Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L.
Методом лазерно-конфокальної мiкроскопiї вперше дослiджено розподiл та змiни вiдносного вмiсту Ca²^+ у клiтинних оболонках епiдерми та органелах клiтин мезофiлу листкiв Sium latifolium на стадiї бутонiзацiї та плодоношення. Встановлено, що вiдносний вмiст Ca²^+ у клiтинах змiнюється залежно вiд стад...
Збережено в:
| Дата: | 2010 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19768 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. / О.М. Недуха // Доп. НАН України. — 2010. — № 3. — С. 175-179. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-19768 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-197682011-05-13T12:04:13Z Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. Недуха, О.М. Біологія Методом лазерно-конфокальної мiкроскопiї вперше дослiджено розподiл та змiни вiдносного вмiсту Ca²^+ у клiтинних оболонках епiдерми та органелах клiтин мезофiлу листкiв Sium latifolium на стадiї бутонiзацiї та плодоношення. Встановлено, що вiдносний вмiст Ca²^+ у клiтинах змiнюється залежно вiд стадiї розвитку рослин та умов їх зростання. За помiрного водного дефiциту на стадiї бутонiзацiї рослин вмiст Ca²^+ збiльшується в хлоропластах i ядрах мезофiлу та клiтинних оболонках верхньої епiдерми, а на стадiї плодоношення — знижується в хлоропластах i цитоплазмi клiтин мезофiлу та клiтинних оболонках епiдерми. Зроблено припущення, що змiни вiдносного вмiсту Ca²^+ у клiтинах листкiв вiдiграють iстотну роль у адаптацiї рослин веху до помiрного водного дефiциту. The distribution and relative content of Ca²^+ in organelles, cytoplasm, cell walls of mesophyll, and cell walls of epidermis of Sium latifolium on the stages of flowering and seedling are first investigated. It is established that the relative content of ions Ca²^+ in cells is changed according to the growth stage and environmental conditions of plant. Moderate water deficit leads to an increase of the Ca²^+ content in chloroplasts and nuclei of mesophyll and in cell walls of adaxial epidermis of plants that were in the flowering stage. In the seedling stage, the water deficit leads to a decrease of the Ca²^+ content in chloroplasts and in cytoplasm of mesophyll cells and in cell walls of epidermis. The change of the calcium content in cells of S. latifolium leaves can help the essential role in adaptation of S. latifolium plant to moderate water deficit. 2010 Article Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. / О.М. Недуха // Доп. НАН України. — 2010. — № 3. — С. 175-179. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19768 576.31:582.536 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Біологія Біологія |
| spellingShingle |
Біологія Біологія Недуха, О.М. Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. Доповіді НАН України |
| description |
Методом лазерно-конфокальної мiкроскопiї вперше дослiджено розподiл та змiни вiдносного вмiсту Ca²^+ у клiтинних оболонках епiдерми та органелах клiтин мезофiлу листкiв Sium latifolium на стадiї бутонiзацiї та плодоношення. Встановлено, що вiдносний вмiст Ca²^+ у клiтинах змiнюється залежно вiд стадiї розвитку рослин та умов їх зростання. За помiрного водного дефiциту на стадiї бутонiзацiї рослин вмiст Ca²^+ збiльшується в хлоропластах i ядрах мезофiлу та клiтинних оболонках верхньої епiдерми, а на стадiї плодоношення — знижується в хлоропластах i цитоплазмi клiтин мезофiлу та клiтинних оболонках епiдерми. Зроблено припущення, що змiни вiдносного вмiсту Ca²^+ у клiтинах листкiв вiдiграють iстотну роль у адаптацiї рослин веху до помiрного водного дефiциту. |
| format |
Article |
| author |
Недуха, О.М. |
| author_facet |
Недуха, О.М. |
| author_sort |
Недуха, О.М. |
| title |
Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. |
| title_short |
Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. |
| title_full |
Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. |
| title_fullStr |
Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. |
| title_full_unstemmed |
Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. |
| title_sort |
ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків sium latifolium l. |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Біологія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19768 |
| citation_txt |
Ефекти дії помірного водного дефіциту на вміст іонів кальцію в клітинах листків Sium latifolium L. / О.М. Недуха // Доп. НАН України. — 2010. — № 3. — С. 175-179. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT neduhaom efektidíípomírnogovodnogodefícitunavmístíonívkalʹcíûvklítinahlistkívsiumlatifoliuml |
| first_indexed |
2025-07-02T20:36:09Z |
| last_indexed |
2025-07-02T20:36:09Z |
| _version_ |
1836568878708162560 |
| fulltext |
УДК 576.31:582.536
© 2010
О.М. Недуха
Ефекти дiї помiрного водного дефiциту на вмiст iонiв
кальцiю в клiтинах листкiв Sium latifolium L.
