Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті

Наведено результати дослідження локалізації та вмісту кремнію в листках повітряно-водних та суходільних рослин Phragmites australis, які зростали в природних умовах на березі р. Дніпро (в зоні Києва). Для визначення вмісту кремнію в листках використовували цитохімічні та ультраструктурні методи. Дл...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2019
Автори:	Недуха, О.М., Кордюм, Є.Л.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2019
Назва видання:	Доповіді НАН України
Теми:	Біологія
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159963
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:	Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті / О.М. Недуха, Є.Л. Кордюм // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 89-96. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159963
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1599632019-10-20T01:26:05Z Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті Недуха, О.М. Кордюм, Є.Л. Біологія Наведено результати дослідження локалізації та вмісту кремнію в листках повітряно-водних та суходільних рослин Phragmites australis, які зростали в природних умовах на березі р. Дніпро (в зоні Києва). Для визначення вмісту кремнію в листках використовували цитохімічні та ультраструктурні методи. Для аналізу вмісту води в зразках та визначення вологості ґрунту, на якому зростали рослини очерету, використовували класичні біохімічні методи. Для дослідження брали листкові пластинки у фазі вегетативного росту. Наявність та субклітинну локалізацію іонів кремнію вивчали з використанням лазерного конфокального мікроскопа (LSM 5, “Zeiss”, Німеччина) та сканувального електронного мікроскопа (із рентгенівською установкою EX-S4175GMU, “JEOL”, Японія). Методом конфокальної мікроскопії встановлено наявність кремнієвих аморфних та кристалічних включень у периклінальних клітинних стінках основних клітин епідермісу, трихом, замикальних клітин продихів та над жилками листків повітряно-водних та суходільних рослин очерету. Вперше виявлено значне підвищення вмісту аморфного та кристалічного кремнію в епідермісі листків суходільних рослин цього виду методами мікроскопії та рентгенівського аналізу. Встановлено, що клітини абаксіального епідермісу, зокрема клітини навколо продихів та трихом, трихоми та клітини над жилками, є головними акумуляторами кремнію в листках. Припускається, що такі локалізація та підвищений вміст кремнію оптимізують водний баланс наземних рослин і сприяють підвищенню їх стійкості до ґрунтової посухи. Пропонується посилити увагу до вивчення ролі кремнію в адаптації рослин до несприятливих змін абіотичних факторів довкілля. The results of studies of the localization and the silicon content in the leaves of air-water and terrestrial plants Phragmites australis, which grew on the banks of the Dnipro River (in the zone of Kiev) are presented. For the study of the Si content in leaves, cytochemical and structural methods are used. Classical biochemical methods are used to analyze the water content of the samples and the moisture content of the soil, on which the reed plants grew. For the analysis, we took leaves in the vegetative growth phase. The presence and subcellular localization of silicon ions are studied with the use of a laser confocal microscope (LSM 5, Zeiss, Germany) and a scanning electron microscope (with X-ray unit EX-S4175GMU, JEOL, Japan). The presence of silicon amorphous and crystalline inclusions in the periclinal cell walls of main epidermal cells, trichomes, stomatal cells, and over the leaf veins of air-water and terrestrial reed plants is shown by confocal microscopy. For the first time, a significant increase in the content of amorphous and crystalline silicon in the epidermis of leaves of this species of terrestrial plants by microscopy and X-ray analysis is revealed. It has been established that the cells of abaxial epidermis, in particular, cells around stomata and trichomes, trichomes and cells above veins, are the main accumulators of silicon in the leaves. It is assumed that such localization and increased content of silicon optimize the water