Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту

Методом лазерно-конфокальної мікроскопії досліджено розподіл целюлози в клітинах епідермісу та мезофілу листків Sium latifolium у фазі бутонізації та плодоношення. За допомогою програмного забезпечення PASCAL встановлено, що відносний вміст целюлози у клітинних оболонках залежить від тканини листка,...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Цитология и генетика
Date:	2009
Main Author:	Недуха, О.М.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України 2009
Subjects:	Оригинальные работы
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66628
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту / О.М. Недуха // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 2. — С. 11-20. — Бібліогр.: 21 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860266682773143552
author	Недуха, О.М.
author_facet	Недуха, О.М.
citation_txt	Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту / О.М. Недуха // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 2. — С. 11-20. — Бібліогр.: 21 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Цитология и генетика
description	Методом лазерно-конфокальної мікроскопії досліджено розподіл целюлози в клітинах епідермісу та мезофілу листків Sium latifolium у фазі бутонізації та плодоношення. За допомогою програмного забезпечення PASCAL встановлено, що відносний вміст целюлози у клітинних оболонках залежить від тканини листка, фази онтогенезу рослини та умов її зростання. Біохімічними методами виявлено, що помірний водний дефіцит знижує вміст аморфної форми целюлози та збільшує вміст кристалічної форми целюлози в процесі росту рослини. Методом лазерно-конфокальной микроскопии исследовано распределение целлюлозы в клетках эпидермиса и мезофилла листьев Sium latifolium в фазе бутонизации и плодоношения. С помощью программного обеспечения PASCAL установлено, что относительное содержание целлюлозы в клеточных оболочках зависит от типа ткани, фазы онтогенеза и условий роста растения. Биохимическим методом выявлено, что умеренный водный дефицит снижает содержание аморфной целлюлозы и увеличивает содержание кристаллической целлюлозы. The distribution of cellulose in the cells of epidermis and mesophyll of Sium latifolium leaves at the phases of flowering and seedling by the laser¬confocal microscopic method has been investigated. The dependence of the relative content of cellulose in cell walls on the tissue type, phase of plant ontogenesis and the environment conditions has been established by using of PASCAL Program. It has been revealed that moderate water deficit leads to decrease of amorphous cellulose content and to increase of crystalline cellulose content during plant growth.
first_indexed	2025-12-07T19:01:54Z
format	Article
fulltext	ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 2 11 УДК 576.31.582.536 О.М. НЕДУХА Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України, Київ E�mail: o.nedukha@hotmail.com ЦИТОХІМІЧНИЙ ТА БІОХІМІЧНИЙ АНАЛІЗ ЛОКАЛІЗАЦІЇ ТА ВМІСТУ ЦЕЛЮЛОЗИ У ЛИСТКАХ SIUM LATIFOLIUM ЗА УМОВ ВОДНОГО ДЕФІЦИТУ Методом лазерно�конфокальної мікроскопії дослідже� но розподіл целюлози в клітинах епідермісу та мезофілу листків Sium latifolium у фазі бутонізації та плодоно� шення. За допомогою програмного забезпечення PASCAL встановлено, що відносний вміст целюлози у клітинних оболонках залежить від тканини листка, фази онтоге� незу рослини та умов її зростання. Біохімічними метода� ми виявлено, що помірний водний дефіцит знижує вміст аморфної форми целюлози та збільшує вміст кристаліч� ної форми целюлози в процесі росту рослини. Вступ. Целюлоза – основний полісахарид клітинних оболонок, який надає їм міцності і регулює пластичність. Целюлоза складається із одиниць β�(1–4)�глюкопіранози, з’єднаних глюкозидними зв’язками між першим та чет� вертим атомами вуглецю під кутом 180°. Відомо, що 36 паралельних молекул целюлози форму� ють елементарну фібрилу шириною 2–4 нм і довжиною до 5000 нм. У фібрилах целюлози виявляються кристалічні та аморфні зони. Елементарні фібрили з’єднуються у мікрофіб� рили шириною 10–30 нм та довжиною від 100 до 40 000 нм [1]. Відомо, що целюлоза змі� нює структуру під час росту та диференціації клітини. Загальний вміст целюлози у первин� ній оболонці коливається від 20 до 30 %, у вто� ринній оболонці – 40–90 % сухої маси [2]. Вміст целюлози в оболонках також залежить від виду та органу: у стеблах Avena sativa він ста� новив 60,6 % (сухої маси), у стеблах Triticum aes� tivum – 75,7 %, у листках та стеблах Trifolium repens – 23,6 %, у стеблах Hordeum vulgare – 71,7 %, у