Казань, Республика Татарстан, Россия
В данной работе с помощью спин-эхо метода ЯМР исследовано влияние газового состава атмосферного воздуха на динамику роста и межклеточного переноса воды в корнях интактных корней кукурузы. В работе использован оригинальный методический и технический подход, позволяющий проводить регистрацию параметров водного переноса и скорости роста растений непосредственно при изменении концентрации газов атмосферного воздуха. Было показано, что процессы транспорта воды и роста растений более чувствительны к снижению концентрации кислорода при его замещении азотом и углекислым газом. В условиях кислородного голодания происходило снижение как скорости роста, так и межклеточного переноса воды в корнях. При этом реакция водотранспортной системы растений на повышение концентрации СО2 имеет более выраженный характер по сравнению с повышением концентрации азота, что свидетельствует о преобладающей регуляторной роли углекислого газа в процессах газообмена и водообмена растений. Повышение концентрации кислорода в атмосфере до 60 % не приводило к заметным изменениям в скорости роста и межклеточного транспорта воды в корнях.
ядерно-магнитный резонанс, межклеточный транспорт воды, рост растений, концентрация атмосферных газов
1. Залялов А.А., Газизов И.С. Вода растений. Казань: Фэн, 2013, 366 c. [Zalalov A.A., Gazizov I.S. Voda rasteniy. Kazan, Fen, 2013, 366 p. (In Russ.)]
2. Chaumont F., Tyerman S.D. Aquaporins: highly regulated channels controlling plant water relations. Plant Physiology, 2014, vol. 164, pp. 1600-1618.
3. Huang B., Xu Y. Cellular and Molecular Mechanisms for Elevated CO2 - Regulation of Plant Growth and Stress Adaptation. Crop Science, 2015, vol. 55, pp. 1-20.
4. Zaghdoud Ch., Carvajal M., Ferchichi A., Carmen Martínez-Ballesta M. Water balance and N-metabolism in broccoli (Brassica oleracea L. var. Italica) plants depending on nitrogen source under salt stress and elevated CO2. Science of the Total Environment, 2016, vol. 571, pp. 763-771.
5. Maurel C., Simonneau T., Sutka M. The significance of roots as hydraulic rheostats. J. Exp. Bot., 2010, vol. 61, pp. 3191-3198.
6. Prior S.A., Runion G.B., Marble S.Ch., Rogers H.H., Gilliam Ch.H., Torbert H.A. A Review of Elevated Atmospheric CO2 Effects on Plant Growth and Water Relations: Implications for Horticulture. Hort Science, 2011, vol. 46, no. 2, pp. 158-162.
7. Анисимов А.В. [и др.] Оснастка к исследованиям массопереноса под влиянием статического и динамического давления непосредственно в датчике градиентного ЯМР. Датчики и системы, 2012, т. 7, с. 64-67. [Anisimov A.V., Suslov M.A., Zuykov V.A. Equipment to the study of mass transfer under the influence of static and dynamic pressure directly in the gradient NMR sensor. Sensors and Systems, 2012, vol. 7, pp. 64-67. (In Russ.)]
8. Анисимов А.В., Раткович С. Транспорт воды в растениях. Исследование импульсным методом ЯМР. М.: Наука, 1992, 144 c. [Anisimov A.V., Ratkovich S. Water transport in plants. Investigation by pulsed NMR. Moscow: Nauka, 1992, 144 p. (In Russ.)]
9. Valiullin R., Skirda V. Time dependent self-diffusion coefficient of molecules in porous media. Journal of chemycal physics, 2001, vol. 114, no. 1, pp. 452-458.
10. Crick F. Diffusion in embryogenesis. Nature, 1970, vol. 225, pp. 420-422.
11. Ehlert Ch., Maurel Ch., Tardieu F., Simonneau Th. Aquaporin-mediated reduction in maize root hydraulic conductivity impacts cell turgor and leaf elongation even without changing transpiration. Plant Physiol., 2009, vol. 150, pp. 1093-1104.
12. Suslov M.A., Anisimov A.V. Pressure chamber with a viewport and magnet manipulators to study biological samples. Instrumentation Science and Technology, 2018, vol. 46, no. 4, pp. 426-434.
13. Saglio P.H., Rancillac M., Bruzan F., Pradet A. Critical Oxygen Pressure for Growth and Respiration of Excised and Intact Roots. Plant Physiol.,1984, vol. 76, pp. 151-154.
14. Kawasaki S-I., Tominaga J., Uehara N., Ueno M., Kawamitsu Y. Effects of Long-term Exposure to Different O2 Concentrations on Growth and Phytochemical Content in Red Leaf Lettuce. Environ. Control Biol., 2015, vol. 53, no. 4, pp. 117-122.
15. Suyantohadi A., Kyoren T., Hariadi M. Effect of high consentrated dissolved oxygen on the plant growth in a deep hydroponic culture under a low temperature. IFAC Proceedings Volumes, 2010, vol. 43, no. 26, pp. 251-255.
16. Ho Q.T., Verlinden B.E., Verboven P., Vandewalle S., Nicolai B.M. A permeation-diffusion-reaction model of gas transport in cellular tissue of plant materials. Journal of experimental botany, 2006, vol. 57, no. 15, pp. 4215-4224.
17. Young J.J., Mehta S., Israelsson M., Godoski J., Grill E., Schroeder J.I. CO2 signaling in guard cells: Calcium sensitivity response modulation, a Ca2+ -independent phase, and CO2 insensitivity of the gca2 mutant. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2006, vol. 103, pp. 7506-7511.
18. Lake J.A., Woodward F.I., Quick W.P. Long-distance CO2 signaling in plants. J. Exp. Bot., 2002, vol. 53, pp. 183-193.
19. Li G., Santoni V., Maurel Ch. Plant aquaporins: roles in plant physology. Biochimica et biophysica acta, 2014, vol. 1840, pp. 1574-1582.