balance of terrestrial plants and thus increase their resistance to soil drought. It is proposed to strengthen attention to the role of silicon in the adaptation of plants to adverse changes in abiotic environmental factors. Приведены результаты исследования локализации и содержания кремния в листьях воздушно-водных и суходольных растений Phragmites australis, которые росли в естественных условиях на берегу р. Днепр (в зоне Киева). Для определения содержания кремния в листьях использовали цитохимические и ультраструктурные методы. Для анализа содержания воды в образцах и определения влажности почвы, на которой росли растения тростника, использовали классические биохимические методы. Для исследования брали листовые пластинки в фазе вегетативного роста. Наличие и субклеточную локализацию ионов кремния изучали с использованием лазерного конфокального микроскопа (LSM 5, “Zeiss”, Германия) и сканирующего электронного микроскопа (с рентгеновской установкой EX-S4175GMU, “JEOL”, Япония). Методом конфокальной микроскопии установлено наличие кремниевых аморфных и кристаллических включений в периклинальных клеточных стенках основных клеток эпидермиса, трихом, замыкающих клеток устьиц и над жилками листьев воздушно-водных и суходольных растений тростника. Впервые выявлено значительное повышение содержания аморфного и кристаллического кремния в эпидермисе листьев суходольных растений этого вида методами микроскопии и рентгеновского анализа. Установлено, что клетки абаксиального эпидермиса, в частности клетки вокруг устьиц и трихом, трихомы и клетки над жилками, являются главными аккумуляторами кремния в листьях тростника. Предполагается, что такие локализация и повышенное содержание кремния оптимизируют водный баланс наземных растений и способствуют повышению их устойчивости к почвенной засухе. Предлагается усилить внимание к изучению роли кремния в адаптации растений к неблагоприятным изменениям абиотических факторов окружающей среды. 2019 Article Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті / О.М. Недуха, Є.Л. Кордюм // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 89-96. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2019.07.089 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159963 581.45:58.032:549.514.5 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. Кордюм, Є.Л. Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті Доповіді НАН України
description	Наведено результати дослідження локалізації та вмісту кремнію в листках повітряно-водних та суходільних рослин Phragmites australis, які зростали в природних умовах на березі р. Дніпро (в зоні Києва). Для визначення вмісту кремнію в листках використовували цитохімічні та ультраструктурні методи. Для аналізу вмісту води в зразках та визначення вологості ґрунту, на якому зростали рослини очерету, використовували класичні біохімічні методи. Для дослідження брали листкові пластинки у фазі вегетативного росту. Наявність та субклітинну локалізацію іонів кремнію вивчали з використанням лазерного конфокального мікроскопа (LSM 5, “Zeiss”, Німеччина) та сканувального електронного мікроскопа (із рентгенівською установкою EX-S4175GMU, “JEOL”, Японія). Методом конфокальної мікроскопії встановлено наявність кремнієвих аморфних та кристалічних включень у периклінальних клітинних стінках основних клітин епідермісу, трихом, замикальних клітин продихів та над жилками листків повітряно-водних та суходільних рослин очерету. Вперше виявлено значне підвищення вмісту аморфного та кристалічного кремнію в епідермісі листків суходільних рослин цього виду методами мікроскопії та рентгенівського аналізу. Встановлено, що клітини абаксіального епідермісу, зокрема клітини навколо продихів та трихом, трихоми та клітини над жилками, є головними акумуляторами кремнію в листках. Припускається, що такі локалізація та підвищений вміст кремнію оптимізують водний баланс наземних рослин і сприяють підвищенню їх стійкості до ґрунтової посухи. Пропонується посилити увагу до вивчення ролі кремнію в адаптації рослин до несприятливих змін абіотичних факторів довкілля.
format	Article
author	Недуха, О.М. Кордюм, Є.Л.
author_facet	Недуха, О.М. Кордюм, Є.Л.
author_sort	Недуха, О.М.