стеблах Arabidopsis thaliana – від 10 до 36 %, у насінні різних видів рослин – від 14,7 до 80,2 % [3, 4]. Відомо, що целюлоза рослинних клітин мо� же бути у двох формах – кристалічній та/або аморфній. Вміст аморфної целюлози залежить від виду рослини: у листках Populus candensis він коливався від 10 до 15 %, у листках злаку Phragmites australis – до 95 % [5, 6], тоді як у оболонках диференційованих клітин волокон Gossypium herbaceum виявлено лише сліди аморф� ної целюлози. Оболонки містили в основному кристалічну форму целюлози [2, 5]. Дія водного дефіциту призводить до змен� шення розмірів листків та клітин [7, 8]. При� чинами інгібування росту клітин можуть бути зміни тривалості клітинного циклу, величини тургору та осмотичного потенціалу клітин, пригнічення синтезу полісахаридів клітинних оболонок, у тому числі і целюлози. Дані щодо змін вмісту полісахаридів оболонок при дії водного дефіциту фрагментарні. Більшість ро� біт присвячені вивченню лігніфікації клітин� них оболонок та дослідженню їх структури [9–11]. Які ж зміни відбуваються у вмісті це� люлози в клітинах тієї чи іншої тканини, як впливає природний водний дефіцит на спів� відношення аморфної до кристалічної целю� лози у надземних органах рослин в природних умовах досліджено недостатньо. Тому нашим© О.М. НЕДУХА, 2009 ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 212 О.М. Недуха завданням було дослідження целюлози в клі� тинних оболонках листків двох екотипів Sium latifolium L. у фазі бутонізації та початку пло� доношення. Матеріали і методи. Об’єктом дослідження були листки повітряно�водних рослин Sium lat� ifolium L., які зростали у воді (на глибині 20– 40 см) вздовж річки Псьол (м. Велика Багачка Полтавської обл.) та на суходолі – на відстані кількох метрів від берега, у затінку. Для до� сліджень листки веху широколистого збирали у фазі бутонізації (перша декада червня) і по� чатку плодоношення (третя декада липня). Для цитохімічних досліджень клітин вирі� зали полоски із серединної частини листкових пластинок шириною до 4 мм, довжиною до 10– 12 мм (від краю листочка до середньої жилки) трьох рослин повітряно�водної та трьох рос� лин суходільної форм веху. Фіксували перші дольки (листочки) складних листків у рослин обох екотипів. Локалізацію та відносний вміст целюлози у клітинних оболонках визначали за методом Херза [12]. Зразки фіксували у розчи� ні 1,25 % параформальдегіду на 0,01 М фос� фатному буфері (рН 7,4) впродовж 1 год при +25 °С (у польових умовах), потім переносили у термос�холодильник при +5°С. Наступні про� цедури проводили в лабораторії. Префіксова� ні та промиті у буфері зразки інкубували у 0,001%�ному розчині калькофлуору впродовж 15–20 хв, промивали буфером та досліджували у лазерному скануючому конфокальному мік� роскопі LSM 5 PASCAL («Сarl Zeiss», Німеч� чина). Комплекс калькофлуор – целюлоза мав зелену флуоресценцію при довжині хвилі збуд� ження 494 нм та довжині хвилі емісії 516 нм. Дані розподілу комплексу калькофлуор – це� люлоза в оболонках, а також вимірів інтенсив� ності його флуоресценції отримано за допомо� гою програмного забезпечення PASCAL. Згідно з цією програмою інтенсивність флуоресцен� ції корелює з вмістом целюлози, яка зв’язалась із флуорохромом (калькофлуором). Автофлуо� ресценцію хлорофілу виявляли використову� ючи канал лазерного мікроскопа із довжиною хвилі збудження 440 нм та довжиною хвилі емі� сії 660 нм. Для цитохімічних досліджень брали по 100 клітин мезофілу та 50–60 клітин епі� дермісу із кожного листка. В експериментах використано 12 листків із трьох рослин сухо� дільного та 12 листків із трьох повітряно�вод� них рослин. Одержані дані обробляли статис� тично за програмою БІО�8. Повторність до� слідів триразова. Визначення вмісту кристалічної та аморф� ної целюлози проводили методом послідовно� го кислотного гідролізу за методом Арасимо� вича та ін. [13], який заснований на поступо� вому екстрагуванні цукрів, пектину, геміцелю� лоз, а потім – на гідролізі аморфної та криста� лічної целюлози. Для однієї проби брали сере� динні вирізки (без центральної жилки) із 12–15 листків у шести рослин кожного екотипу веху. Для кожного аналізу використовували по шість проб з водного екотипу веху та по шість проб з рослин суходільного екотипу. Для одер� жання сухої маси матеріал висушували при 85 °С впродовж 12 год та 1 год – при 105 °С. Хід біохімічного аналізу був наступний. Для однієї повторності завжди брали дві паралельні проби, одна із яких після видалення цукрів, пектинів та геміцелюлоз використовувалась нами для визначення загального вмісту целю� лози, друга – для визначення вмісту аморфної целюлози. Спочатку