Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту
Вивчали метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи різних генотипів за умов водного дефіциту. Встановлено активацію сахарозофосфатсинтази (СФС) за короткотривалого (2 доби) водного дефіциту у стійких до цього стресу генотипів (Л 250, Л 390, гібрид F1 Титан 220 СВ) та інгібування — у середньо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физиология и биохимия культурных растений |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30280 |
| 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: | Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту / В.Д. Сакало, К.А. Ларченко, В.М. Курчій // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 4. — С. 305-313. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859683757611548672 |
|---|---|
| author | Сакало, В.Д. Ларченко, К.А. Курчій, В.М. |
| author_facet | Сакало, В.Д. Ларченко, К.А. Курчій, В.М. |
| citation_txt | Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту / В.Д. Сакало, К.А. Ларченко, В.М. Курчій // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 4. — С. 305-313. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физиология и биохимия культурных растений |
| description | Вивчали метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи різних генотипів за умов водного дефіциту. Встановлено активацію сахарозофосфатсинтази (СФС) за короткотривалого (2 доби) водного дефіциту у стійких до цього стресу генотипів (Л 250, Л 390, гібрид F1 Титан 220 СВ) та інгібування — у середньостійких гібридів F1 Росава, F1 Комета та нестійкої лінії Л 240. У разі подовження водного стресу до 4 діб відмічено інгібування СФС і збільшення накопичення сахарози і у стійких генотипів, що може бути одним із механізмів регуляції рівня сахарози в клітинах. За відновлення поливу активність СФС починала підвищуватись, але з різною інтенсивністю, незалежно від стійкості генотипу до водного дефіциту. Активність СФС, накопичення сахарози та збільшення її вмісту відносно крохмалю можуть бути допоміжними критеріями оцінки посухостійкості кукурудзи.
Изучали метаболизм сахарозы в листьях проростков кукурузы разных генотипов в условиях водного дефицита. Установлена активация сахарозофосфатсинтазы (СФС) при краткосрочном (2 сут) водном дефиците у устойчивых к этому стрессу генотипов (Л 250, Л 390, гибрид F1 Титан 220 СВ) и ингибирование — у среднеустойчивых гибридов F1 Росава, F1 Комета и неустойчивой линии Л 240. При продолжении водного стресса до 4 сут отмечено ингибирование СФС и увеличение накопления сахарозы и у устойчивых генотипов, что может быть одним из механизмов регуляции уровня сахарозы в клетках. При возобновлении полива активность СФС начинала повышаться, но с разной интенсивностью, независимо от стойкости генотипа к водному дефициту. Активность СФС, накопление сахарозы и увеличение ее содержания относительно крахмала могут быть дополнительными критериями оценки засухоустойчивости кукурузы.
The metabolism of sucrose in the leaves of seedlings of different maize genotypes under water deficit was studied. It was found the activation of sucrose phosphate synthase (SPS) during short term (2 days) water deficit in tolerant genotypes (L 250, L 390, hybrid F1 Titan 220 CB), but inhibition in middle tolerant F1 Rosava, F1 Cometa MB and in the non-tolerant L 240. During long term (4 days) water deficit the inhibition of SPS and increasing of the sucrose in the tolerant genotypes were detected, that might be one of the mechanisms of sucrose level regulation in the cells. When normal watering was restored the activity of SPS began increase, but with different intensivity independently to the tolerance of genotypes to water deficit. It is concluded that activity of SPS, sucrose accumulation and increasing of its concentration relative to starch can be used as additional criteria of drought-resistance evaluation of maize.
|
| first_indexed | 2025-11-30T21:27:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 581.1.134.631
СИНТЕЗ I МЕТАБОЛIЗМ САХАРОЗИ В ЛИСТКАХ ПРОРОСТКIВ
КУКУРУДЗИ ЗА УМОВ ВОДНОГО ДЕФIЦИТУ
В.Д. САКАЛО, К.А. ЛАРЧЕНКО, В.М. КУРЧIЙ
Iнститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України
03022 Київ, вул. Васильківська, 31/17
Вивчали метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи різних генотипів за
умов водного дефіциту. Встановлено активацію сахарозофосфатсинтази (СФС)
за короткотривалого (2 доби) водного дефіциту у стійких до цього стресу гено-
типів (Л 250, Л 390, гібрид F1 Титан 220 СВ) та інгібування — у середньостійких
гібридів F1 Росава, F1 Комета та нестійкої лінії Л 240. У разі подовження водно-
го стресу до 4 діб відмічено інгібування СФС і збільшення накопичення сахаро-
зи і у стійких генотипів, що може бути одним із механізмів регуляції рівня саха-
рози в клітинах. За відновлення поливу активність СФС починала підвищуватись,
але з різною інтенсивністю, незалежно від стійкості генотипу до водного дефі-
циту. Активність СФС, накопичення сахарози та збільшення її вмісту відносно
крохмалю можуть бути допоміжними критеріями оцінки посухостійкості куку-
рудзи.
