Ukr.Biochem.J. 2020; Том 92, № 4, липень-серпень, c. 111-123

doi: https://doi.org/10.15407/ubj92.04.111

Відповідь рослин роду Crassula на температурний стрес залежить від анатомічної структури і антиоксидантної системи

23.12.2020   Uncategorized   No comments

Н. В. Нужина*, М. М. Гайдаржи, А. В. Голубенко

ННЦ «Інститут біології та медицини», Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
*e-mail: nuzhynan@gmail.com

Отримано: 09 жовтня 2020; Затверджено: 15 травня 2020

Одним із найважливіших факторів, які забезпечують виживання рослин, є стійкість до високої температури навколишнього середо­вища, що залежить від біохімічної системи захисту рослин, а також від їхніх структурних особливостей. Метою роботи було оцінити показники антиоксидантної системи та анатомо-морфологічні особливості чотирьох видів роду Crassula Linne в умовах різкої гіпертермії. Рослини Crassula brevifolia Harvey, Crassula lanuliginosa Harvey, Crassula muscosa Linne and Сrassula perfoliata var. minor (Haworth) G. D. Rowley тримали в повітряних термостатах при 40 °С та 50 °С протягом 3 год, температура контро­лю була 26 °С. Відповідь на стрес оцінювали за активністю супероксиддисмутази і пероксидази, активними продуктами ТБК та вмістом пігментів. Показано, що антиоксидантна реакція на короткочасну високу температуру відрізняється в різних видів роду Crassula і залежить від анатомічних особливостей рослин. Підвищену активність СОД та пероксидази спостерігали в рослин із ефективнішим захистом на анатомічному рівні. У менш жаростійких рослин внаслідок гіпертермії були залучені додаткові захисні механізми, такі як підвищення вмісту каротиноїдів і флавоноїдів.

Ключові слова: , , , ,

Посилання:

