Растительные гормоны защитили картофель от стресса во время холодов
© ТГУ
Ученые из Томского государственного университета показали, что растительные гормоны — мелатонин и индолил-3-уксусная кислота (гетероауксин, ИУК) — защищают картофель от стресса, вызванного холодом. Обработка этими гормонами, которые выполняют роль антиоксидантов, улучшает рост картофеля и его метаболическую активность, что может быть полезно в сельском хозяйстве. Исследование опубликовано в журнале Potato Research.
Картофель — одна из важнейших сельскохозяйственных культур. Главный стрессовый фактор для картофеля — холод: скорость его роста и урожайность резко падают при температуре ниже 15°C. При этом периодические спады температуры для этого растения страшны не так, как длительное снижение температуры ниже 10°C, поскольку в первом случае негативное влияние холода компенсируется при потеплении. При долгих низких положительных температурах у растений замедляется метаболизм. Также в клетках возникает окислительный стресс, который негативно влияет на рост и развитие картофеля.
– Полученные данные проливают свет на множественное влияние триптофан-производных гормонов на устойчивость растений к абиотическому стрессу. Полученные результаты могут представлять интерес для агропрактики, а именно, для предупреждения повреждений растений от действия низких температур. Предварительная обработка экзогенными регуляторами роста повышает холодоустойчивость растений. – говорит автор статьи, Ирина Головацкая, д-р биол. наук, профессор каф. физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики
Российские ученые выяснили, что картофель можно защитить от стресса во время холодов с помощью обработки растительными гормонами — мелатонином и индолил-3-уксусной кислотой (гетероауксином, ИУК). Эти вещества похожи между собой по структуре и в клетках растений синтезируются из одного и того же соединения — аминокислоты триптофана. И мелатонин, и ИУК влияют на рост корней и побегов, регулируют метаболизм, а также участвуют в защите растений от стресса. Авторы работы выращивали микроклоны картофеля, используя технологию клонального микроразмножения из верхней и средней части побегов обычного картофеля. Такие микроклоны генетически идентичны растению, из которого были получены. Ученые разделили микроклоны картофеля на две группы. Одна из них была контрольной, тогда как растения из второй обрабатывались мелатонином или ИУК. Чтобы сымитировать стресс при холоде, исследователи содержали микроклоны при 4°C в течение трех дней, а затем отслеживали восстановление растений при оптимальных условиях (22°C) последующие 10 дней. При этом ученые обращали внимание на изменение как морфологических, так и биохимических параметров микроклонов картофеля.
Оказалось, что от холода у микроклонов больше всего страдали самые активно растущие органы: листья и корни. От холода растения испытывали значительный стресс, что было видно по замедлению роста, которое не компенсировалось при последующем выращивании в оптимальных условиях. Эта стрессовая реакция была связана со сниженным водообменом в растениях. При этом обработка микроклонов картофеля фитогормонами мелатонином или гетероауксином действительно защищала растения, полностью восстанавливая водообмен и стимулируя их рост. При этом гетероауксин оказался эффективнее мелатонина. При обработке гетероауксином длина корней увеличивалась на 30%, площадь листьев — на 60%, длина стебля — на 20%, тогда как для мелатонина те же значения составили 22%, 38% и 14%, соответственно. Это может быть связано с тем, что при стрессе в клетках снижается уровень индолил-3-уксусной кислоты из-за нарушения его транспорта по стеблю, а предварительная обработка растений этим гормоном восполняет его уровень.
Результаты исследования показали, что обработка корней картофеля фитогормонами позволяет растениям эффективно бороться со стрессом и вырабатывать устойчивость к холоду. Это может использоваться в сельском хозяйстве для защиты урожая. Тем не менее биологи обратили внимание на то, что микроклоны, полученные из разных частей побега картофеля, росли с различной скоростью, по-разному реагировали на холод и обработку фитогормонами. Это было видно в том числе по тому, какие органы преимущественно поражались: у клонов из верхней части стебля — листья, стебли и столоны, а у клонов из средней — листья и корни. Эта особенность может быть связана с разным содержанием индолил-3-уксусной кислоты в клетках, взятых из разных частей побега картофеля, так как уровень этого фитогормона больше в верхней части побега, но уменьшается в нижней. Соответственно, разные реакции двух линий микроклонов помогли ученым различить влияние индолил-3-уксусной кислоты и мелатонина и подчеркнули ключевую роль индолил-3-уксусной кислоты в защите картофеля от стресса при холоде.
Работа выполнена при поддержке Программы развития Томского государственного университета (Приоритет 2030).
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».