Ключові слова: Zea mays L., генотипи, посуха, сахарозофосфатсинтаза, сахароза,
крохмаль.
Дефіцит води є основним абіотичним чинником, який лімітує продук-
тивність сільськогосподарських культур у посушливих і напівпосушли-
вих регіонах України. Оскільки деструктивні зміни рослин, спричинені
посухою, є наслідком порушення метаболічних процесів, з’ясування ре-
акції рослин на дію стресових чинників необхідне для розуміння ме-
ханізмів їх адаптації.
Рівень стійкості рослинного організму забезпечується перебудовою
метаболізму, спрямованого на його адаптацію до дії несприятливих чин-
ників. В адаптації рослинного організму до посухи важливу роль відігра-
ють вуглеводи. Зміну спрямованості вуглеводного обміну в рослинній
клітині у відповідь на дефіцит води вважають проявом адаптивної ре-
акції, основою якої є регуляція активності ферментних систем. Протек-
торна функція цукрів полягає в захисті білково-ліпідних комплексів
клітин у разі зневоднення, а як осмопротектори вони підвищують осмо-
тичний потенціал клітин рослин [2]. Показана можливість заміни води
на сахарозу в структурі фосфоліпідів за зневоднювальних стресів [3]. Є
дані щодо прямої захисної дії сахарози на ферментні білки при дегра-
дації клітин [14]. Крім того, цукри здатні активувати експресію генів, які
кодують ферменти, пов’язані з фотосинтезом, метаболізмом самих вуг-
леводів [8, 11].
Щоб оцінити фізіологічну роль вуглеводів, необхідні докази харак-
теру й механізмів регуляції активності ключових ферментів, їх залеж-
ності від інтенсивності стресового чинника, динаміки їх виявлення.
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ КУЛЬТ. РАСТЕНИЙ. 2009. Т. 41. № 4
305
© В.Д. САКАЛО, К.А. ЛАРЧЕНКО, В.М. КУРЧIЙ, 2009
Відомо, що посуха може викликати як зниження [19, 20], так і підви-
щення вмісту в клітині розчинних цукрів [6, 7]. Швидше за все це мож-
на пояснити фазою розвитку, різною стійкістю до стресу, ступенем зне-
воднення рослин. Оскільки вміст сахарози в листках визначається
динамічною рівновагою її синтезу й гідролізу, індукована стресами зміна
кількості сахарози може бути пов’язана з регуляцією активності фер-
ментів, які синтезують і залучають у метаболізм цей дисахарид. Iнтен-
сивнiсть синтезу сахарози, її включення в метаболізм стійких і чутливих
до водного стресу рослин можуть значно різнитись. За дії водного стре-
су на активність СФС між культурами виявлено відмінність. Показано,
що в зрілих листках квасолі та бобів активність СФС за водного дефіци-
ту знижується [4, 17], причому це супроводжується ослабленням фото-
синтезу. У сої, адаптованої до умов водного дефіциту, активність фер-
менту підвищувалась [5]. Реакція генотипів кукурудзи на дію стресових
чинників за цим показником практично не вивчена.
Роль ферменту, що контролює синтез і метаболізм сахарози, може
бути визначальною і характеризувати стійкість рослин до водного дефі-
циту, тому в реакції генотипів кукурудзи з різною толерантністю до по-
сухи важливо виявити зв’язок між характером вуглеводного обміну, про-
явом фізіологічних реакцій і стійкістю до посухи.
Метою нашої роботи було з’ясувати, як посуха різної інтенсивності
впливає на вуглеводний обмін листків проростків ліній і гібридів куку-
рудзи, що різняться за стійкістю до цього стресу. Вивчено динаміку ак-
тивності ферменту синтезу сахарози — СФС, вміст сахарози і крохмалю
як можливих ознак, пов’язаних із посухостійкістю.
Методика
Об’єктом дослідження були генотипи кукурудзи, отримані у відділі екс-
периментального мутагенезу, які характеризувались різними ступенями
адаптації до посухи, зокрема: середньостійкі до посухи гібриди F1 Росава
та F1 Комета МВ, посухостійкі лінії Л 250, Л 390, гібрид F1 Титан 220 СВ,
нестійка лінія Л 240. Для аналізів використовували листки 9- та 11-до-
бових проростків, які мало різнились за рівнем сформованості листково-
го апарату й активністю метаболічних процесів.
Насіння вирощували в піщаній культурі за природного освітлення й
температури 22—24 °С. Посуху створювали припиненням поливу 9-добо-
вих проростків протягом 2- або 4-х діб, контрольні проростки продовжу-
вали поливати.
СФС із листків виділяли за методом Губера [9], модифікованим що-
до культури.
Наважку листків масою 500 мг розтирали з 4 мл 50 мМ Мопc-NaOH
буфера (рН 7,5), в який добавляли 15 мМ MgCl2, 6 мМ ДТТ, 1 мМ ЕДТА
і 0,1 % тритону Х-100. Відціджений крізь капрон гомогенат центрифугу-
вали за 20 000 g протягом 15 хв. Для знесолення надосадової рідини про-
водили гельфільтрацію на Сефадексі G-25, урівноваженому тим самим
буфером, але без тритону Х-100. Процедуру виконували в тефлонових
трубках із решітчастим дном, які вміщували в центрифужні пробірки і
центрифугували за 5000 g протягом 5 хв. В отриманому екстракті визна-
чали вміст білків [10] і активність СФС.