(Представлено академiком НАН України Р.М. Ситником)
Методом лазерно-конфокальної мiкроскопiї вперше дослiджено розподiл та змiни вiд-
носного вмiсту Ca
2+ у клiтинних оболонках епiдерми та органелах клiтин мезофiлу
листкiв Sium latifolium на стадiї бутонiзацiї та плодоношення. Встановлено, що вiдно-
сний вмiст Ca
2+ у клiтинах змiнюється залежно вiд стадiї розвитку рослин та умов
їх зростання. За помiрного водного дефiциту на стадiї бутонiзацiї рослин вмiст Ca
2+
збiльшується в хлоропластах i ядрах мезофiлу та клiтинних оболонках верхньої епi-
дерми, а на стадiї плодоношення — знижується в хлоропластах i цитоплазмi клiтин
мезофiлу та клiтинних оболонках епiдерми. Зроблено припущення, що змiни вiдносного
вмiсту Ca
2+ у клiтинах листкiв вiдiграють iстотну роль у адаптацiї рослин веху до
помiрного водного дефiциту.
Дослiдження впливу помiрного водного дефiциту на рiст та розвиток рослин у природних
умовах показали прискорення росту, змiни гормонального комплексу, вмiсту пiгментiв, а та-
кож ультраструктури клiтин листкiв Alisma plantago-aquatica [1, 2]. Вiдомо, що Ca
2+ бере
участь у багатьох процесах, в яких Са-залежнi бiлки активуються чи iнгiбуються залежно
вiд вмiсту цитоплазматичного кальцiю ([Ca2+]с) [3–5]. Це вiдбувається завдяки здатностi
Ca
2+ координувати численнi зв’язки з доменами бiлкiв та змiнювати їх конформацiю [3].
Ми припустили, що в рослинах, адаптованих до природного водного дефiциту, мають мiсце
певнi змiни вмiсту та розподiлу Ca
2+ на рiвнi органел та клiтинних оболонок залежно вiд
стадiї онтогенезу рослин.
У даному повiдомленнi наведено результати вивчення розподiлу Ca
2+ та здiйснено їх
кiлькiсну оцiнку в клiтинах листкiв веху широколистого (Sium latifolium L.), який зростав
за умов рiзного водозабезпечення.
Методи. Визначення локалiзацiї та вiдносного вмiсту Ca
2+ у листкових пластинках
повiтряно-водних та суходiльних рослин веху широколистого проводили цитохiмiчним ме-
тодом за Такахашi [6] з використанням ацетоксиметилефiрної похiдної флуоресцентного
барвника Fluo-4. Рослини повiтряно-водної форми зростали на рiчцi Псьол (м. Велика Ба-
гачка Полтавської обл.), рослини суходiльної форми — у прибережнiй смузi, де вологiсть
грунту була вдвiчi нижча, нiж у грунтi, на якому зростали повiтряно-воднi рослини. Лис-
тки збирали на стадiї бутонiзацiї та початку плодоношення. З кожної рослини брали третiй
листок. Усього використано по шiсть рослин повiтряно-водної та суходiльної форм веху
широколистого. Локалiзацiю Ca
2+ визначали в конфокальному лазерному сканувальному
мiкроскопi LSM 5 Pascal (“Сarl Zeiss”, Нiмеччина) при довжинi хвилi збудження 494 нм та
довжинi хвилi емiсiї 516 нм. Для iдентифiкацiї ядер, фарбованих DAPI [7], та хлоропластiв
використовували почергово iншi два лазерних канали: канал при довжинi хвилi збудження
405 нм i хвилi емiсiї 461 нм (для люмiнесценцiї ДНК ядер) та канал при довжинi хвилi
збудження 520 нм i хвилi емiсiї 662 нм (для автолюмiнесценцiї хлорофiлiв). Iнтенсивнiсть
флуоресценцiї комплексу Fluo-4—кальцiй визначали в 30 клiтинах палiсадної паренхiми
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №3 175
Рис. 1. Клітини епідерми (а, б, д, є–з) та мезофілу (в, г, е, и) листків повітряно-водних (а–г, ж, и) та суходільних