  1. Lamaoui M, Jemo M, Datla R, Bekkaoui F. Heat and drought stresses in crops and approaches for their mitigation. Front Chem. 2018; 6: 26.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Suzuki N, Mittler R. Reactive oxygen species and temperature stresses: A delicate balance between signaling and destruction. Physiologia Plantarum. 2006;126(1):45-51.  CrossRef
  3. Shao HB, Chu LY, Shao MA, Jaleel CA, Mi HM. Higher plant antioxidants and redox signaling under environmental stresses. C R Biol. 2008; 331(6): 433-441. PubMed, CrossRef
  4. Kolupaev YuE. Antioxidants of plant cell, their role in ROS signaling and plant resistance. Usp Sovrem Biol. 2016; 136(2): 181-198. (In Russian).
  5. Kolupaev YuE, Karpets YuV, Kabashnikova LF. Antioxidative System of Plants: Cellular Compartmentalization, Protective and Signaling Functions, Mechanisms of Regulation (Review). Appl Biochem Microbiol. 2019; 55(5): 441-459.  CrossRef
  6. Gill SS, Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiol Biochem. 2010; 48(12): 909-930. PubMed, CrossRef
  7.  Vahdati K, Leslie Ch. (Ed.) Abiotic Stress – Plant Responses and Applications in Agriculture. Croatia: Intech, 2013. 410 р.  CrossRef
  8. Hussain HA, Men Sh, Hussain S, Chen Y, Ali Sh, Zhang S, Zhang K, Li Y, Xu Q, Liao Ch, Wang L. Interactive effects of drought and heat stresses on morpho-physiological attributes, yield, nutrient uptake and oxidative status in maize hybrids. Sci Rep. 2019;9(1):3890. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  9. Hirayama T, Shinozaki K. Research on plant abiotic stress responses in the post-genome era: past, present and future. Plant J. 2010; 61(6):1041-1052. PubMed, CrossRef
  10. Van Jaarsveld E. Crassula. In Illustrated Handbook of Succulent Plants: Crassulaceae. Berlin: Springer, 2003. P.32-84.
  11. Woith E, Stintzing F, Melzig MF. SOD activity and extremophilicity: a screening of various plant species. Pharmazie. 2017;72(8):490-496.PubMed, CrossRef
  12. Carvalho K, de Campos MKF, Domingues DS, Pereira LFP, Vieira LGE. The accumulation of endogenous proline induces changes in gene expression of several antioxidant enzymes in leaves of transgenic Swingle citrumelo. Mol Biol Rep. 2013; 40(4): 3269-3279. PubMed, CrossRef
  13. Khan H, Shah SH, Uddin N, Azhar N, Asim M, Syed S, Ullah F, Tawab F, Inayat J. Biochemical and physiological changes of different plants species in response to heat and cold stress. ARPN J Agric Biol  Sci. 2015; 10(6): 213-216.
  14. Ardelean M, Cachita-Cosma D, Ardelean A, Ladasius C, Mihali VC. The effect of heat stress on hyperhydricity and guaiacol peroxidase activity (GPOX) at the foliar lamina of Sedum telephium L. ssp. maximum (L.) Krock. Vitroplantlets. Analele Stiint Univ Al I Cuza Iasi, Sect. II a. Biol veget. 2014; 60(2): 21-31.
  15. Nuzhyna NV, Gaidarzhy MM, Aviekin YaV. Species-specific response to acute hypertermal stress of Haworthia (Asphodelaceae) plants. Regul Mech Biosyst. 2017; 8(4): 506-511. (In Ukrainian). CrossRef
  16. Nuzhyna N, Baglay K, Golubenko A, Lushchak O. Anatomically distinct representatives of Cactaceae Juss. family have different response to acute heat shock stress. Flora. 2018; 242: 137-145. CrossRef
  17. Nuzhyna NV, Tkachuk OO. Various antioxidant responses to hyperthermia in anatomically different species of the genus Rosa. Biosyst Divers. 2019; 27(3): 193-199. CrossRef
  18. Rowley G. Crassula: a grower’s guide. London, Cactus&Co, 2008. 247 p.
  19. Red List of South African Plants. Pretoria: Strelitzia 25, 2009. 668 p.
  20. Ruzin SE. Plant microtechnique and microscopy. UK: Oxford University Press, 1999. 322 p.
  21. Zarinkamar F. Stomatal observations in Dicotyledons. Pak J Biol Sci. 2007;10(2):199-219. PubMed, CrossRef
  22. Kumar GNM, Knowles NR. Changes in lipid peroxidation and lipolitic and free radical scavenging enzyme activities during aging and sprouting of potato (Solanum tuberosum) seed-tubers. Plant Physiol. 1993; 102(1): 115-124. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  23. Giannopolitis CN, Ries SK. Superoxide dismutase I. Occurrence in higher plants. Plant Physiol. 1977;59(2): 309-314. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  24. Warburg O, Christian W. Isolierung und Kristallisation des Garungsferments Enolase. Biochem Z. 1941; 310: 384-421.