Склад інкубаційного середовища для СФС за насичення субстрата-
ми: 50 мМ Мопc-NaOH буфера (рН 7,5); 10 мМ УДФГ; 40 мМ глюкозо-
306
В.Д. САКАЛО, Е.А. ЛАРЧЕНКО, В.М. КУРЧИЙ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 4
6-фосфату; 10 мМ фруктозо-6-фосфату; 15 мМ MgCl2; 2,5 мМ ДТТ;
45 мкл ферментного препарату. Загальний об’єм середовища — 70 мкл,
тривалість інкубації — 30 хв за 35 °С. Реакцію припиняли додаванням
70 мкл 30 %-го розчину КОН, фруктозу руйнували кип’ятінням протя-
гом 10 хв із лугом. Всі операції з ферментами проводили на холоді. Ак-
тивність СФС виражали в мікромолях утвореної сахарози на 1 мг білка
або на 1 г тканини за 1 год [13] . У дослідах використано реактиви фірми
«Serva» (Німеччина).
Для визначення вмісту розчинних цукрів і крохмалю наважку
листків масою 500 мг фіксували киплячим етанолом і проводили трира-
зове екстрагування 80 %-м етанолом. Зібрану після центрифугування за
5000 g надосадову рідину, яка містила розчинні цукри, випаровували, до-
водили об’єм дистильованою водою до 5 мл і використовували для виз-
начення сахарози резорциновим методом [13]. Для визначення крохма-
лю осад, отриманий після екстрагування розчинних цукрів, який містив
полісахариди, заливали гарячою водою і витримували на киплячій во-
дяній бані протягом 1 год для клейстеризації крохмалю. Після охолод-
ження до 50 °С додавали 1 од. -амілази («Fluca», Швейцарія), розчине-
ної у фосфатному буфері (рН 6,5), і залишали для інкубації за 37 °С на
30 хв. Після центрифугування надосадову рідину, що містила мальтозу й
декстрини, гідролізували 20 %-м розчином НСl протягом 30 хв на кип-
лячій водяній бані до глюкози і нейтралізували 20 %-м розчином NaOH.
Крохмаль визначали за вмістом глюкози арсеномолібдатним методом
[16] і множенням на коефіцієнт 0,93.
У таблицях наведено усереднені значення з 4—5 дослідів та їх стан-
дартні відхилення.
Результати та обговорення
Роль СФС — ферменту, що синтезує в листках сахарозу, яка є одним із
найважливіших осмопротекторів в умовах водного дефіциту — визна-
чальна. На регуляцію активності СФС в умовах стресу можуть впливати
як рівень накопичення метаболітів, так і генотипні особливості, толе-
рантність до посухи.
Тривалість посухи істотно змінювала активність СФС у листках
різних генотипів кукурудзи. Так, у нестійкої лінії Л 240 та середньо-
стійких гібридів F1 Комета МВ і F1 Росава 2-добова посуха спричинила
значне інгібування ферменту, причому знижувалась як питома ак-
тивність (на 56—66 % на 1 мг білка), так і загальна (на 46—57 % на 1 г
тканини), яка залежала від вмісту білка в тканині. Водночас у генотипах,
толерантних до посухи, СФС активувалась: у лінії Л 250 — на 76—88 %, у
гібрида F1 Титан 220 СВ — на 63—99, у лінії Л 390 — на 60—65 %.
Наведені дані засвідчують, що за короткотривалого водного дефіци-
ту активність СФС може бути маркерною ознакою посухостійкості за-
значених генотипів. Активування СФС як перший крок відповіді на ко-
роткотривалий водний дефіцит виявлене в дисках листків шпинату і
розглядається як участь ферменту в осморегуляції [12].
У період жорсткішої посухи (4 доби без поливу) активність СФС у
середньостійких гібридів F1 Комета МВ і F1 Росава продовжувала знижу-
ватись. Однак у цей період фермент СФС інгібувався також і у толерант-
них до посухи генотипів: у лінії Л 250 — на 49—56 %, у гібрида F1 Ти-
тан 220 СВ — на 47—52, у лінії Л 390 — на 38 %, тобто жорстка посуха
307
СИНТЕЗ И МЕТАБОЛИЗМ САХАРОЗЫ В ЛИСТЬЯХ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 4
призводила до інгібування синтезу сахарози як у нестійких, так і у
стійких генотипів кукурудзи (табл. 1).
Отже, тільки за нетривалого водного стресу активність СФС може
слугувати допоміжним критерієм оцінювання реакції генотипів кукуруд-
зи на посухостійкість, оскільки тривала посуха інгібує фермент незалеж-
но від стійкості генотипів до цього стресу. Тут важливо визначити вміст
сахарози у тканинах листків, оскільки саме вона може регулювати актив-
ність ферменту.