title	Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті
title_short	Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті
title_full	Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті
title_fullStr	Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті
title_full_unstemmed	Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті
title_sort	участь іонів кремнію в стійкості рослин phragmites australis до зниження вологості в ґрунті
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Біологія
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159963
citation_txt	Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті / О.М. Недуха, Є.Л. Кордюм // Доповіді Національної академії наук України. — 2019. — № 7. — С. 89-96. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT neduhaom učastʹíonívkremníûvstíjkostíroslinphragmitesaustralisdoznižennâvologostívgruntí AT kordûmêl učastʹíonívkremníûvstíjkostíroslinphragmitesaustralisdoznižennâvologostívgruntí
first_indexed	2025-07-14T12:32:47Z
last_indexed	2025-07-14T12:32:47Z
_version_	1837625631623348224
fulltext	89ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7 Флуктуації водного балансу ґрунту в біотопах, зокрема затоплення чи ґрунтова посуха, ви- кликають зміни в структурно-функціональній організації рослин, що спричиняють актива- цію адаптаційних механізмів у відповідь на дію стресора [1, 2]. Кремній у рослині знахо- диться у вигляді монокремнієвої кислоти або ж у вигляді аморфної чи кристалізованої фор- ми [3]. Встановлено, що іони кремнію певним чином пов’язані зі стійкістю рослин до зміни водного балансу рослин, зокрема, кремній посилює лігніфікацію та суберинізацію коренів, що супроводжується активацією генів, зв’язаних із ферментами біосинтезу осмопротекто- рів, лігніну та суберину [4—6]. Кремній також задіяний у збільшенні вмісту хлорофілів та каротиноїдів у надземних органах і потовщенні клітинних стінок листків [7]. © О.М. Недуха, Є.Л. Кордюм, 2019 https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.07.089 УДК 581.45:58.032:549.514.5 О.М. Недуха, Є.Л. Кордюм Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, Київ E-mail: o.nedukha@hotmail.com Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті Представлено членом-кореспондентом НАН України Є.Л. Кордюм Наведено результати дослідження локалізації та вмісту кремнію в листках повітряно-водних та сухо- дільних рослин Phragmites australis, які зростали в природних умовах на березі р. Дніпро (в зоні Києва). Для визначення вмісту кремнію в листках використовували цитохімічні та ультраструктурні методи. Для аналізу вмісту води в зразках та визначення вологості ґрунту, на якому зростали рослини очерету, ви- користовували класичні біохімічні методи. Для дослідження брали листкові пластинки у фазі вегетатив ного росту. Наявність та субклітинну локалізацію іонів кремнію вивчали з використанням лазерного кон- фокального мікроскопа (LSM 5, “Zeiss”, Німеччина) та сканувального електронного мікроскопа (із рентге- нівською установкою EX-S4175GMU, “JEOL”, Японія). Методом конфокальної мікроскопії встановлено на- явність кремнієвих аморфних та кристалічних включень у периклінальних клітинних стінках основних клі- тин епідермісу, трихом, замикальних клітин продихів та над жилками листків повітряно-водних та суходільних рослин очерету. Вперше виявлено значне підвищення вмісту аморфного та кристалічного крем- нію в епідермісі листків суходільних рослин цього виду методами мікроскопії та рентгенівського аналізу. Встановлено, що клітини абаксіального епідермісу, зокрема клітини навколо продихів та трихом, трихоми та клітини над жилками, є головними акумуляторами кремнію в листках. Припускається, що такі локалі- зація та підвищений вміст кремнію оптимізують водний баланс наземних рослин і сприяють підвищенню їх стійкості до ґрунтової посухи. Пропонується посилити увагу до вивчення ролі кремнію в адаптації рослин до несприятливих змін абіотичних факторів довкілля. Ключові слова: Phragmites australis, епідерміс листків, іони кремнію, ґрунтова посуха. 