  25. Sharifi G, Ebrahimzadeh H. Changes of antioxidant enzyme activities and isoenzyme profiles during in vitro shoot formation in saffron (Crocus sativus L.). Acta Biol Hung. 2010; 61(1): 73-89. PubMed, CrossRef
  26. Payum T, Das AK, Shakar R, Tamuly C, Hazarika M. Antioxidant potential of Solanum spirale shoot and berry: a medicinal food plant used in arunachal pradesh. Am J PharmTech Res. 2015; 5(4): 307-314.
  27. Lichtenthaller HK. Chlorophylls and carotenoids, pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol. 1987; 148: 350-382. CrossRef
  28. Karwowska K, Brzezicka E, Kozieradzka-Kiszkurno M, Chernetskyy M. Anatomical structure of the leaves of Crassula cordata (Crassulaceae). Modern Phytomorphology. 2015; 8: 53-54.  CrossRef
  29. Chen WR, Zheng JS, Li YQ, Guo WD. Effects of high temperature on photosynthesis, chlorophyll fluorescence, chloroplast ultrastructure, and antioxidant activities in fingered citron. Russ J Plant Physiol. 2012; 59(6): 732-740. CrossRef
  30. Ignatenko AA, Repkina NS, Titov AF, Talanova VV. The response of cucumber plants to low temperature impacts of varying intensity. Proc Karelian Sci Center RAS. 2016;(11):57-67. CrossRef
  31. Feng Zh, Guo A, Feng Z. Amelioration of chilling stress by triadimefon in cucumber seedlings. Plant Growth Regul. 2003; 39: 277-283. CrossRef
  32. Junmatong C, Faiyue B, Rotarayanont S, Uthaibutraa J, Boonyakiat D, Saengnil K. Cold storage in salicylic acid increases enzymatic and non-enzymatic antioxidants of Nam Dok Mai No. 4 mango fruit. Sci Asia. 2015; 41(1): 12-21.CrossRef
  33. Gulen H, Eris A. Effect of heat stress on peroxidase activity and total protein content in strawberry plants. Plant Sci. 2004; 166(3): 739-744. CrossRef
  34. He Y, Huang B. Differential responses to heat stress in activities and isozymes of four antioxidant enzymes for two cultivars of kentucky bluegrass contrasting in heat tolerance. J Am Soc Hortic Sci. 2010; 135(2): 116-124.   CrossRef
  35. Zhang X, Wang K, Ervin EH. Optimizing dosages of seaweed extract-based cytokinins and zeatin riboside for improving creeping bentgrass heat tolerance. Crop Sci. 2010; 50(1): 316-320. CrossRef
  36. Ashraf M, Harris PJC. Photosynthesis under stressful environments: An overview. Photosynthetica. 2013; 51(2): 163-190. CrossRef
  37. Nuzhyna NV, Gaydarzhy MN. Comparative characteristics of anatomical and morphological adaptations of plants of two subgenera Haworthia Duval (Asphodelaceae) to arid environmental conditions. Acta Agrobotanika. 2015; 68(1): 23-31. CrossRef
  38. Nuzhyna NV, Kondratiuk-Stoyan VV. The features of leaf anatomical structure of some Rhododendron species from section Ponticum. Modern Phytomorphology. 2017; 11: 21-27. CrossRef
  39. Palatnik JF, Valle EM, Federico ML, Gómez LD, Melchiorre MN, Paleo AD, Carrillo N, Acevedo A. Status of antioxidant metabolites and enzymes in a catalase-deficient mutant of barley (Hordeum vulgare L.). Plant Sci. 2002; 162(3): 363-371. CrossRef
  40. Chang CCC, Slesak I, Jorda L, Sotnikov A, Melzer M, Miszalski Z, Mullineaux PM, Parker JE, Karpińska B, Karpiński St. Arabidopsis chloroplastic glutathione peroxidases play a role in cross talk between photooxidative stress and immune responses. Plant Physiol. 2009; 150(2): 670-683. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  41. Zhang J, Kirkham MB. Drought-stress induced changes in activities of superoxide dismutase, catalase and peroxidases in wheat leaves. Plant Cell Physiol. 1994; 35(5): 785-791. CrossRef
  42. Panda SK, Khan MH. Changes in growth and superoxide dismutase activity in Hydrilla verticillata L. under abiotic stress. Braz J Plant Physiol. 2004;16(2): 115-118. CrossRef
  43. Harsha A, Sharmaa YK, Joshia U, Rampuriaa S, Singha G, Kumarb S, Sharma R. Effect of short-term heat stress on total sugars, proline and some antioxidant enzymes in moth bean (Vigna aconitifolia). Ann Agric Sci. 2016; 61(1): 57-64. CrossRef
  44. Mori K, Goto-Yamamoto N, Kitayama M, Hashizume K. Loss of anthocyanins in red-wine grape under high temperature. J Exp Bot. 2007; 58(8): 1935-1945.  PubMed,CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.