Iнгібування СФС за нетривалого водного стресу менш посухо-
стійких генотипів мало впливало на рівень сахарози в них, однак спос-
терігалась тенденція до його збільшення на 9—34 %. У стійких ліній
Л 390 і Л 250 активування СФС супроводжувалось збільшенням вмісту
сахарози на 18—63 %, у гібрида F1 Титан 220 СВ вміст сахарози зали-
шався на контрольному рівні. Тобто за короткотривалого водного дефі-
циту й чіткої відмінності в активуванні СФС у стійких і нестійких до
посухи генотипів вміст сахарози — основної протекторної сполуки
хоча й незначно, але підвищувався, проте у посухостійкого гібрида F1
Титан 220 СВ такого ефекту не помічено навіть за значного активуван-
ня (на 63 %) СФС.
308
В.Д. САКАЛО, Е.А. ЛАРЧЕНКО, В.М. КУРЧИЙ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 4
ТАБЛИЦЯ 1. Активність сахарозофосфатсинтази в листках проростків кукурудзи, вирощених
за умов водного стресу
Активність СФС
мкмоль сахарози/
(мг білка · год)
мкмоль сахарози/
(г тканини · год)
Генотип
Контроль Посуха Контроль Посуха
Тривалість посухи 2 доби
Лінія Л 240
5,3±0,2
100
1,88±0,05*
34
126,7±4,6
100
55,0±2,4*
43
F1 Комета МВ
5,7±0,3
100
2,70±0,01*
47
131,5±2,5
100
71,1±5,0*
54
F1 Росава
3,60±0,05
100
1,60±0,04*
44
137,4±2,4
100
62,0±2,0*
45
Лінія Л 250
0,90±0,03
100
1,70±0,02*
188
38,3±1,6
100
67,5±0,9*
176
F1 Титан 220 СВ
1,75±0,07
100
2,85±0,03*
163
58,2±1,6
100
115,6±2,3*
199
Лінія Л 390
2,55±0,04
100
4,2±0,1*
165
106,4±1,0
100
170,5±2,5*
160
Тривалість посухи 4 доби
Лінія Л 240
3,8±0,2
100
2,10±0,04*
53
114,8±12,8
100
71,5±1,9*
62
F1 Комета МВ
3,85±0,30
100
0,75±0,01*
19
114,5±10,5
100
36,5±1,0*
32
F1 Росава
4,8±0,2
100
1,60±0,01*
33
140,1±9,4
100
68,0±2,6*
48
Лінія Л 250
4,1±0,2
100
1,80±0,03*
44
144,4±12,6
100
73,4±6,0*
51
F1 Титан 220 СВ
3,9±0,2
100
1,90±0,03*
48
109,0±1,6
100
57,7±2,3*
53
Лінія Л 390
2,75±0,30
100
1,70±0,05*
62
46,7±2,8
100
31,4±2,2*
67
*Тут і в табл. 2—4: різниця вірогідна за р = 0,05 відносно контролю.
За довготривалого водного дефіциту рівень сахарози в нестійкої
лінії та середньостійкого гібрида F1 Комета МВ залишався на рівні кон-
тролю, у середньостійкого гібрида F1 Росава й толерантних до посухи
ліній Л 250, Л 390 і гібрида F1 Титан 220 СВ рівень сахарози значно зро-
став поряд з інгібуванням ферменту її синтезу (табл. 2), тобто генотипи
кукурудзи з різною чутливістю до водного дефіциту по-різному реагують
на тривалість водного стресу за активністю СФС і вмістом сахарози в
листках 9- та 11-добових проростків. Підвищення рівня сахарози за три-
валого водного стресу у стійких ліній, гібрида F1 Титан 220 СВ і серед-
ньостійкого гібрида F1 Росава може бути результатом уповільнення
включення її в метаболізм і виконувати осмопротекторну функцію, од-
нак накопичена сахароза, у свою чергу, здатна інгібувати СФС. Знижен-
ня активності СФС в умовах накопичення ендогенної сахарози (при
гальмуванні відтоку) ми раніше виявили в листках цукрових буряків [1].
У стійких до дефіциту води генотипів кукурудзи накопичена за довго-
тривалого водного стресу сахароза так само інгібує фермент. Це явище
можна розглядати як один із механізмів регуляції рівня сахарози в клі-
тині, порушення якого може призвести до деструктивних змін.
Активацію СФС і акумуляцію сахарози в умовах водного дефіциту
виявлено в стеблах рису [18]. Ми вважаємо, що ця реакція має генотип-
ну відмінність і залежить від тривалості водного стресу. У стійких до вод-
ного стресу генотипів кукурудзи за короткотривалого зневоднення акти-
вування СФС і підвищення рівня сахарози засвідчують їх здатність до
адаптації в цих умовах. У разі подовження водного стресу накопичена
сахароза починає виконувати роль не тільки осмопротектора, а й інгібі-
тора СФС, фермент за 4-добового водного дефіциту у стійких генотипів
інгібується надлишком сахарози.