із матеріалу екстрагували цукри гарячою водою (80 °С) впродовж 60 хв, одержаний екстракт фільтрували через скляний фільтр, осад підсушували при 50 °С. Потім із осаду екстрагували пектини гарячою DН2О на водяній бані при температурі 45 °С впродовж 90 хв; екстракт знову фільтрували. Отриманий осад заливали 0,3 н HCl (50 мл) на 90 хв при кімнатній температурі для видалення протопек� тину. Фільтрацію осаду повторювали, далі при 80 °С з осаду екстрагували геміцелюлози впро� довж 5 год з використанням 2 % HCl, після чо� го осад промивали DН2О до нейтральної реакції. Отриманий осад однієї (першої) проби 2 год гідролізували 72%�ною H2SO4, далі нейтралізу� вали основою, переносили в мірну колбу на 250 мл, доводили до мітки і в аліквоті визнача� ли редуковані сахари по Бертрану за формулою Х = aV · 100/Vlн, де Х – вміст цукру, %; а – кількість цукрів у взятому об’ємі (Vl), яку знайдено за номогра� мою (калібрувальна крива, побудована по глю� козі), мг; V – об’єм витяжки, яку отримано із наважки, мл; Vl – проба витяжки, яка взята для визначення, мл; н – маса наважки, г. Та� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 2 13 Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium ким чином вираховували загальний вміст цук� рів, величину якого множили на коефіцієнт 0,9 [13, с. 164], та отримували загальний вміст целюлози в листках. Осад другої проби 3 год гідролізували 12%� ною HCl. В цих умовах гідролізується аморфна форма целюлози. Отриману після гідролізу рі� дину нейтралізували основою, переносили в мірну колбу на 250 мл, доводили до мітки і в аліквоті визначали редуковані цукри по Берт� рану, аналогічно як і в першій пробі. Вміст криста� лічної целюлози визначали за різницею між за� гальним вмістом целюлози та вмістом аморф� ної целюлози. Одержані дані обробляли ста� тистично. Повторність дослідів чотириразова. Результати досліджень та їх обговорення. Фа� за бутонізації. Виміри вологості грунту, на яко� му зростали рослини повітряно�водного еко� типу у веху, показали, що ця величина станови� ла 71, 8 ± 3,4 %, а сонячна освітленість над вер� хньою епідермою листків – 1500–1600 мкмоль квантів/м2с–1. Цитохімічне дослідження локалізації целю� лози у листках повітряно�водного екотипу веху показало, що целюлоза флуоресціювала зеленим кольором в оболонках адаксіального та абак� сіального епідермісу, палісадної та губчастої паренхіми (рис. 1, а–в). У зовнішніх оболонках епідермісу флуоресценцію комплексу виявляли по всій поверхні клітин. В антиклінальних обо� лонках епідермісу та оболонках мезофілу флуо� ресценція целюлози також була рівномірна, але її інтенсивність істотно відрізнялась в обо� лонках верхньої та нижньої епідерми: у зовніш� ніх оболонках вона становила 180,71 ± 19,94 та 139,54 ± 8,95 відносних одиниць (пікселей), у антиклінальних оболонках та оболонках ме� зофілу була вдвічі нижчою (табл. 1; рис. 1, г–є, гістограми). Біохімічний аналіз вмісту целюлози у лист� кових пластинках повітряно�водних особин ве� ху показав, що загальний вміст целюлози був високим (табл. 2). Целюлоза листкових плас� тинок в своєму складі містила аморфну та кристалічну форми, вміст яких становив 79,0 ± ± 3,14 та 129,0 ± 8,80 мг/г–1 cухої маси відпо� відно; відношення аморфної целюлози до кристалічної дорівнювало 0,61 (табл. 2). Виміри вологості грунту, на якому зростали рослини суходільного екотипу веху, показали, що ця величина була вдвічі нижча, ніж у рослин повітряно�водного екотипу, і становила 33,7 ± ± 2, 4 %. Сонячна освітленість над верхньої епідермою та під нижньою епідермою листків Таблиця 1 Інтенсивність флуоресценції комплексу калькофлуор – целюлоза в клітинних оболонках листків S. latifolium у фазі бутонізації Тканина/клітинна оболонка у воді на суходолі Інтенсивність люмінесценції (відносні одиниці, пікселі) комплексу калькофлуор – целюлоза у клітинних обо� лонках листків веху Верхній епідерміс зовнішня оболонка основ� них клітин епідермісу антиклінальна оболонка Палісадна паренхіма Губчаста паренхіма Нижній епідерміс зовнішня оболонка основ� них клітин епідермісу антиклінальна оболонка 180,7 ± 19,9 92,6 ± 5,2 66,7 ± 4,4 79,5 ± 5,2 139,5 ± 8,9 87,5 ± 6,6 246,9 ± 8,7** 102,8 ± 8,0* 117,1 ± 4,0* 142,4 ± 8,8* 193,5 ± 7,8* 115,2 ± 8,5 * Р � 0,05; Р � 0,01; * Р � 0,001 (Достовірно відріз� няються від значень у листках повітряно�водного еко� типу веху). Таблиця 2 Вміст целюлози в листкових пластинках S. latifolium у фазі бутонізації Целюлоза Вміст целюлози у листках веху на суходоліу воді Загальний вміст целюлози (мг · г–1 cухої маси) Вміст аморфної целюлози (мг · г–1 cухої маси) Процент аморфної целю� лози Вміст кристалічної целю� лози (мг · г–1 cухої маси) Відношення аморфної це� люлози/кристалічної целю� лози 208,3 ± 11,82 79,0 ± 3,14 38,0 129,0 ± 8,80 0,61 226,1 ± 9,10 71,5 ± 0,90* 31,4 154,6 ± 5,24* 0,46 Р � 0,05 (Достовірно відрізняються від значень у лис� тках повітряно�водного екотипу веху). ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 214 О.М. Недуха Рис. 1. Лазерно�конфокальна мікроскопія зрізів листкових пластинок повітряно�водного екотипу S. latifolium у фазі бутонізації: а – адаксіальний епідерміс; б, д – абаксіальний епідерміс; в, е – палісадна паренхіма; г, є – епі� дерміс та мезофіл на поперечному зрізі листка. Цитохімічна реакція на целюлозу (фарбування калькофлуором). На гістограмах (г–є) показано розподіл інтенсивності флуоресценції комплексу калькофлуор – целюлоза (1) та ав� тофлуоресценції хлорофілу (2) у клітинах. На гістограмах (зліва) білими стрілками вказані лінії, за якими було проведено сканування; по вертикалі – інтенсивність флуоресценції у відносних одиницях, пікселі; по горизон� талі – просканована відстань, мкм. Масштаб – 50 мкм ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 2 15 Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium Рис. 2. Лазерно�конфокальна мікроскопія зрізів листкових пластинок суходільного екотипу S. latifolium у фазі бу� тонізації: а, д – адаксіальний епідерміс; б, е – абаксіальний епідерміс; в, є – палісадна паренхіма, г – губчаста па� ренхіма; ж – епідерміс та мезофіл на поперечному зрізі листка. Цитохімічна реакція на целюлозу (фарбування калькофлуором). На гістограмах (д–ж) показано розподіл інтенсивності флуоресценції комплексу калькофлуор – целюлоза (1) та автофлуоресценції хлорофілу (2) у клітинах. На гістограмах (зліва) білими стрілками вказані лінії, за якими було проведено сканування; по вертикалі – інтенсивність флуоресценції у відносних одиницях, пікселі; по горизонталі – просканована відстань, мкм. Масштаб – 50 мкм ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 216 О.М. Недуха була низькою і становила 290 ± 10 мкмоль кван� тів/м2с–1. Цитохімічне дослідження локалізації це� люлози у листках S. latifolium показало, що це� люлоза флуоресціювала зеленим кольором у клітинних оболонках всіх тканин (рис. 2, а–г). У зовнішніх оболонках епідермісу флуорес� ценція комплексу виявлялась по всій поверхні клітин. В антиклінальних оболонках епідермісу та оболонках мезофілу флуоресценція целюло� зи була рівномірною, але інтенсивність флуо� ресценції целюлози відрізнялась. Рівень інтен� сивності флуоресценції комплексу калькофлу� ор – целюлоза представлені в табл. 1 та на рис. 2, д–ж (гістограми). Інтенсивність флуорес� ценції відрізнялась у оболонках верхньої та нижньої епідерми: у зовнішніх оболонках вона становила 246,95 ± 8,76 та 193,57 ± 7,80 віднос� них одиниць, у антиклінальних оболонках була вдвічі нижчою (табл. 1). В оболонках мезофілу інтенсивність флуоресценції целюлози також була удвічі нижча, ніж у зовнішніх оболонках епідермальних клітин. Біохімічний аналіз показав, що загальний вміст целюлози у листках суходільного екоти� пу веху достовірно не відрізнявся від значень целюлози у листках повітряно�водного екоти� пу (табл. 2), але співвідношення аморфної до кристалічної целюлози знизилось майже у пів� тора рази. Вміст аморфної форми целюлози становив 71,5 ± 0,90, кристалічної – 154,6 ± ± 5,24 мг/г–1 cухої маси відповідно; відношен� ня аморфної целюлози до кристалічної стано� вило 0,46 (табл. 2). Фаза плодоношення. Вологість грунту, на якому росли особини повітряно�водного еко� типу, достовірно не змінилась у порівнянні з фазою бутонізації. Освітленість була досить ви� сокою і становила в середньому 1700 мкмоль квантів/м2с–1 над верхньою поверхнею листків. Лазерно�конфокальна мікроскопія лист� ків веху повітряно�водного екотипу показала, що целюлоза клітинних оболонок адаксіаль� ного, абаксіального епідермісу та мезофілу (рис. 3, а–в) флуоресціювала зеленим кольо� ром. Рівні інтенсивності флуоресценції ком� плексу калькофлуор – целюлоза представлені в табл. 3 та на рис. 3, г, д. Виявлено підвищен� ня інтенсивності флуоресценції целюлози у зовнішніх оболонках клітин верхньої та ниж� ньої епідерми, а також в оболонках клітин мезофілу в порівнянні із інтенсивністю флуо� ресценції у клітинних оболонках листків по� вітряно�водного екотипу веху в фазі бутоніза� ції (табл. 1 і 3). Біохімічний аналіз показав, що загальний вміст целюлози у листках веху, який зростав у воді в фазі плодоношення, був у 1,4 раза ви� щим, ніж у фазі бутонізації (табл. 2 і 4). Целюло� за листкових пластинок також містила аморф� ну та кристалічну форми, вміст яких становив 56,72 ± 