(д, е, є, з) рослин Sium latifolium після інкубації в розчині Fluo-4 (комплекс Fluo-4—кальцій флуоресціює зеленим
кольором) та після інкубації в розчині DAPI (г, ж, и) (ДНК ядер флуоресціює блакитним кольором),
автофлуоресценція хлорофілу має червоний колір (г, и). Об’ємне (3-D) зображення клітин мезофілу. з' та и' —
гістограми інтенсивності флуоресценції комплексу Fluo-4—кальцій у клітинах епідерми та мезофілу. По гори-
зонталі — відстань (мкм), яка була просканована, позначена білою стрілкою на рисунках ж, з та и, по вер-
тикалі — інтенсивність флуоресценції комплексу Fluo-4—кальцій, ум. од. Масштаб — 50 мкм
а
50 μm
г
є ж
ж'
з'
д е
б в
50 μm 50 μm
50 μm
з
и'
и
Рис. 2. Вiдносний вмiст Ca
2+ у клiтинних оболонках верхньої (в) та нижньої (н) епiдерми листкiв повi-
тряно-водних та суходiльних рослин Sium latifolium на стадiї бутонiзацiї (а) та початку плодоношення (б ).
1 — зовнiшня оболонка основних клiтин епiдерми; 2 — антиклiнальна оболонка; 3 — оболонки замикальних
клiтин продихiв
та 30 клiтинах верхньої та нижньої епiдерми з кожного листка з використанням програм-
ного забезпечення Pascal. Вмiст пiгментiв у листках обчислювали спектрофотометричним
методом за формулами Робелена та Ветштейна [8].
Результати дослiдження та їх обговорення. Стадiя бутонiзацiї. Мiкроскопi-
чний аналiз флуоресценцiї Ca
2+ у листках S. latifolium повiтряно-водних рослин показав
наявнiсть зеленої флуоресценцiї комплексу Fluo-4—кальцiй у оболонках клiтин верхньої
та нижньої епiдерми (рис. 1, а, б ), у хлоропластах, ядрах, цитоплазмi клiтин мезофiлу
(див. рис. 1, в). При iдентифiкацiї ядер та хлоропластiв з використанням вiдповiдних ла-
зерних каналiв ДНК ядер флуоресцiювала блакитним кольором, хлоропласти — червоним
(див. рис. 1, г), а при використаннi каналу для комплексу Fluo-4—кальцiй цi органели флу-
оресцiювали зеленим кольором (див. рис. 1, в), що свiдчило про присутнiсть в них Ca
2+.
За даними аналiзу флуоресценцiї комплексу Fluo-4 — кальцiй у листках веху суходiльної
форми, зелена флуоресценцiя в клiтинних оболонках верхньої та нижньої епiдерми, а та-
кож в органелах клiтин мезофiлу iдентична такiй у листках повiтряно-водної форми веху
(див. рис. 1, д, е).
Використання програмного забезпечення Pascal дало можливiсть виявити залежнiсть
вмiсту Ca
2+ в органелах клiтин листкiв веху вiд умов зростання рослини. Рiвень iнтенсив-
ностi флуоресценцiї Ca2+ у клiтинних структурах наведено на рис. 1, ж′, з′, 2, а, 3, а. По-
мiрний водний дефiцит на стадiї бутонiзацiї викликав змiни вiдносного вмiсту Ca
2+. У зов-
нiшнiх оболонках епiдермальних клiтин, антиклiнальних оболонках та оболонках замикаль-
них клiтин продихiв верхньої епiдерми вiдмiчено збiльшення iнтенсивностi флуоресценцiї
комплексу Fluo-4—кальцiй на 89, 136 та 143% вiдповiдно порiвняно з повiтряно-водними
рослинами (див. рис. 2, а). В оболонках нижньої епiдерми виявлено зниження iнтенсив-
ностi флуоресценцiї Ca2+, зокрема в антиклiнальних оболонках та оболонках замикальних
клiтин продихiв — на 45 та 50% вiдповiдно (див. рис. 2, а). У клiтинах палiсадної парен-
хiми мезофiлу вiдносний вмiст Ca
2+ збiльшився: у хлоропластах на 48%, у ядрах на 55%
(див. рис. 3, а).