Незмінний рівень сахарози і низька активність СФС як за коротко-
го, так і за тривалого водного стресу в менш стійких генотипів засвідчує,
що рівень їх адаптації нижчий, ніж у стійких генотипів.
Протекторну роль виконує і крохмаль хлоропластів. Акумулюючись
у хлоропластах упродовж дня, вночі він ремобілізується для синтезу са-
харози. В разі уповільнення росту рослин, що трапляється внаслідок
стресів, крохмаль також може бути допоміжним джерелом біосинтезу са-
309
СИНТЕЗ И МЕТАБОЛИЗМ САХАРОЗЫ В ЛИСТЬЯХ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 4
ТАБЛИЦЯ 2. Вміст сахарози в листках проростків кукурудзи, вирощених за умов водного
стресу
Сахароза, мкмоль/г сухої речовини за тривалості посухи
2 доби 4 доби Генотип
Контроль Посуха Контроль Посуха
Лінія Л 240 141,6±1,5
100
168,8±1,0*
119
345,5±5,6
100
376,0±4,4
109
F1 Комета МВ
245,0±3,0
100
267,6±30,9
109
330,4±5,0
100
323,2±2,9
98
F1 Росава
175,1±1,6
100
234,3±5,0*
134
236,0±7,5
100
380,1±12,0*
161
Лінія Л 250
129,7±0,7
100
211,5±1,5*
163
261,1±7,2
100
439,0±7,0*
168
F1 Титан 220 СВ
188,9±2,4
100
187,4±2,0
99
220,1±11,4
100
309,0±10,0*
140
Лінія Л 390
230,6±3,8
100
272,4±3,6*
118
235,1±3,6
100
376,8±6,7*
160
харози. Iз крохмалю формується запас асимілятів, а утворені в результаті
мобілізації крохмалю тріозофосфати відіграють важливу роль у системі
ендогенної регуляції СФС [15]. Показано, що в стеблах рису за водного
дефіциту активність СФС підвищувалась внаслідок інтенсивного гідро-
лізу крохмалю амілазами [18]. У генотипах кукурудзи короткотривалий
водний дефіцит незначно ініціював процес гідролізу крохмалю, а подов-
ження посухи до 4 діб дещо його підсилювало. За водного дефіциту
крохмаль гідролізувався найінтенсивніше у середньостійкого гібрида F1
Комета МВ (табл. 3). Оскільки продукти гідролізу крохмалю можуть ви-
користовуватись як субстрати для синтезу сахарози, важливою є зміна
співвідношення сахароза/крохмаль за двох термінів посухи. За коротко-
тривалого водного дефіциту в нестійкої лінії співвідношення сахаро-
за/крохмаль збільшувалось на 21 %, у середньостійких — на 31—23, у
посухостійких — на 74—31—38 %. У разі подовження посухи до 4 діб
співвідношення сахароза/крохмаль у нестійкої лінії підвищувалось до
33 %, у середньостійких — до 63—74, у стійких — до 88—97 % (див.
табл. 3). Отже, стійкі до посухи генотипи (Л 250, Л 390, гібрид F1 Титан
220 СВ) значну частину сахарози отримують внаслідок гідролізу крохма-
лю, а збільшення співвідношення сахароза/крохмаль у них можна роз-
глядати як ознаку, пов’язану із посухостійкістю.
310
В.Д. САКАЛО, Е.А. ЛАРЧЕНКО, В.М. КУРЧИЙ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 4
ТАБЛИЦЯ 3. Вміст крохмалю та співвідношення сахароза/крохмаль у листках проростків
кукурудзи, вирощених за умов водного стресу
Крохмаль, мкмоль глюкози/г
сухої речовини Сахароза/крохмаль
Генотип
Контроль Посуха Контроль Посуха
Тривалість посухи 2 доби
Лінія Л 240 39,1±1,3
100
36,6±1,0*
94 3,8 4,6
F1 Комета МВ 62,2±3,7
100
46,1±2,1*
74 3,9 5,1
F1 Росава 40,9±2,4
100
44,5±2,5
109 4,3 5,3
Лінія Л 250 30,8±2,1
100
28,9±1,9*
94 4,2 7,3
F1 Титан 220 СВ 26,8±1,6
100
20,4±1,7
76 7,0 9,2
Лінія Л 390 61,5±3,8
100
53,9±2,1*
88 3,7 5,1
Тривалість посухи 4 доби
Лінія Л 240 35,2±1,4
100
28,8±1,8*
82 9,8 13,0
F1 Комета МВ 43,5±2,5
100
26,0±1,0*
60 7,6 12,4
F1 Росава 46,7±2,0
100
43,7±2,5
94 5,0 8,7
Лінія Л 250 39,1±2,1
100
34,8±1,9*
89 6,7 12,6
F1 Титан 220 СВ 58,3±6,2
100
41,3±2,4*
71 3,8 7,5
Лінія Л 390 25,6±2,0
100
21,8±1,1
85 9,2 17,3
З урахуванням важливої ролі СФС, зміни її активності в різних ге-
нотипів за умов посухи, важливо було з’ясувати, як швидко після віднов-
лення поливу нормалізується функціонування ферменту.