90 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7 О.М. Недуха, Є.Л. Кордюм Враховуючи, що вода є одним із основних чинників, що забезпечують ріст, розвиток та продуктивність рослин, а епідерміс листків — це головна тканина надземних органів, що регулює водний баланс рослини [8], ми поставили за мету дослідити локалізацію і вміст іонів кремнію в листках повітряно-водних та суходільних рослин Phragmites australis. Матеріали та методи досліджень. Об’єктом дослідження були листки повітряно-вод ного очерету звичайного Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud, які зростали на глибині до 50 см на лівому березі р. Дніпро (у зоні Києва) на піщаному ґрунті на віддалі 12—15 м від берега. Матеріал збирали на початку червня у фазі вегетативного росту. Для визначення відносного вмісту води в ґрунті та листках використовували стандартні біохімічні методи [9]. Для ци- тохімічних досліджень локалізації та вмісту кремнію відбирали вирізки із серединної части ни зрілих листків, між другою та сьомою жилками від краю листка. Препарати готували за про- токолом Дебні із співавт. [10] та досліджували у конфокальному мікроскопі LSM 5 (“Zeiss”, Німеччина) при довжині хвилі збудження 480 нм та емісії 500—530 нм. Інтенсивність флу- оресценції кремнію визначали за програмою Pascal (“Zeiss”, Німеччина). Рентгеноструктур- ний аналіз листків проводили за методом Бакінга та Хейзера [11] у сканувальному електро- нному мікроскопі JSM 6060 LA із рентгенівською установкою EX-S4175GMU (“JEOL”, Японія). Для стандартного кількісного аналізу хімічних елементів використовували про- граму ZAF, вміст кремнію визначали у відсотках сканованої маси листкових пластинок. Результати та обговорення. Методом конфокальної мікроскопії визначено наявність кремнієвих дрібних (менших за 10 нм) аморфних і кристалічних включень, які називають фітолітами, різних за розмірами та формою в основних клітинах епідермісу, трихомах, за- микальних клітинах продихів та над жилками в епідермісі листків повітряно-водних і сухо- дільних рослин очерету (рис. 1). Так, у зоні трихом кремнієві фітоліти мали сідлоподібну форму, у клітинах над жилками — дволопатеву або гантелеподібну. Встановлено, що віднос- на інтенсивність флуоресценції кремнієвих тілець та аморфних включень кремнію залежа- ла від типу клітин та поверхні листка (таблиця). Інтенсивність флуоресценції кремнію в клітинах абаксіального епідермісу була достовірно більшою порівняно з такою адаксіально- го епідермісу. У листках суходільних рослин відносна інтенсивність флуоресценції кремнію була удвічі вищою порівняно із листками повітряно-водних рослин, особливо в клітинах абаксіального епідермісу. Наявність кремнію в клітинах адаксіального та абаксіального епідермісу досліджува- них екотипів очерету незалежно від місця зростання також втановлено за допомогою рент- геноструктурного аналізу (рис. 2). Кремній виявлено в основних клітинах епідермісу, трихомах, замикальних клітинах продихів і клітинах над жилками. Відносний вміст кремнію в клітинах адаксіального епі- дермісу варіював від 0,49 % у замикальних клітинах продихів до 27,69 % у клітинах над жил- ками, в клітинах абаксіального епідермісу він був значно підвищений (рис. 3). Наприклад, в замикальних клітинах продихів абаксіального епідермісу відносний вміст кремнію збіль- шувався в 1,6 раза, у трихомах — у 2,5 раза. У листках суходільних рослин відносний вміст кремнію достовірно перевищував такий у листках повітряно-водних рослин (див. рис. 3). Проведені раніше порівняльні дослідження листків