Стрес-протекторний вплив путресцину і сперміну на рослини пшениці за ґрунтової посухи

Abstract

Кокорев О.І., Шкляревський М.А., Швиденко М.В., Колупаєв Ю.Є. Стрес-протекторний вплив путресцину і сперміну на рослини пшениці за ґрунтової посухи. Поліаміни вважаються мультифункціональними стресовими метаболітами рослин. Добре відома здатність екзогенних поліамінів підвищувати стійкість рослин до несприятливих чинників різної природи. Водночас стрес-протекторні ефекти поліамінів на рівні цілих рослин за умов зневоднення, наближених до природних, досліджені недостатньо. Метою роботи було вивчення впливу фоліарної обробки рослин пшениці путресцином і сперміном на функціонування їх протекторних систем за посухи в умовах лабораторної ґрунтової культури. В експериментах використовували молоді рослини пшениці (Triticum aestivum L.), які піддавали 4-денній посусі з поступовим зменшенням вмісту води у ґрунті до 25% від повної вологоємності. Обприскування рослин путресцином в концентраціях діапазону 0,25-5 мМ істотно зменшувало рістінгібуючий вплив посухи, дія сперміну була менш ефективною, але також вірогідною при P ≤ 0,05. Путресцин істотно зменшував прояв водного дефіциту, спричинюваний посухою. За дії сперміну відзначалася лише тенденція до зниження водного дефіциту листків. Посуха спричиняла ефект окиснювального стресу, що проявлявся у збільшенні у листках вмісту малонового діальдегіду (МДА). За попередньої обробки рослин сперміном зростання вмісту МДА нівелювалося частково, а за дії путресцину – майже повністю. Обробка рослин обома поліамінами у концентраціях 1 і 5 мМ сприяла збереженню пулу хлорофілів і каротиноїдів у листках за стресових умов. При цьому за обробки путресцином і сперміном в умовах посухи зберігалося близьке до звичайного співвідношення хлорофілів a/b. Вміст проліну у листках під впливом посухи істотно зростав. Передобробка 1 і 5 мМ путресцином, а також 5 мМ сперміном зменшувала ефект зростання вмісту проліну у листках, спричинюваний посухою. Водночас обробка рослин обома поліамінами спричиняла накопичення цукрів у листках. Під впливом посухи у листках істотно знижувався вміст антоціанів і флавоноїдів, що поглинають в області УФ-В. Передобробка сперміном дещо пом’якшувала негативний вплив посухи на вміст антоціанів. За дії як путресцину, так і сперміну відзначалася стабілізація вмісту у листках флавоноїдів, що поглинають в УФ-В. Зроблено висновок, що захисний вплив поліамінів на рослини пшениці за умов посухи зумовлений насамперед регуляцією водного обміну та попередженням розвитку окиснювальних пошкоджень.