За умов 4-добової посухи інгібування ферменту СФС як у стійких,
так і менш стійких генотипів було значним (48—84 %). Після відновлен-
ня поливу впродовж 2 діб активність СФС починала підвищуватись. У
нестійкої лінії Л 240 і гібрида F1 Комета МВ активність СФС після від-
новлення поливу зростала усього на 8—19 % відповідно, у середньостій-
кого гібрида F1 Росава — досягала рівня контролю, у стійкої лінії Л 390
фермент навіть активувався на 50 %. Активація СФС у стійкого гібрида
F1 Титан 220 СВ на фоні сильного інгібування ферменту в умовах посу-
хи після відновлення поливу збільшилась із 24 до 43 % (табл. 4). Наве-
дені дані засвідчують, що СФС у генотипах кукурудзи дуже лабільно ре-
агує на дефіцит води і після відновлення поливу активність ферменту
найінтенсивніше зростає у середньостійкого гібрида F1 Росава та стійкої
лінії Л 390.
Отже, в результаті досліджень встановлено, що в 6 генотипах куку-
рудзи за дії водного стресу різної тривалості істотно змінюється функці-
онування ферменту синтезу сахарози — СФС: у стійких генотипів за
умов короткотривалого дефіциту води він активується, у нестійких і
середньостійких — інгібується. Цей ефект разом із накопиченням саха-
рози і збільшенням співвідношення сахароза/крохмаль, особливо знач-
ним у посухостійких генотипів за довготривалого водного стресу, може
бути допоміжним критерієм при оцінюванні потенційної посухостій-
кості.
1. Сакало В.Д., Курчий В.М. Регуляция углеводного метаболизма эндогенной сахарозой в
листьях сахарной свеклы // Физиология и биохимия культ. растений. — 2007. — 39,
№ 6. — С. 506—513.
2. Франко О.Л., Мело Ф.Р. Осмопротекторы: ответ растений на осмотический стресс //
Физиология растений. — 2000. — 47, № 1. — С. 152—159.
3. Caffery T., Fonsega V., Carl Leopold A. Lipid-sugar interaction relevance to anhydrous bio-
logy // Plant Physiol. — 1988. — 86, N 3. — P. 754—758.
4. Castrillo M. Sucrose metabolism in bean plants under water deficit // J. Exp. Bot. — 1992. —
43, N 257. — P. 1557—1561.
311
СИНТЕЗ И МЕТАБОЛИЗМ САХАРОЗЫ В ЛИСТЬЯХ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 4
ТАБЛИЦЯ 4. Активність сахарозофосфатсинтази в листках проростків кукурудзи за
відновлення поливу після дії 4-добової посухи
Активність СФС, мкмоль сахарози/(мг білка · год)
Генотип
Контроль Посуха Контроль Відновлення
поливу
Лінія Л 240 5,2±0,4
100
2,50±0,05*
48
3,0±0,4
100
2,0±0,1
67
F1 Комета МВ 6,2±0,2
100
3,20±0,01*
52
4,2±0,1
100
2,50±0,05*
60
F1 Росава 3,7±0,1
100
0,60±0,01*
16
2,6±0,1
100
2,60±0,05
100
Лінія Л 250 2,30±0,01
100
0,90±0,05*
40
2,30±0,01
100
1,20±0,01*
52
F1 Титан 220 СВ 5,4±0,2
100
1,30±0,01*
24
2,8±0,4
100
1,20±0,01*
43
Лінія Л 390 0,80±0,01
100
0,20±0,01*
37
2,00±0,05
100
3,00±0,07*
150
5. Cheikh N., Brenner M.L. Regulation of key enzymes of sucrose biosynthesis in soybean leaves //
Plant Physiol. — 1992. — 100. — P. 1230—1237.
6. Geigenberger P., Reinholz R., Langerberger S. et al. Regulation of sucrose and starch metabo-
lism in potato tubers in response to short term water-deficit // Planta. — 1997. — 201, N 3. —
P. 446—453.
7. Gill P.K., Sharma A.D., Singh P., Bhullar S.S. Effect of various abiotic stresses on the growth,
soluble sugars and water relations of sorghum seedlings grown in light and darkness // Bulg.
J. Plant Physiol. — 2001. — 27, N 1/2 . — P. 72—84.
8. Ho S.-L., Chao Y.-C., Tong W.-F., Yu S.-M. Sugar coordinately and differentially regulates
growth- and stress-related gene expression via a complex signal transduction network and mul-
tiple control mechanism // Plant Physiol. — 2001. — 125, N 4. — P. 877—890.
9. Huber S.C. Role of sucrose phosphate synthetase in partitioning of carbon in leaves // Ibid. —
1983. — 71, N 4. — P. 818—821.
