Различия во влиянии легких (La) и тяжелых (Yb) лантаноидов на эффективность фотосинтеза и накопление метаболитов одуванчиком Крым-сагыз (Taraxacum hybernum)

Обложка
  • Авторы: Воробьев В.Н.1,2, Горшков В.Ю.1,2, Терентьев В.В.3, Исламов Б.Р.2, Котов С.Ф.4, Николенко В.В.4, Якушенкова Т.П.1, Тимофеева О.А.1
  • Учреждения:
    1. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Казанский (Приволжский) федеральный университет
    2. Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра Казанский научный центр Российской академии наук
    3. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук Институт фундаментальных проблем биологии Российской академии наук – обособленное подразделение
    4. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского
  • Выпуск: Том 71, № 6 (2024)
  • Страницы: 803-809
  • Раздел: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
  • URL: https://ter-arkhiv.ru/0015-3303/article/view/648270
  • DOI: https://doi.org/10.31857/S0015330324060139
  • EDN: https://elibrary.ru/LWAIBS
  • ID: 648270

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Продемонстрирован стимулирующий эффект нитрата иттербия на прорастание семян, фотосинтез и накопление углеводов в корнях одуванчика Крым-сагыз (Taraxacum hybernum). Выявлены различия между лантаном и иттербием по влиянию на эффективность ФС II (Y(II)). В концентрации 100 мкмоль лантан снижал Y(II) за счет увеличения вклада квантового выхода регулируемой диссипации части энергии (Y(NPQ)), а иттербий – за счет вклада необратимой диссипации энергии (Y(NO)). При снижении концентрации лантаноидов в 10 раз стимулирующий эффект Y(II) наблюдался только в варианте с иттербием. В полевых экспериментах у растений, обработанных раствором нитрата иттербия в концентрации 10 мкмоль, интенсивность фотосинтеза была выше на 31%, что, вероятно, повлияло на накопление в корнях одуванчика каучука и углеводов, которое было большим по сравнению с необработанными растениями на 13 и 26%, соответственно.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Н. Воробьев

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Казанский (Приволжский) федеральный университет; Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра Казанский научный центр Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: vnvorobev.vladimir@yandex.ru
Россия, Казань; Казань

В. Ю. Горшков

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Казанский (Приволжский) федеральный университет; Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра Казанский научный центр Российской академии наук

Email: vnvorobev.vladimir@yandex.ru
Россия, Казань; Казань

В. В. Терентьев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук Институт фундаментальных проблем биологии Российской академии наук – обособленное подразделение

Email: vnvorobev.vladimir@yandex.ru
Россия, Пущино

Б. Р. Исламов

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра Казанский научный центр Российской академии наук

Email: vnvorobev.vladimir@yandex.ru
Россия, Казань

С. Ф. Котов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: vnvorobev.vladimir@yandex.ru
Россия, Симферополь

В. В. Николенко

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского

Email: vnvorobev.vladimir@yandex.ru
Россия, Симферополь

Т. П. Якушенкова

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: vnvorobev.vladimir@yandex.ru
Россия, Казань

О. А. Тимофеева

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: vnvorobev.vladimir@yandex.ru
Россия, Казань