176 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №3
Рис. 3. Вiдносний вмiст Ca
2+ в хлоропластах (Хл), цитоплазмi (Цит), клiтинних оболонках (Об) та ядрах
(Яд) клiтин мезофiлу листкiв повiтряно-водних та суходiльних рослин Sium latifolium на стадiї бутонiзацiї
(а) та початку плодоношення (б )
За результатами визначення вмiсту пiгментiв у листках веху на стадiї бутонiзацiї вста-
новлено, що вмiст суми хлорофiлiв (а+b) був вищим у листках суходiльної форми, (2,098±
± 0,19) мг/г сирої маси, порiвняно з листками повiтряно-водної форми, (0,842 ± 0,06) мг/г
сирої маси.
Стадiя плодоношення. Лазерно-конфокальна мiкроскопiя локалiзацiї Ca
2+ в клi-
тинах листкiв веху показала наявнiсть зеленої флуоресценцiї комплексу Fluo-4—кальцiй
в оболонках клiтин епiдерми (див. рис. 1, є) та в органелах i оболонках клiтин мезофi-
лу листкiв обох екологiчних форм веху аналогiчно флуоресценцiї Ca
2+ у клiтинах лис-
ткiв на стадiї бутонiзацiї. Рiвень iнтенсивностi флуоресценцiї Ca2+ наведено на рис. 1, и′,
рис. 2, б та 3, б. За умов помiрного водного дефiциту на стадiї плодоношення веху суходiль-
ного виявлено достовiрно менший вiдносний вмiст Ca
2+ у клiтинних оболонках верхньої
та нижньої епiдерми листкiв (див. рис. 2, б ) порiвняно з таким у епiдермi листкiв повi-
тряно-водних рослин. Крiм того, у хлоропластах мезофiлу листкiв суходiльних рослин за
помiрного водного дефiциту вмiст Ca
2+ знижувався на 31%, а в ядрах цих клiтин — нав-
паки, збiльшувався майже на 50 % (див. рис. 3, б ). Порiвняльний аналiз вмiсту хлорофiлiв
у листках веху на стадiї плодоношення та стадiї бутонiзацiї виявив iстотнi вiдмiнностi. На
стадiї плодоношення вмiст пiгментiв у листках суходiльних рослин зменшився порiвняно
з таким на стадiї бутонiзацiї на 87% i становив (1,838 ± 0,09) мг/г сирої маси, а в листках
повiтряно-водних рослин — збiльшився майже втричi i становив (2,587 ± 0,17) мг/г сирої
маси.
Таким чином, згiдно з даними флуоресцентних дослiджень, Ca
2+ є чутливим iоном,
вiдносний вмiст якого в органелах мезофiлу та клiтинних оболонках епiдерми змiнюється
в процесi розвитку рослин (вiд стадiї бутонiзацiї до початку плодоношення) та залежить вiд
екологiчної форми рослини. Вiдомо, що синтез хлорофiлу є Са-залежним процесом [9, 10].
У фотосинтезуючих клiтинах Ca
2+активує НАД-кiназу, ферменти циклу Кальвiна та бе-
руть участь у репарацiї реакцiйних центрiв ФС II [10, 11]. Враховуючи цi данi та результати
наших експериментiв, можна припустити, що зниження вмiсту пiгментiв у листках веху при
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №3 177
дiї помiрного водного дефiциту на стадiї плодоношення є наслiдком зниження чи поруше-
ння транспорту Ca
2+ у хлоропласти.
Виявлене збiльшення вiдносного вмiсту Ca
2+ у клiтинних оболонках верхньої епiдерми
листкiв веху широколистого за умов водного дефiциту є iстотним (див. рис. 2, а). Ранiше
встановлено, що в суходiльних рослин веху на стадiї бутонiзацiї активнiсть гваякол-перо-
ксидази збiльшується в 1,4 раза, а вмiст лiгнiну — удвiчi порiвняно з повiтряно-водною
формою [12]. Iони кальцiю, як вiдомо, стабiлiзують не тiльки структурованiсть пектину
клiтинних оболонок, а й з’єднують молекули лiгнiну з молекулами гемiцелюлоз [13]. На
пiдставi цих даних та одержаних нами результатiв можна припустити, що збiльшення вмi-
сту Ca
2+ у клiтинних оболонках верхньої епiдерми призводить до їх лiгнiфiкацiї за умов
природного водного дефiциту вже на стадiї бутонiзацiї веху.