2,71 та 178,0 ± 6,45 мг/г–1 cухої маси відповідно. Відношення аморфної целюлози до кристалічної дорівнювало 0,32 (табл. 4); це зна� чення було удвічі меншим, ніж у фазі бутоні� зації. За умов помірного водного дефіциту воло� гість грунту, на якому росли особини суходіль� ної форми веху, була нижча у грунті суходільних рослин в фазі бутонізації; вона становила 26,7 ± ± 1,6 %. Сонячна освітленість над верхньою епі� дермою листків дорівнювала 300 ± 10 мкмоль квантів/м2с–1. Цитохімічне дослідження локалізації целю� лози у листках суходільних особин веху пока� Таблиця 3 Інтенсивність флуоресценції комплексу калькофлуор –целюлоза в клітинних оболонках листків S. latifolium у фазі плодоношення Тканина/клітинна оболонка у воді на суходолі Інтенсивність люмінесценції (відносні одиниці, пікселі) комплексу калькофлуор – це� люлоза у клітинних оболонках листків веху Верхній епідерміс зовнішня оболонка ос� новних клітин епідермісу антиклінальна оболонка Палісадна паренхіма Губчаста паренхіма Нижній епідерміс зовнішня оболонка ос� новних клітин епідермісу антиклінальна оболонка 219,9 ± 5,4 106,0 ± 5,1 84,3 ± 3,9 92,6 ± 4,0 206,0 ± 5,1 92,5 ± 6,1 243,0 ± 9,8* 127,8 ± 6,4* 100,8 ± 4,5 121,3 ± 4,2* 203,4 ± 6,2 99,7 ± 5,8 * Р � 0,05; Р � 0,01; * Р � 0,001 (Достовірно відріз� няються від значень у листках повітряно�водного екотипу веху). ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 2 17 Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium зало яскраво�зелену флуоресценцію целюлози в оболонках адаксіального та абаксіального епідермісу, палісадної та губчастої паренхіми (рис. 4, а–в). Рівень інтенсивності флуорес� ценції целюлози представлений в табл. 3 та на рис. 4, г–е (гістограми). Інтенсивність флуо� ресценції целюлози була більша у оболонках адаксіального епідермісу та клітинах мезофілу в порівнянні з даними інтенсивності флуорес� ценції у клітинних оболонках листків повітря� но�водного екотипу в цій же фазі. Ці величини достовірно не відрізнялись від інтенсивності флуоресценції у клітинах листків цього екоти� пу в фазі бутонізації. Біохімічний аналіз листків суходільних осо� бин веху показав, що загальний вміст целюло� зи у листкових пластинках становив 249,61 ± ± 7,43 мг/г–1 cухої маси, що достовірно не від� різнялось від вмісту целюлози у листках рос� лин повітряно�водного екотипу в цій фазі (табл. 4). Вміст аморфної та кристалічної форм це� люлози змінився у порівнянні із таким у лист� ках повітряно�водних рослин у цій же фазі і ста� новив 34,75 ± 2,47 та 214,9 ± 4,84 мг/г–1 cухої маси відповідно; відношення аморфної целю� лози до кристалічної становило 0,16 (табл. 4). Таким чином, цитохімічні та біохімічні до� слідження складу та розподілу целюлози у клі� тинах листків веху широколистого показали, що целюлоза є чутливим біополімером клі� тинної оболонки, вміст та склад якої у листках S. latifolium змінювався в процесі розвитку рослин (від фази бутонізації до початку пло� доношення). Цитохімічний аналіз показав, що у кліти� нах епідерми та мезофілу листків S. latifolium спостерігався певний розподіл целюлози неза� лежно від фази росту чи екотипу веху: досто� Рис. 3. Лазерно�конфокальна мікроскопія зрізів листкових пластинок повітряно�водного екотипу S. latifolium у фазі плодоношення: а, г – поперечні зрізи листка; б, д – адаксіальний епідерміс; в – палісадний мезофіл. Цито� хімічна реакція на целюлозу (фарбування калькофлуором). На гістограмах (г, д) показано розподіл інтенсивності флуоресценції комплексу калькофлуор – целюлоза (1) та автофлуоресценції хлорофілу (2) у клітинах. На гістограмах (зліва) білими стрілками вказані лінії, за якими було проведено сканування; по вертикалі – інтенсивність флуо� ресценції у відносних одиницях, пікселі; по горизонталі – просканована відстань, мкм. Масштаб – 50 мкм вірно вищий відносний вміст целюлози у клі� тинних оболонках епідермісу у порівнянні із вмістом целюлози в клітинних оболонках палісадної та губчастої паренхіми. Відомо, що зовнішні оболонки основних клітин епідерми листків виконують як транспіраційну функ� цію, так і захисну. Зовнішні оболонки клітин епідерми є першим захисним бар’єром листків при дії біотичних та абіотичних факторів; ці оболонки синтезують більше полісахаридів, ніж клітинні оболонки паренхіми [1, 2, 14]. Карпі� та та ін. [15], досліджуючи в процесі росту біо� хімічні та біофізичні параметри колеоптиля Zea mays, встановили, що зовнішні оболонки епідермісу у вісім разів товщі та містять удвічі більше целюлози, ніж оболонки клітин мезо� філу. Враховуючи ці дані та результати наших досліджень, можна говорити, що у клітинах листків веху незалежно від екотипу рослини ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 218 О.