Список литературы

  1. Ramirez-Olvera S.M., Trejo-Tellez L.I., Garcia-Morales S., Perez-Sato J.A., Gomez-Merino F.C. Cerium enhances germination and shoot growth, and alters mineral nutrient concentration in rice // PLoS ONE. 2018. V. 13 P. e0194691. https://doi.10.1371/journal.pone.0194691
  2. Vilela L. A. F., Ramos S. J., Carneiro M. A. C., Faquin V., Guilherme L. R. G., Siqueira J. O. Cerium (Ce) and lanthanum (La) promoted plant growth and mycorrhizal colonization of maize in tropical soil // Aust. J. Crop Sci. 2018. V. 12. P. 704. https://doi.10.21475/ajcs.18.12.05. PNE610
  3. Goecke F., Jerez C.G., Zachleder V., Figueroa F.L., Bisova K., Rezanka T., Vítova M. Use of lanthanides to alleviate the effects of metal ion-deficiency in Desmodesmus quadricauda (Sphaeropleales, Chlorophyta) // Front. Microbiol. 2015. V. 6. P. 1.
  4. Chao L., Weiqian C., Yun L., Hao H., Liang C., Xiaoqing L., Fashui Y. Cerium under calcium deficiency-influence on the antioxidative defense system in spinach plants // Plant Soil. 2009. V. 323. P. 285.
  5. Yin S., Ze Y., Liu C., Li N., Zhou M., Duan Y., Hong F. Cerium relieves the inhibition of nitrogen metabolism of spinach caused by magnesium deficiency // Biol. Trace. Elem. Res. 2009. V. 132. P. 247.
  6. Ze Y., Yin S., Ji Z., Luo L., Liu C., Hong F. Influences of magnesium deficiency and cerium on antioxidant system of spinach chloroplasts // Biometals. 2009. V. 22. P. 941.
  7. Zhou M., Gong X., Ying W., Chao L., Hong M., Wang L., Fashui, Y. Cerium relieves the inhibition of chlorophyll biosynthesis of maize caused by magnesium deficiency // Biol. Trace. Elem. Res. 2011. V. 143. P. 468.
  8. Zhao H., Zhou Q., Zhou M., Li C., Gong X., Liu Chao., Qu C., Wang L., Si W., Hong F. Magnesium deficiency results in damage of nitrogen and carbon cross-talk of maize and improvement by cerium addition // Biol. Trace. Elem. Res. 2012. V. 148. P.102.
  9. Gui X., Rui M., Song Y., Ma Y., Rui Y., Zhang P., Ye X., Li Y., Zhang Z., Liu L. Phytotoxicity of CeO2 nanoparticles on radish plant (Raphanus sativus) // Environ. Sci. Pollut. Res. 2017. V. 24. P. 13775. https://doi.10.1007/s11356-017-8880-1
  10. Gonzalez V., Vignati D. A. L., Leyval C., Giamberini L. Environmental fate and ecotoxicity of lanthanides: are they a uniform group beyond chemistry? // Environ. Int. 2014. V. 71. P. 148.
  11. Calabrese E.J., Blain R.B. Hormesis and plant biology // Environ. Pollut. 2009. V. 157. P. 42.
  12. 12. Vorob’ev V.N., Sibgatullin T.A., Sterkhova K.A., Alexandrov E.A., Gogolev Yu. V., Timofeeva O.A., Gorshkov V.Y., Chevela V.V. Ytterbium increases transmembrane water transport in Zea mays roots via aquaporin modulation // Biometals. 2019. V.32. P. 901.
  13. Martinkova Z., Honek A., Lukas J. Viability of Taraxacum officinale seeds after anthesis // Weed Research. 2011. V. 51. P. 508.
  14. Oliveira C., Ramos S.J., Siqueira J.O., FaquinV., Castro E.M., Amaral D.C., Techio V.H., Coelho L.C., Silva P.H., Schnug E., Guilherme L.R. Bioaccumulation and effects of lanthanum on growth and mitotic index in soybean plants // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2015. V. 122. P. 136.
  15. Genty B., Harbinson J., Cailly A.L., Rizza F. Fate of excitation at PS II in leaves: the non-photochemical side // The Third BBSRC Robert Hill Symposium on Photosynthesis (March 31 to April 3, 1996, Sheffield). UK. P 28.
  16. Dubois M., Gilles K.A., Hamilton J.K., Rebers P.A., Smith F. Colorimetric method for determination of sugars and related substances // Anal. Chem. 1956. V. 28. P. 350.
  17. Hu Z., Richter H., Sparovek, G., Schnug E. Physiological and biochemical effects of rare earth elements on plants and their agricultural significance: a review // J. Plant. Nutr. 2004. V. 27. P. 183.
  18. Wang L., Li J., Zhou Q., Yang G., Ding X.L., Li X., Chen X.C., Zhao Z., Hai Y.W., Tian H.L., Xing W.D., Xiao H.H. Rare earth elements activate endocytosis in plant cells // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014. V. 111. P. 12936.
  19. Klughammer C., Schreiber U. Complementary FSII quantum yield calculated from simple fluorescence parameters measured by PAM fluorometry and the saturation pulse method // J. PAM Appl. Notes. 2008. V. 1. P. 27.
  20. Hendrickson L., Furbank R.T., Chow W.S. A simple alternative approach to assessing the fate of absorbed light energy using chlorophyll fluorescence // Photosynth Res. 2004. V. 82. P. 73.
  21. Ikeuchi M., Uebayashi N., Sato F., Endo T. Physiological functions of PsbS-dependent and PsbS-independent NPQ under naturally fluctuating light conditions // Plant Cell Physiol. 2014. V. 55. P. 1286.
  22. Samson G., Bonin L., Maire V. Dynamics of regulated YNPQ and non-regulated YNO energy dissipation in sunflower leaves exposed to sinusoidal lights// Photosynth Res. 2019. V. 141. P. 315.
  23. Мартиросян Л.Ю., Мартиросян Ю.Ц., Кособрюхов А.А., В.М. Гольдберг, Гачок И.В., Мартиросян В.В., Гладченко М.А., Гайдамака С.Н., Америк А.Ю., Миних А.А., Варфоломеев С.Д. Биосинтез каучука и инулина в зависимости от спектрального состава света и активности фотосинтетического аппарата при аэропонном культивировании Taraxacum kok-saghys E. Rodin // Сельскохоз. биол. 2023. Т. 58. С. 100.
  24. Scott D.J., Da Costa B.M.T., Espy S.C., Keasling J.D., Cornish K. Activation and inhibition of rubber transferases by metal cofactors and pyrophosphate substrates // Phytochemistry. 2003. V. 64. P. 123.
  25. Cornish K. Biosynthesis of natural rubber (NR) in different rubber-producing species // Chemistry, Manufacture and Applications of Natural Rubber / Eds. Kohjiya S., Ikeda Y. Cambridge, Woodhead Publishing Limited. 2014. P. 3.
  26. da Costa B.M.T., Keasling J.D., McMahan C.M., Cornish K. Magnesium ion regulation of in vitro rubber biosynthesis by Parthenium argentatum Gray // Phytochemistry. 2006. V. 67. P. 1621.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика эффективности ФС II после обработки листьев 3-недельных растений тремя мл растворов La(NO3)3 (а – 100 мкмоль; б – 10 мкмоль) и Yb(NO3)3 (в – 100 мкмоль; г – 10 мкмоль). Точечная заливка – Y(NO), без заливки – Y(NPQ), серая заливка – Y(II). Средние значения и стандартные отклонения получены от нижних листьев шести растений. Одинаковыми буквами обозначено отсутствие статистически значимых различий между вариантами при P < 0.05.

Скачать (264KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Скорость фотосинтеза в листьях одуванчика Крым-сагыз. Измерения проводили на зрелых листьях у четырех растений каждого варианта (возраст растений – 5 месяцев). Одинаковыми буквами обозначено отсутствие статистически значимых различий между вариантами при P < 0.05.

Скачать (94KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Накопление углеводов в корнях одуванчика Крым-сагыз. В каждом варианте данные получены от растительного материала четырех растений (возраст растений – 5 месяцев). Одинаковыми буквами обозначено отсутствие статистически значимых различий между вариантами при P < 0.05.

Скачать (62KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024