Дiя водного дефiциту викликала достовiрне збiльшення вiдносного вмiсту Ca
2+ у ядрах
мезофiлу листкiв веху. Вiдомо, що при дiї посухи Ca
2+ у ядрах клiтин дiє як сигнал екс-
пресiї Ca2+-залежних протеїнкiназ та бiлкiв, якi мають захисну функцiю [14]. Ми можемо
говорити, що змiни вiдносного вмiсту Ca
2+ в ядрах мезофiлу допомагають надземним ор-
ганам рослин веху адаптуватись до помiрного водного дефiциту.
1. Кордюм Е.Л., Сытник К.М., Бараненко В. В. и др. Клеточные механизмы адаптации растений к
неблагоприятным воздействиям экологических факторов в естественных условиях. – Киев: Наук.
думка, 2003. – 277 с.
2. Веденичева Н.П., Генералова В.Н., Мусатенко Л.И., Сытник К.М. Гормональный комплекс частухи
подорожниковой, адаптированной к разным условиям водного режима // Доп. НАН України. – 1995. –
№ 12. – С. 100–102.
3. Bush D. S. Calcium regulation in plant cells and its role in signaling // Annu. Rev. Plant Physiol. Рlant
Mol. Biology. – 1995. – 46. – P. 95–122.
4. Sanders D., Brownlee C., Harper J. F. Communication with calcium // Plant Cell. – 1999. – 11. – P. 691–
706.
5. Knight H. Calcium signaling during abiotic stress in plants // Int. Rev. Cytol. – 2000. – 195. – P. 269–324.
6. Takahashi A., Camacho P., Lechleiter J. D., Herman B. Measurement of intracellular calcium // Physiol.
Rev. – 1999. – 79, No 4. – P. 1089–1125.
7. Coleman A.W., Maguire M. J., Coleman J. R. Mythramycin- and 4,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)–
DNA staining for fluorescence microspectrophotometric measurement of DNA in nuclei, plastids, and virus
particles // J. Histochem. and Cytochem. – 1981. – 29, No 8. – P. 959–968.
8. Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. –
Москва: Высш шк., 1975. – 390 с.
9. Sai J., Johnson C.H. Dark-stimulated calcium ion in the chloroplast stroma and cytosol // Plant Cell. –
2002. – 14. – P. 1279–1291.
10. Charles S.A., Halliwell B. Action of calcium ions on Spinacia oleracea chloroplast fructose biphosphatase
and other enzymes of Calvin cycle // Biochem. J. – 1980. – 188, No 3. – P. 775–779.
11. Grove G.N., Brudvig G.W. Calcium binding studies of photosystem II using a calcium-selective electrode //
Biochemistry. – 1998. – 37. – P. 1532–1539.
12. Nedukha O.M. The influence of water deficit on the structural and functional organization of Sium latifolium
leaf cells // Adv. Agr. Sci. Probl. Issues. – 2006. – Issue 509. – P. 75–86.
13. Jarvis M.C. The proportion of calcium-bounded pectin in plant cell walls // Planta. – 1982. – 154. –
P. 344–346.
14. Knight H., Trewavas A. J., Knight M.R. Calcium signaling in Arabidopsis thaliana responding to drought
and salinity // Plant J. – 1997. – 12. – P. 1067–1078.
Надiйшло до редакцiї 06.07.2009Iнститут ботанiки iм. М. Г. Холодного
НАН України, Київ
178 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №3
O.M. Nedukha
Effects of the action of moderate water deficit on the ions calcium
content in Sium latifolium L. leaf cells
The distribution and relative content of Ca
2+ in organelles, cytoplasm, cell walls of mesophyll,
and cell walls of epidermis of Sium latifolium on the stages of flowering and seedling are first
investigated. It is established that the relative content of ions Ca
2+ in cells is changed according to
the growth stage and environmental conditions of plant. Moderate water deficit leads to an increase
of the Ca
2+ content in chloroplasts and nuclei of mesophyll and in cell walls of adaxial epidermis of
plants that were in the flowering stage. In the seedling stage, the water deficit leads to a decrease of
the Ca
2+ content in chloroplasts and in cytoplasm of mesophyll cells and in cell walls of epidermis.
The change of the calcium content in cells of S. latifolium leaves can help the essential role in
adaptation of S. latifolium plant to moderate water deficit.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №3 179
|