., Triticum aestivum L., Cucumis sativus L. – the identical phase character of change of heat resistance and peroxides content in tissues after the short-term influence of sublethal temperature is shown. Within 0,25-1 hour after hardening heating the increase of peroxides content and decrease of heat resistance was observed, in the further (1-24 hours) the reductions of peroxides amount and growth of heat resistance occurred. After that (24-48 hours) the gradual increase of peroxides content up to the values of control (without hardening) variant and the stabilization of heat resistance or the tendency to its decrease (effect of unhardening) took place. Temporary increase of peroxides content in tissues after the short-term hardening heating is necessary for the following formation of plants heat resistance. The treatment of plant objects with antioxidant ionol leveled the increase of peroxides content and the development of heat resistance. The dependence of intensifying of peroxides accumulation, caused by hardening heating, on the calcium status of plant cells is shown with use the blocker of calcium channels. The importance of system of protein biosynthesis in formation of plants heat resistance after the short-term action of sublethal temperature is proved by the method of inhibitory analysis. The increase of activity of antioxidative enzymes (superoxide dismutase, catalase and peroxidase) was registered after the hardening influence of high temperature. At the same time, the increase of thermostability of these enzymes, especially within 24 hours after the action of hyperthermia, was observed. The effect of increase of activity and thermostability of antioxidative enzymes was removed by the inhibitor of protein biosynthesis cycloheximide that testifies to probable synthesis of these enzymes at the action of hardening temperatures on plants. Reactive oxygen species, obviously, are the messengers in the induction of synthesis of more thermostable isoforms of antioxidative enzymes as the increase of activity and thermostability of superoxide dismutase, catalase and peroxidase was levelled by the treatment of plant objects with antioxidant. It is shown, that the oxidative damages of plants, which were registered by the content of product of lipid peroxidation (malonic dialdehyde), after the action of damaging heating were more significant in not hardened plants in comparison with experimental plants which were subjected to preliminary one-minute hardening action of high temperatures. It is drawn a conclusion, that the short-term influence of sublethal temperatures after the certain lag period causes the increase of plants heat resistance, thus the signal transduction of hyperthermia includes the changes of pro-/antioxidative balance in plant tissues, and the formation of heat resistance occurs at the participation of protein synthesis system and is accompanied by the intensifying of functioning of enzymatic antioxidants.