повітряно-водних і суходільних рослин очерету показали подібність морфології та анатомії листків [12]. Відносний вміст води в листках повітряно-водних рослин становив 62,8 ± 0,5 % при вологості ґрунту 77,4 ± 2,1 %, 91ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7 Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті Рис. 1. Мікрофотографії флуоресценції кремнію (зеленого кольору) у клітинах епідермісу листків по вітряно-водного (а) та суходільного (б, в) екотипів Phragmites australis у фазі вегетативного росту. На рисунку в — гістограма інтенсиності флуоресценції кремнію (зелена лінія): по осі ординат — інтен- сивність флоресценціїї (відн. од.), по осі абсцис — віддаль, яка була просканована на верхній частині цього рисунка Інтенсивність флуоресценції аморфного і кристалічного кремнію в клітинах епідермісу листків Phragmites australis, які зростали у воді та на суходолі (відн. од.). Дані отримані з використанням програми Паскаль при вивченні на лазерному конфокальному мікроскопі Екотип очерету Поверхня листка Основа трихом, кристалічний Si Клітини між трихомами, аморфний Si Клітини продихів, аморфний Si Клітини навколо продихів, аморфний Si Клітини над жилками, кристалічний Si Максимальна інтенсивність флуоресценції, пікселі Водний Верхня 82 ± 7,9 47 ± 3,9 60 ± 4,1 61 ± 5,2 155 ± 12 290106 Нижня 131 ± 10,1 45 ± 3,7 57 ± 5,7 63 ± 4,7 170 ± 13 334108 Сухо- дільний Верхня 135 ± 12,7 50 ± 4,3 100 ± 9,6 77 ± 6,6 223 ± 31 524904 Нижня 250 ± 19,1 57 ± 3,4 150 ± 11 70 ± 3,7 250 ± 21 749834 92 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7 Рис. 2. Мікрофотографії фрагментів епідермісу листків повітряно-водного (а, б) та суходільного (в) екотипів Phragmites australis із спектром іонів кремнію та інших хімічних елементів, отриманих за допомогою рентгеноструктурного аналізу. На верхній частині рисунка зеленим кольором позначена клітина епідермісу, що була просканована. На нижній частині кожного рисунку — діаграма вмісту хімічних елементів, включаючи кремній: по осі ординат — вміст іонів у вигляді імпульсів (еВ/с), по осі абсцис — енергія (кеВ) 93ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7 Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті у суходільних рослин — 57,2 ± 0,7 % при вологості ґрунту 55,6 ± 0,9 %. Ми припускаємо, що у збереженні оптимального водного балансу в клітинах суходільних рослин істотну роль відіграє підвищення вмісту в епідермісі листків цих рослин кремнію, який, як відомо, ут- ворює в клітинах епідермісу листків, стебел та коренів кутикулярно-кремнієву стінку, що захищає рослини від надмірних втрат вологи та регулює поглинання води [13]. У клітинних стінках кремній входить до складу гідрофільних силікатно-галактозних комплексів, які зв’я зують вільну воду і тим самим посилюють водоутримуючу здатність клітин, що істотно підвищує стійкість рослин до посухи [14]. Кремній також може активувати транспорт во- ди від кореневої системи до листків, регулюючи роботу аквапоринів — білків водних ка- налів у цитоплазматичній мембрані та мембранах органел, а також впливати на осмотич- ний потенціал клітин. Встановлено дію кремнію на експресію генів, що кодують дегідрини, під час зневоднення рослин Oryza sativa за умов посухи та осмотичного стресу [15]. На під- ставі аналізу літературних і власних даних локалізації та вмісту кремнію в листках повітря- но-водних і суходільних рослин очерету можна припустити, що саме підвищена акумуля- ція кремнію в клітинах епідермісу суходільних рослин сприяє збереженню оптимального водного статусу рослин при зниженні вологості ґрунту і є одним із факторів, які обумовлю- ють широке поширення очерету в різноманітних за екологічними умовами районах земної кулі. Отже, одержані дані вказують на перспективність подальших досліджень участі крем- нію в адаптації рослин до несприятливих змін екологічних факторів у природних угрупо- ваннях та агроценозах у сучасних умовах збільшення антропогенного навантаження та про- гнозу глобальних змін клімату. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Vartapetian B., Jackson M.B. Plant adaptation to anaerobic stress. Ann. Bot. 1997. 79, Suppl. A. P. 3—20. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a010303 2. De Micco V., Aronne G. Morpho-anatomical traits for plant adaptation to drought. Plant Responses to drought stress, from morphology to molecular features: R. Aroca (Ed.). Berlin, Heidelberg: Springer, 2012. P. 37—61. 3. Epstein E. Silicon: its manifold roles in plants. Ann. Appl. Biol. 2009. 155. P. 155—160. https://doi.org/ 10.1111/j.1744-7348.2009.00343.x Рис. 3. Вміст кремнію у клітинах адаксіального (а) та абаксіального (б) епідермісу листків повітряно- водного та суходільного екотипу Phragmites australis за даними рентгеноструктурного аналізу: 1 — проди- хи; 2 — клітини навколо продихів; 3 — клітини над жилками; 4 — трихоми; 5 — клітини навколо трихом 94 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7 О.М. Недуха, Є.Л. Кордюм 4. Perry C.C., Lu Y. Preparation of silica from silicon complexes: role of cellulose in polymerization and aggregation control. Faraday Trans. 1992. 88. P. 2915—2921. 5. Fleck A.T., Nye T., Repenning C., Stahl F., Zahn M., Schenk M. Silicon enhances suberization and lignification in root of rice (Oryza sativa). J. Exp. Bot. 2011. 62. P. 2001—2011. https://doi.org/10.1093/jxb/erq392 6. Manivannan A., Ahn Y.-K. Silicon regulates potentials genes involved in major physiological processes in plants to combat stress. Front. Plant Sci. 2017. 8. Art. 1346. P. 1—13. https://doi.org/10/3389/fpls 2017.01346 7. Song A., Li P., Fan F., Li Z., Liang Y. The effect of silicon on photosynthesis and expression of its relevant genes in rice (Oryza sativa L.) under high-zinc stress. PLoS One. 2014. 9. e113782. https://doi.org/ 10.1371/ journal.pone.0113782 8. Kerstiens G. Water transport in plant cuticles: an update. J. Exp. Bot. 2006. 57. P. 2493—2499. https://doi. org/10.1093/jxb/erl017/ 9. Ермаков А.И. Определение содержания воды и кислотности растительных объектов. Методы биохи- мических исследований растений: Ермакова А.И. (ред.). Ленинград: Агропромиздат, 1982. С. 21—35. 10. Dabney C. III., Ostergaard J., Watkins E., Chen Ch. A novel method to characterize silica bodies in grasses. Plant Methods. 2016. 12. P. 3—10. https://doi.org/10.1186/s13007-016-0108-8 11. Bücking H., Heyser J.B. Subcellular compartmentation of elements in non-mycorrhizal and mycorrirhizal roots of Pinus sylvstris an X-ray microanalysis study. II. The distribution of calcium, potassium and sodium. New Phytol. 2000. 145. P. 321—331. 12. Nedukha O.M. Morphological and anatomical characteristics of Phragmites australis from Dnipro channel. Modern Phytomorphology. 2017. 11. P. 139—146. https://doi.org/10.5281/zenodo.1133878 13. Hodson M. J., White P.J., Mead A., Broadley M.R. Phylogenetic variation in the silicon composition of plants. Annal. Bot. 2005. 96. P. 1027—1046. https://doi.org/10.1093/aob/mci255 14. Ahmed M., Qadeer U., Ahmed Z.I., Hazzan F.-U. Improvement of wheat (Triticum aestivum) drought tolerance by seed priming with silicon. Arch. Agron. Soil. Sci. 2016. 62, Iss. 3. P. 299—315. https://doi.org/10.1080/036 50340.2015.1048235 15. Liu P., Yin L., Deng X., Wang S., Tanaka K., Zhang S. Aquaporin-mediated increase in root hydraulic con- ductance is involved in silicon-induced improved root water uptake under osmotic stress in Sorghum bicolor L. J. Exp. Bot. 2014. 65. P. 4747—4756. https://doi.org/10.1093/jxb/eru220 Надійшло до редакції 14.03.2019 REFERENCES 1. Vartapetian, B. & Jackson, M.B. (1997). Plant adaptation to anaerobic stress. Ann. Bot., 79, Suppl. A, pp. 3-20. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a010303 2. De Micco, V., & Aronne, G. (2012). Morpho-anatomical traits for plant adaptation to drought. In Aroca R. (Ed.). Plant Responses to drought stress, from morphology to molecular features (pp. 37-61). Berlin, Heidel- berg: Springer. 3. Epstein, E. (2009). Silicon: its manifold roles in plants. Ann. Appl. Biol., 155, pp. 155-160. https://doi.org/ 10.1111/j.1744-7348.2009.00343.x 4. Perry, C.C. & Lu, Y. (1992). Preparation of silica from silicon complexes: role of cellulose in polymerization and aggregation control. Faraday Trans., 88, pp. 2915-2921. 5. Fleck, A.T., Nye, T., Repenning, C., Stahl, F., Zahn, M. & Schenk, M. (2011). Silicon enhances suberization and lignification in root of rice (Oryza sativa). J. Exp. Bot., 62, pp. 2001-2011. https://doi.org/10.1093/jxb/ erq392 6. Manivannan, A., & Ahn, Y.-K. (2017). Silicon regulates potentials genes involved in major physiological processes in plants to combat stress. Front. Plant Sci., 8, Art. 1346, pp.1-13. https://doi.org/10/3389/fpls 2017.01346 7. Song, A., Li, P., Fan, F., Li, Z. & Liang, Y. (2014). The effect of silicon on photosynthesis and expression of its relevant genes in rice (Oryza sativa L.) under high-zinc stress. PLoS One, 9, e113782. https://doi.org/ 10.1371/journal.pone.0113782 8. Kerstiens, G. (2006). Water transport in plant cuticles: an update. J. Exp. Bot., 57, pp. 2493-2499. https:// doi.org/10.1093/jxb/erl017/ 95ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2019. № 7 Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті 9. Ermakov, A. B. (1982). Determination of water content in plants (pp. 21-35). In Ermakov A.I. (Ed.). The methods of biochemical study of plants., Leningrad: Agropromizdat. 10. Dabney, C. III., Ostergaard, J., Watkins, E. & Chen, Ch. (2016). A novel method to characterize silica bo- dies in grasses. Plant Methods, 12, pp. 3-10. https://doi.org/10.1186/s13007-016-0108-8 11. Bücking, H. & Heyser, J. B. (2000). Subcellular compartmentation of elements in non-mycorrhizal and mycorrirhizal roots of Pinus sylvstris an X-ray microanalysis study. II. The distribution of calcium, potassium and sodium. New Phytol., 145, pp. 321-331. 12. Nedukha, O. M. (2017). Morphological and anatomical characteristics of Phragmites australis from Dnipro channel. Modern Phytomorphology, 11, pp. 139-146. https://doi.org/10.5281/zenodo.1133878 13. Hodson, M. J. White, P. J., Mead, A., & Broadley, M. R. (2005). Phylogenetic variation in the silicon composition of plants. Annal. Bot., 96, pp. 1027-1046. https://doi.org/10.1093/aob/mci255 14. Ahmed, M., Qadeer, U., Ahmed, Z.I. & Hazzan, F.-U. (2016). Improvement of wheat (Triticum aestivum) drought tolerance by seed priming with silicon. Arch. Agron. Soil. Sci., 62, Iss. 3, pp. 299-315. https://doi.or g/10.1080/03650340.2015.1048235 15. Liu, P., Yin, L., Deng, X., Wang, S., Tanaka, K. & Zhang, S. (2014). Aquaporin-mediated increase in root hy drau- lic conductance is involved in silicon-induced improved root water uptake under osmotic stress in Sorghum bicolor L. J. Exp. Bot., 65, pp. 4747-4756. https://doi.org/10.1093/jxb/eru220 Received 14.03.2019 О.М. Недуха, Е.Л. Кордюм Институт ботаники им. Н.