М. Недуха Рис. 4. Лазерно�конфокальна мікроскопія зрізів листкових пластинок суходільного екотипу S. latifolium у фазі пло� доношення: а, г, д – поперечні зрізи листка; б, е – абаксіальний епідерміс; в – палісадна паренхіма. Цитохімічна реакція на целюлозу (фарбування калькофлуором). На гістограмах (г–е) показано розподіл інтенсивності флуорес� ценції комплексу калькофлуор – целюлоза (1) та автофлуоресценції хлорофілу (2) у клітинах. На гістограмах (зліва) білими стрілками вказані лінії, за якими було проведено сканування; по вертикалі – інтенсивність флуоресценції у відносних одиницях, пікселі; по горизонталі – просканована відстань, мкм. Масштаб – 50 мкм відбувається нерівномірний синтез целюлози в епідермісі та мезофілі аналогічно тому, як це можна спостерігати у листках та стеблах куль� турних рослин. Біохімічне визначення вмісту целюлози у листках водного та суходільного екотипів S. lat� ifolium показало, що помірний водний дефіцит спричиняв збільшення загального вмісту це� люлози на 10 % лише у фазі бутонізації, тоді як у фазі плодоношення змін загального вміс� ту целюлози не виявлено. Підвищення вмісту целюлози описане при дії підвищеної температури на рослини та в процесі формування вторинної клітинної оболонки на ранніх фазах росту стебла бавов� нику [2]. Відомо, що для синтезу целюлози не� обхідна певна кількість її попередників та ак� тивація целюлозосинтетаз, які кодуються ро� диною генів СеsА [16], одні із яких (СеsА 1, СеsА 3 та СеsА 6) відповідають лише за синтез целюлози у первинній оболонці, інші (СеsА 4, СеsА 7 та СеsА 8) – за синтез целюлози у вто� ринній оболонці [16–19]. Таким чином, можна зробити припущення, що за умов водного дефіциту в листках веху збільшення вмісту целюлози у фазі бутонізації може статись внаслідок активації певних ге� нів. Ми виявили, що тривалий водний дефіцит викликає зниження вмісту аморфної та збіль� шення кристалічної форми целюлози у лист� ках веху. Причин отриманого може бути кіль� ка. По�перше, встановлено, що вода адсорбу� ється саме аморфними зонами целюлози при шостому гідроксилі (6�ОН–) одного із ланцю� гів молекули аморфної целюлози [20]. Криста� лічна форма целюлози не адсорбує воду. Крім того, порівняльне дослідження молекулярни� ми методами синтезу целюлози у проростків дикого виду Arabidopsis thaliana та мутанту A. thaliana по локусу RSW1 [21], а також вивчен� ня синтезу целюлози у клітинних оболонок епідермісу пелюсток петунії Petunia hybrida ди� кого виду та мутанту P. hybrida по гену PhEXP1 [20] показали, що мутантний алель RSW1 від� повідає за зниження синтезу целюлози та на� копичення аморфної форми целюлози, а ген PhEXP1 петунії кодує білок клітинної оболон� ки експансин, який, можливо, і викликає змі� ни біосинтезу целюлози. Враховуючи одержані нами дані про вплив водного дефіциту на істотні зміни співвідно� шення обох форм целюлози та дані літератури, можна зробити припущення, що зміни складу целюлози листків веху в умовах природного водного дефіциту обумовлені зниженням ад� сорбції води апопластом як наслідок змін структури целюлози при експресії відповідних генів. Ці питання лишаються відкритими і по� требують подальшого дослідження. Автор висловлює щиру подяку члену�корес� понденту НАН України, професору Є.Л. Кордюм за зауваження та цінні поради при розгляді ру� копису статті. O.M. Nedukha CYTOCHEMICAL AND BIOCHEMICAL STUDY OF CELLULOSE OF SIUM LATIFOLIUM LEAVES UNDER THE INFLUENCE OF WATER DEFICIT The distribution of cellulose in the cells of epidermis and mesophyll of Sium latifolium leaves at the phases of flowering and seedling by the laser�confocal microscopic method has been investigated. The dependence of the rela� tive content of cellulose in cell walls on the tissue type, phase of plant ontogenesis and the environment conditions has been established by using of PASCAL Program. It has been revealed that moderate water deficit leads to decrease of amorphous cellulose content and to increase of crys� talline cellulose content during plant growth. ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 2 19 Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium Целюлоза у воді на суходолі Вміст целюлози у листках веху Загальний вміст целюлози (мг · г–1 cухої маси) Вміст аморфної целюлози (мг · г–1 cухої маси) Процент аморфної целю� лози Вміст кристалічної целю� лози (мг · г–1 cухої маси) Відношення аморфної це� люлози/кристалічної це� люлози 235,53 ± 8,23 56,72 ± 2,71 23,8 178,0 ± 6,5 0,32 249,61 ± 7,43 34,75 ± 2,47* 13,9 214,9 ± 4,84* 0,16 Таблиця 4 Вміст целюлози в листкових пластинках S. latifolium у фазі плодоношення * Р � 0,05 (Достовірно відрізняються від значень у листках повітряно�водного екотипу веху). Е.