Вплив солоності на водні відносини рослин дикого ячменю, що відрізняються переносимістю солі

Лідія Висоцька

1 Інститут біології Уфімського наукового центру Російської академії наук, пр. Жовтня 69, Уфа 450054, Росія

Пітер Е. Хедлі

2 Відділ досліджень рослин, Відділ екологічної та прикладної біології, Школа наук про життя, Університет Данді при SCRI, Інвергоурі, Данді DD2 5DA, Великобританія

Гузель Шаріпова

1 Інститут біології Уфімського наукового центру Російської академії наук, пр. Жовтня 69, Уфа 450054, Росія

Дмитро Веселов

1 Інститут біології Уфімського наукового центру Російської академії наук, пр. Жовтня 69, Уфа 450054, Росія

Гузель Кудоярова

1 Інститут біології Уфімського наукового центру Російської академії наук, пр. Жовтня 69, Уфа 450054, Росія

Дженніфер Морріс

3 Програма генетики, SCRI, Invergowrie, Dundee DD2 5DA, Великобританія

Хемлін Дж. Джонс

Анотація

Передумови та цілі

Деякі лінії дикого ячменю (Hordeum spontaneum) більш толерантні до засолення, ніж інші. Фізіологічні основи цієї різниці розглядаються у порівняльному дослідженні лінії, стійкої до сольового розчину та непереносимої солі, яка підкреслює відносини води з рослинами.

Методологія

Ефекти від сольової обробки (максимум 75 мМ), що триває від кількох годин до 3 тижнів, були визначені кількісно у 8-денних саджанців чутливої до солі лінії дикого ячменю (Т-1) та менш чутливої до солі лінії ( '20 -45 '). Рослини вирощували в поживній культурі. Визначали рівні мРНК гена HtPIP2; 4 аквапорину (AQP), а також ряд фізіологічних реакцій, включаючи гідравлічну провідність кореня, осмотичний потенціал соку ксилеми кореня, транспірацію, відносний вміст води в листі, вміст води в корені, потенціал води в листі, лист осмоляльність соку, довжина листя, площа листків та вміст хлорофілу.

Основні результати

Обробка солі гальмувала транспірацію та гідравлічну провідність у рослинах, стійких до солі ‘20 -45 ’, ніж у чутливих до солі‘ Т-1 ’. У «20-45» ефект був паралельним швидкому (протягом декількох годин) та стійкому (3 дні) зниженню рівня регулювання аквапорину. У чутливих до солі рослинах «Т-1» зниження регуляції аквапорину затримувалось до 24 годин. Більша толерантність рослин ‘20 -45 ’характеризувалася меншим гальмуванням площі листя, свіжої маси коренів, вмісту води в листі та концентрації хлорофілу. Листяний потенціал води був однаковим в обох лініях.

Висновки

(i) Зниження гідравлічної провідності на оброблених соллю рослинах ячменю є важливим для закриття устьиць; (ii) знижена швидкість транспірації є вигідною для толерантності до солі, принаймні на стадії розсади та (iii) зміни в експресії AQP мають місце в контролі гідропровідності цілої рослини та регулювання відносин води пагонів.

Вступ

Вважається, що в умовах транспірації вода надходить із ґрунту до кореневої ксилеми здебільшого по апопластичному шляху, що рухається гідростатичним градієнтом тиску. Однак ця ситуація змінюється, коли транспірацію обмежують такі стресові умови, як солоність. За цих обставин більша частина води йде по шляху від клітини до клітини, протікаючи через мембрани живих клітин (Steudle, 2000). Недавні результати показують, що на шляху від клітини до клітини більша частина води транспортується аквапоринами (тобто мембранними білками, що утворюють водні канали) (Morillon and Chrispeels, 2001). Аквапорини плазматичної мембрани, що належать до підродини PIP2, є однією з найпоширеніших ізоформ у коренях і виявляють високу активність водних каналів, коли експресуються в гетерологічних клітинах (Chaumont et al., 2000; Javot et al., 2003). Експресія кукурудзи PIP2; 4 аквапорину була виявлена Zhu et al. (2005), щоб реагувати на обробку сіллю.