10. Lowry O.N., Rosebrough N.J., Farr A.J., Rondall A.J. Protein measurement with the folin phe-
nol reagent // J. Biol. Chem. — 1951. — 192, N 2. — P. 265—275.
11. Pego J.V., Kortstee A.J., Huijser G., Smeekens C.M. Photosynthesis, sugar and gene expression //
J. Exp. Bot. — 2000. — 61, N 2. — P. 407—416.
12. Quik P., Siegl G., Neuhaus E. et al. Short-term water stress leads to a stimulation of sucrose
synthesis by activating sucrose-phosphate synthase // Planta. — 1989. — 177, N 3. — P. 535—
546.
13. Roe J.H. A Colorimetric method for the determination of fructose in blood and urine // J.
Biol. Chem. — 1954. — 107. — P. 15—22.
14. Schwab K.B., Gaff D.E. Influence of compatible solutes on soluble enzymes on sensitive
Sporobus pyramidalis // J. Plant Physiol. — 1990. — 2. — P. 208—215.
15. Sicher R., Kremer D. Changes of sucrose phosphate synthase activity in barley primary leaves
during light/dark transitions // Plant Physiol. — 1984. — 76. — P. 910—912.
16. Somogyi M. Notes on sugar determination // J. Biol. Chem. — 1952. — 195, N 1. — P. 18—
23.
17. Vassey T.L., Quick W.P., Sharkey T.D., Stitt M. Water stress, carbon dioxide and light effects
on sucrose phosphate synthase activity in Phaseolus vulgaris // Physiol. Plant. — 1991. — 81,
N 1. — P. 37—44.
18. Yang J., Zhang J., Wang Z., Zhu Q. Activities of starch hydrolytic enzymes and sucrose-phos-
phate synthase in the stems of rice subjected to water stress during grain filling // J. Exp.
Bot. — 2001. — 52, N 364. — P. 2169—2179.
19. Yordanov I., Velikova V., Tsonev T. Plant responses to drought, acclimation, and stress tole-
rance // Photosynthetica. — 2000. — 38, N 1. — P. 171—186.
20. Zayed M.A., Zeid I.M. Effect of water and salt stresses on growth, chlorophyll, mineral ions
and organic solutes contents, and enzymes activity in mung bean seedlings // Biol. Plant. —
1997. — 40, N 3. — P. 351—356.
Отримано 28.01.2009
СИНТЕЗ И МЕТАБОЛИЗМ САХАРОЗЫ В ЛИСТЬЯХ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ В
УСЛОВИЯХ ВОДНОГО ДЕФИЦИТА
В.Д. Сакало, Е.А. Ларченко, В.М. Курчий
Институт физиологии растений и генетики Национальной академии наук Украины, Киев
Изучали метаболизм сахарозы в листьях проростков кукурузы разных генотипов в услови-
ях водного дефицита. Установлена активация сахарозофосфатсинтазы (СФС) при кратко-
срочном (2 сут) водном дефиците у устойчивых к этому стрессу генотипов (Л 250,
Л 390, гибрид F1 Титан 220 СВ) и ингибирование — у среднеустойчивых гибридов F1 Ро-
сава, F1 Комета и неустойчивой линии Л 240. При продолжении водного стресса до 4 сут
отмечено ингибирование СФС и увеличение накопления сахарозы и у устойчивых геноти-
пов, что может быть одним из механизмов регуляции уровня сахарозы в клетках. При во-
зобновлении полива активность СФС начинала повышаться, но с разной интенсивностью,
независимо от стойкости генотипа к водному дефициту. Активность СФС, накопление са-
харозы и увеличение ее содержания относительно крахмала могут быть дополнительными
критериями оценки засухоустойчивости кукурузы.
312
В.Д. САКАЛО, Е.А. ЛАРЧЕНКО, В.М. КУРЧИЙ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 4
SYNTHESIS AND SUCROSE METABOLISM IN THE LEAVES OF MAIZE SEEDLINGS
UNDER WATER STRESS
V.D. Sakalo, K.A. Larchenko, V.M. Kurchii
Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine
31/17 Vasylkivska St., Kyiv, 03022, Ukraine
The metabolism of sucrose in the leaves of seedlings of different maize genotypes under water
deficit was studied. It was found the activation of sucrose phosphate synthase (SPS) during short
term (2 days) water deficit in tolerant genotypes (L 250, L 390, hybrid F1 Titan 220 CB), but inhi-
bition in middle tolerant F1 Rosava, F1 Cometa MB and in the non-tolerant L 240. During long
term (4 days) water deficit the inhibition of SPS and increasing of the sucrose in the tolerant geno-
types were detected, that might be one of the mechanisms of sucrose level regulation in the cells.
When normal watering was restored the activity of SPS began increase, but with different inten-
sivity independently to the tolerance of genotypes to water deficit. It is concluded that activity of
SPS, sucrose accumulation and increasing of its concentration relative to starch can be used as
additional criteria of drought-resistance evaluation of maize.
Key words: Zea mays L., genotypes, drought, sucrose phosphate synthase, sucrose, starch.