М. Недуха ЦИТОХИМИЧЕСКИЙ И БИОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛОКАЛИЗАЦИИ И СОДЕРЖАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ЛИСТЬЯХ SIUM LATIFOLIUM В УСЛОВИЯХ ВОДНОГО ДЕФИЦИТА Методом лазерно�конфокальной микроскопии исследовано распределение целлюлозы в клетках эпи� дермиса и мезофилла листьев Sium latifolium в фазе бу� тонизации и плодоношения. С помощью програм� много обеспечения PASCAL установлено, что относи� тельное содержание целлюлозы в клеточных оболоч� ках зависит от типа ткани, фазы онтогенеза и условий роста растения. Биохимическим методом выявлено, что умеренный водный дефицит снижает содержание аморфной целлюлозы и увеличивает содержание кристаллической целлюлозы. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Brown R. M. The biosynthesis of cellulose // J. Macromol. Sci. Pure Appl. Chem. –1996. – A33. – P. 1345–1373. 2. Тарчевский И.А., Марченко Г.Н. Биосинтез и струк� тура целлюлозы. – М.: Наука, 1985. – 280 с. 3. Kataoka Y., Kondo T. Quantitative analysis for the cel� lulose 1�α crystalline phase in developing wood cell walls // Intern. J. Biol. Macromol. – 1999. – 24, № 1. – Р. 37–41. 4. Taylor N.G., Schible W.�R., Cutler S., Sumerville C.R., Turner S.R. The irregular xylem3 locus of Arabidopsis encodes a cellulose synthase required for secondary cell wall synthesis // Plant Cell. – 1999. – 11. – P. 769– 780. 5. Atalla R. The individual structures of native celluloses // Proc. of 10 Intern. Symp. on wood and pulping chem� istry, TAPPI Press. – 2004. – 1. – P. 608–614. 6. Baran M., Varadyova Z., Kracmar S., Hedbavny J. The common reed (Phragmites australis) as a source of rоughage in Raminant nutrient // Acta Veg, Brno. – 2002. – 71. – P. 445–449. 7. Кордюм Е.Л., Сытник К.М., Бараненко В.М., Беляв� ская Н.А., Климчик Д.А., Недуха Е.М. Клеточные механизмы адаптации растений к неблагоприят� ным воздействиям экологических факторов в ес� тественных условиях. – Киев : Наук. думка, 2003. – 275 с. 8. Nowak E.J., Martin G.E. Physiological and anatomical responses to water deficit in the CAM epiphyte Tillandsia ionantha (Bromeliaceae) // Intern. J. Plant Sci. – 1997. – 158. – P. 818–826. 9. Iraki N., Bressan R., Nasegawa P., Carpita C. Alteration of the physical and chemical structure of the primary cell wall of growth�limited plant cells adapted to osmotic stress // Plant Physiol. – 1989. – 91, № 1. – P. 39–47. 10. Sakurai N., Tanaka S., Kuraishi S. Changes in wall polysaccharides of Squash (Cucurbita maxima Duch.) hypocotyls under water stress condition. 1. Wall sugar composition and growth as affected by water stress // Plant Cell Physiol. – 1987. – 28, № 6. – P. 1051– 1058. 11. Sakurai N., Tanaka S., Kuraishi S. Changes in wall polysaccharides of Squash (Cucurbita maxima Duch.) hypocotyls under water stress condition. 2. Composition of pectin and hemicelluloses polysaccharides // Plant Cell Physiol. – 1987. – 28, № 6. – P. 1059–1070. 12. Herth W. Calcofluor white and congo�red inhibit microfibril assembly of Poteriochromonas: evidence for a gap between polymerization and microfibril forma� tion // J. Cell Biol. – 1980. – 84, № 4. – P. 642–658. 13. Арасимович А.А., Ермаков А.И. Определение поли� сахаридов и лигнина // Методы биохимического исследования растений / Ред. А. И. Ермаков. – Л.: ВО Агропромиздат, 1987. – C. 143–172. 14. Лясковский М.И. Полегание злаков и пути его пре� дотвращения // Физиология и биохимия культур. растений. – 1991. – 23, № 4. – С. 315–328. 15. Carpita N., Defernez M., Findlay K., Wells B., Shoue D., Catchpole G., Wilson R., McCann M. Cell wall architec� ture of the elongating maize coleoptile // Plant Physiol. – 2001. – 127. – P. 551–565 16. Richmond T., Somerville C. The cellulose synthase super� family // Plant Physiol. – 2000. – 124. – P. 495–498 17. Delmer D.P. Cellulose biosynthesis: exciting times for a difficult field of study // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. – 1999. – 50. – P. 245–276. 18. Taylor N.G., Laurie S., Turner S. Multiple cellulose synthase catalytic subunits are required for cellulose synthesis in Arabidopsis // Plant Cell. – 2000. – 12. – P. 2529–2540. 19. Bray E.A. Genes commonly regulated by water�deficit stress in Arabidopsis thaliana // J. Exp. Bot. – 2004. – 55. – P. 2331–2341. 20. Zenoni S., Reale L., Tornielli G.B., Lanfaloni L., Porceddu A., Ferrarini A., Moretti M., Zamboni A., Speghini A., Ferranti F., Pezzotti M. Down regulation of the Petunia hybryda α�expansin gene PhEXP1 reduces the amount of crystalline cellulose in cell walls and leads to phenotypic changes in petal limbs // Plant Cell. – 2004. – 16. – P. 295–308. 21. Arioli T., Peng L., Betzner A., Burn J., Wittke W., Herth W., Camilleri Ch., Hofte H., Plazinski J., Birch R., Cork A., Glover J., Redmond J., Williamson R. Molecular analy� sis of cellulose biosynthesis in Arabidopsis // Science. – 1998. – 279, № 5351. – P. 717–720. Надійшла 06.02.08 ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2009. № 220 О.М. Недуха