O.I. Kokorev, M.A. Shkliarevskyi, M.V. Shvydenko, Yu.E. Kolupaev. Stress-protective effect of putrescine and spermine on wheat plants during soil drought. Polyamines are considered multifunctional stress metabolites in plants. The ability of exogenous polyamines to increase plant resistance to adverse factors of various nature is well-known. At the same time, the stress-protective effects of polyamines at the level of whole plants under conditions of dehydration close to natural have not been sufficiently studied. The aim of this work was to study the effect of foliar treatment of wheat plants with solutions of putrescine and spermine on the functioning of their protective systems during drought under laboratory soil culture conditions. In the experiments, we used young wheat plants (Triticum aestivum L.), which were subjected to a 4-day drought with a gradual decrease in the water content in the soil to 25% of the total moisture capacity. Spraying plants with putrescine in a concentration range of 0,25-5 mM significantly reduced the growth-inhibiting effect of drought; the effect of spermine was less effective, but also significant at P ≤ 0,05 (See Fig. 1, 2). Putrescine significantly reduced the manifestation of water deficit caused by drought (See Fig. 3). Under the action of spermine, only a tendency towards a decrease in the water deficit of the leaves was noted. Drought caused the effect of oxidative stress, which was manifested in an increase in the content of malondialdehyde (MDA) in leaves. During the pretreatment of plants with spermine, the increase in the MDA content was partially leveled, and under the action of putrescine it was leveled almost completely (See Fig. 4). Treatment of plants with both polyamines at concentrations of 1 and 5 mM promoted preservation of the pool of chlorophylls and carotenoids in leaves under stress conditions (See Table). Moreover, when plants were treated with putrescine and spermine under drought conditions, a close to usual ratio of chlorophylls a/b was maintained. The proline content in leaves increased significantly under the influence of drought. Pretreatment with 1 and 5 mM putrescine, and 5 mM spermine reduced effect of proline content growth in leaves, caused by drought. At the same time, the treatment of plants with both polyamines caused the accumulation of sugars in the leaves (See Fig. 5). Under the influence of drought, the content of anthocyanins and flavonoids absorbing in the UV-B region significantly decreased in the leaves. Pretreatment with spermine somewhat mitigated the negative effect of drought on the anthocyanin content. Under the action of both putrescine and spermine, the content of flavonoids absorbing in UV-B stabilized in leaves (See Fig. 6). It was concluded that the protective effect of polyamines on wheat plants under drought conditions is primarily due to the regulation of water metabolism and the prevention of oxidative damage.

А.И. Кокорев, М.А. Шкляревский, Н.В. Швиденко, Ю.Е. Колупаев. Стресс-протекторное влияние путресцина и спермина на растения пшеницы при почвенной засухе. Полиамины считаются мультифункциональными стрессовыми метаболитами растений. Хорошо известна способность экзогенных полиаминов повышать устойчивость растений к неблагоприятным факторам различной природы. В то же время стресс-протекторные эффекты полиаминов на уровне целых растений в условиях обезвоживания, приближенных к естественным, исследованы недостаточно. Целью работы было изучение влияния фолиарной обработки растений пшеницы растворами путресцина и спермина на функционирование их протекторных систем при засухе в условиях лабораторной почвенной культуры. В экспериментах использовали молодые растения пшеницы (Triticum aestivum L.), которые подвергали 4-дневной засухе с постепенным уменьшением содержания воды в почве до 25% от полной влагоемкости. Опрыскивание растений путресцином в концентрациях диапазона 0,25-5 мМ существенно уменьшало ростингибирующее влияние засухи, действие спермина было менее эффективным, но также достоверным при P ≤ 0,05. Путресцин существенно уменьшал проявление водного дефицита, вызываемого засухой. При действии спермина отмечалась лишь тенденция к снижению водного дефицита листьев. Засуха вызывала эффект окислительного стресса, который проявлялся в увеличении в листьях содержания малонового диальдегида (МДА). При предварительной обработке растений спермином повышение содержания МДА нивелировалось частично, а при действии путресцина почти полностью. Обработка растений обоими полиаминами в концентрациях 1 и 5 мМ способствовала сохранению пула хлорофиллов и каротиноидов в листьях в стрессовых условиях. Более того, когда растения обрабатывали путресцином и спермином, в условиях засухи соотношение хлорофиллов a/b сохранялось близкое к обычному. Содержание пролина в листьях под влиянием засухи существенно возрастало. Предобработка 1 и 5 мМ путресцином, а также 5 мМ спермином уменьшала эффект увеличения содержания пролина в листьях, вызываемый засухой. В то же время обработка растений обоими полиаминами вызывала накопление сахаров в листьях. Под влиянием засухи в листьях существенно снижалось содержание антоцианов и флавоноидов, поглощающих в области УФ-В. Предобработка спермином несколько смягчала негативное влияние засухи на содержание антоцианов. При действии как путресцина, так и спермина отмечалась стабилизация содержания в листьях флавоноидов, поглощающих в УФ-В. Сделано заключение, что защитное влияние полиаминов на растения пшеницы в условиях засухи обусловлено прежде всего регуляцией водного обмена и предотвращением развития окислительных повреждений.