313
СИНТЕЗ И МЕТАБОЛИЗМ САХАРОЗЫ В ЛИСТЬЯХ ПРОРОСТКОВ КУКУРУЗЫ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 4
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-30280 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0522-9310 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T21:27:32Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сакало, В.Д. Ларченко, К.А. Курчій, В.М. 2012-01-28T13:34:15Z 2012-01-28T13:34:15Z 2009 Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту / В.Д. Сакало, К.А. Ларченко, В.М. Курчій // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 4. — С. 305-313. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 0522-9310 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30280 581.1.134.631 Вивчали метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи різних генотипів за умов водного дефіциту. Встановлено активацію сахарозофосфатсинтази (СФС) за короткотривалого (2 доби) водного дефіциту у стійких до цього стресу генотипів (Л 250, Л 390, гібрид F1 Титан 220 СВ) та інгібування — у середньостійких гібридів F1 Росава, F1 Комета та нестійкої лінії Л 240. У разі подовження водного стресу до 4 діб відмічено інгібування СФС і збільшення накопичення сахарози і у стійких генотипів, що може бути одним із механізмів регуляції рівня сахарози в клітинах. За відновлення поливу активність СФС починала підвищуватись, але з різною інтенсивністю, незалежно від стійкості генотипу до водного дефіциту. Активність СФС, накопичення сахарози та збільшення її вмісту відносно крохмалю можуть бути допоміжними критеріями оцінки посухостійкості кукурудзи. Изучали метаболизм сахарозы в листьях проростков кукурузы разных генотипов в условиях водного дефицита. Установлена активация сахарозофосфатсинтазы (СФС) при краткосрочном (2 сут) водном дефиците у устойчивых к этому стрессу генотипов (Л 250, Л 390, гибрид F1 Титан 220 СВ) и ингибирование — у среднеустойчивых гибридов F1 Росава, F1 Комета и неустойчивой линии Л 240. При продолжении водного стресса до 4 сут отмечено ингибирование СФС и увеличение накопления сахарозы и у устойчивых генотипов, что может быть одним из механизмов регуляции уровня сахарозы в клетках. При возобновлении полива активность СФС начинала повышаться, но с разной интенсивностью, независимо от стойкости генотипа к водному дефициту. Активность СФС, накопление сахарозы и увеличение ее содержания относительно крахмала могут быть дополнительными критериями оценки засухоустойчивости кукурузы. The metabolism of sucrose in the leaves of seedlings of different maize genotypes under water deficit was studied. It was found the activation of sucrose phosphate synthase (SPS) during short term (2 days) water deficit in tolerant genotypes (L 250, L 390, hybrid F1 Titan 220 CB), but inhibition in middle tolerant F1 Rosava, F1 Cometa MB and in the non-tolerant L 240. During long term (4 days) water deficit the inhibition of SPS and increasing of the sucrose in the tolerant genotypes were detected, that might be one of the mechanisms of sucrose level regulation in the cells. When normal watering was restored the activity of SPS began increase, but with different intensivity independently to the tolerance of genotypes to water deficit. It is concluded that activity of SPS, sucrose accumulation and increasing of its concentration relative to starch can be used as additional criteria of drought-resistance evaluation of maize. uk Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України Физиология и биохимия культурных растений Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту Синтез и метаболизм сахарозы в листьях проростков кукурузы в условиях водного дефицита Synthesis and sucrose metabolism in the leaves of maize seedlings under water stress Article published earlier |
| spellingShingle | Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту Сакало, В.Д. Ларченко, К.А. Курчій, В.М. |
| title | Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту |
| title_alt | Синтез и метаболизм сахарозы в листьях проростков кукурузы в условиях водного дефицита Synthesis and sucrose metabolism in the leaves of maize seedlings under water stress |
| title_full | Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту |
| title_fullStr | Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту |
| title_full_unstemmed | Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту |
| title_short | Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту |
| title_sort | синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного дефіциту |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30280 |
| work_keys_str_mv | AT sakalovd sintezímetabolízmsaharozivlistkahprorostkívkukurudzizaumovvodnogodefícitu AT larčenkoka sintezímetabolízmsaharozivlistkahprorostkívkukurudzizaumovvodnogodefícitu AT kurčíivm sintezímetabolízmsaharozivlistkahprorostkívkukurudzizaumovvodnogodefícitu AT sakalovd sintezimetabolizmsaharozyvlistʹâhprorostkovkukuruzyvusloviâhvodnogodeficita AT larčenkoka sintezimetabolizmsaharozyvlistʹâhprorostkovkukuruzyvusloviâhvodnogodeficita AT kurčíivm sintezimetabolizmsaharozyvlistʹâhprorostkovkukuruzyvusloviâhvodnogodeficita AT sakalovd synthesisandsucrosemetabolismintheleavesofmaizeseedlingsunderwaterstress AT larčenkoka synthesisandsucrosemetabolismintheleavesofmaizeseedlingsunderwaterstress AT kurčíivm synthesisandsucrosemetabolismintheleavesofmaizeseedlingsunderwaterstress |