Г. Холодного НАН Украины, Киев Е-mail: o.nedukha@hotmail.com УЧАСТИЕ ИОНОВ КРЕМНИЯ В ТОЛЕРАНТНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ РАСТЕНИЙ PHRAGMITES AUSTRALIS К СНИЖЕНИЮ ВЛАЖНОСТИ В ПОЧВЕ Приведены результаты исследования локализации и содержания кремния в листьях воздушно-водных и суходольных растений Phragmites australis, которые росли в естественных условиях на берегу р. Днепр (в зоне Киева). Для определения содержания кремния в листьях использовали цитохимические и ультра- структурные методы. Для анализа содержания воды в образцах и определения влажности почвы, на кото- рой росли растения тростника, использовали классические биохимические методы. Для исследования брали листовые пластинки в фазе вегетативного роста. Наличие и субклеточную локализацию ионов кремния изучали с использованием лазерного конфокального микроскопа (LSM 5, “Zeiss”, Германия) и сканирующего электронного микроскопа (с рентгеновской установкой EX-S4175GMU, “JEOL”, Япония). Методом конфокальной микроскопии установлено наличие кремниевых аморфных и кристаллических включений в периклинальных клеточных стенках основных клеток эпидермиса, трихом, замыкающих клеток устьиц и над жилками листьев воздушно-водных и суходольных растений тростника. Впервые вы- явлено значительное повышение содержания аморфного и кристаллического кремния в эпидермисе ли- стьев сухо дольных растений этого вида методами микроскопии и рентгеновского анализа. Установлено, что клетки абаксиального эпидермиса, в частности клетки вокруг устьиц и трихом, трихомы и клетки над жилками, являются главными аккумуляторами кремния в листьях тростника. Предполагается, что такие локали зация и повышенное содержание кремния оптимизируют водный баланс наземных растений и спо- собствуют повышению их устойчивости к почвенной засухе. Предлагается усилить внимание к изучению роли кремния в адаптации растений к неблагоприятным изменениям абиотических факторов окружаю- щей среды. Ключевые слова: Phragmites australis, эпидермис листьев, ионы кремния, почвенная засуха. 96 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019. № 7 О.М. Недуха, Є.Л. Кордюм O.M. Nedukha, E.L. Kordyum M.G. Kholodny Institute of Botany of the NAS of Ukraine, Kyiv E-mail: o.nedukha@hotmail.com PARTICIPATION OF SILICON IONS IN THE TOLERANCE AND PLASTICITY OF PLANTS PHRAGMITES AUSTRALIS TO A SOIL MOISTURE REDUCTION The results of studies of the localization and the silicon content in the leaves of air-water and terrestrial plants Phragmites australis, which grew on the banks of the Dnipro River (in the zone of Kiev) are presented. For the study of the Si content in leaves, cytochemical and structural methods are used. Classical biochemical methods are used to analyze the water content of the samples and the moisture content of the soil, on which the reed plants grew. For the analysis, we took leaves in the vegetative growth phase. The presence and subcellular localization of silicon ions are studied with the use of a laser confocal microscope (LSM 5, Zeiss, Germany) and a scanning electron microscope (with X-ray unit EX-S4175GMU, JEOL, Japan). The presence of silicon amorphous and crystalline inclusions in the periclinal cell walls of main epidermal cells, trichomes, stomatal cells, and over the leaf veins of air-water and terrestrial reed plants is shown by confocal microscopy. For the first time, a significant increase in the content of amorphous and crystalline silicon in the epidermis of leaves of this species of terrestrial plants by microscopy and X-ray analysis is revealed. It has been established that the cells of abaxial epidermis, in particular, cells around stomata and trichomes, trichomes and cells above veins, are the main accumulators of silicon in the leaves. It is assumed that such localization and increased content of silicon optimize the water bal- ance of terrestrial plants and thus increase their resistance to soil drought. It is proposed to strengthen attention to the role of silicon in the adaptation of plants to adverse changes in abiotic environmental factors. Keywords: Phragmites australis, leaf epidermis, silicon ions, soil drought.

Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті

Репозитарії

Схожі ресурси