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-66628
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0564-3783
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T19:01:54Z
publishDate	2009
publisher	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
record_format	dspace
spelling	Недуха, О.М. 2014-07-19T15:02:42Z 2014-07-19T15:02:42Z 2009 Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту / О.М. Недуха // Цитология и генетика. — 2009. — Т. 43, № 2. — С. 11-20. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. 0564-3783 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66628 576.31.582.536 Методом лазерно-конфокальної мікроскопії досліджено розподіл целюлози в клітинах епідермісу та мезофілу листків Sium latifolium у фазі бутонізації та плодоношення. За допомогою програмного забезпечення PASCAL встановлено, що відносний вміст целюлози у клітинних оболонках залежить від тканини листка, фази онтогенезу рослини та умов її зростання. Біохімічними методами виявлено, що помірний водний дефіцит знижує вміст аморфної форми целюлози та збільшує вміст кристалічної форми целюлози в процесі росту рослини. Методом лазерно-конфокальной микроскопии исследовано распределение целлюлозы в клетках эпидермиса и мезофилла листьев Sium latifolium в фазе бутонизации и плодоношения. С помощью программного обеспечения PASCAL установлено, что относительное содержание целлюлозы в клеточных оболочках зависит от типа ткани, фазы онтогенеза и условий роста растения. Биохимическим методом выявлено, что умеренный водный дефицит снижает содержание аморфной целлюлозы и увеличивает содержание кристаллической целлюлозы. The distribution of cellulose in the cells of epidermis and mesophyll of Sium latifolium leaves at the phases of flowering and seedling by the laser¬confocal microscopic method has been investigated. The dependence of the relative content of cellulose in cell walls on the tissue type, phase of plant ontogenesis and the environment conditions has been established by using of PASCAL Program. It has been revealed that moderate water deficit leads to decrease of amorphous cellulose content and to increase of crystalline cellulose content during plant growth. uk Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України Цитология и генетика Оригинальные работы Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту Cytochemical and biochemical study of cellulose of Sium latifolium leaves under the influence of water deficit Цитохимический и биохимический анализ локализации и содержания целлюлозы в листьях Sium latifolium в условиях водного дефицита Article published earlier
spellingShingle	Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту Недуха, О.М. Оригинальные работы
title	Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту
title_alt	Cytochemical and biochemical study of cellulose of Sium latifolium leaves under the influence of water deficit Цитохимический и биохимический анализ локализации и содержания целлюлозы в листьях Sium latifolium в условиях водного дефицита
title_full	Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту
title_fullStr	Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту
title_full_unstemmed	Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту
title_short	Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту
title_sort	цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках sium latifolium за умов водного дефіциту
topic	Оригинальные работы
topic_facet	Оригинальные работы
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66628
work_keys_str_mv	AT neduhaom citohímíčniitabíohímíčniianalízlokalízacíítavmístucelûloziulistkahsiumlatifoliumzaumovvodnogodefícitu AT neduhaom cytochemicalandbiochemicalstudyofcelluloseofsiumlatifoliumleavesundertheinfluenceofwaterdeficit AT neduhaom citohimičeskiiibiohimičeskiianalizlokalizaciiisoderžaniâcellûlozyvlistʹâhsiumlatifoliumvusloviâhvodnogodeficita

Цитохімічний та біохімічний аналіз локалізації та вмісту целюлози у листках Sium latifolium за умов водного дефіциту

Institution

Similar Items