Регуляция трансмембранного потока воды у проростков Avena sativa в условиях засухи

Тамара Ивановна Пузина, доктор биологических наук, профессор, профессор кафедры ботаники, физиологии и биохимии растений, Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева (Россия, г. Орел, ул. Комсомольская, 95), tipuzina@gmail.com
Инна Юрьевна Макеева, кандидат биологических наук, и.о. заведующего кафедрой ботаники, физиологии и биохимии растений, Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева (Россия, г. Орел, ул. Комсомольская, 95),makeevainna@inbox.ru

Актуальность и цели. Проницаемость биологических мембран для воды определяется состоянием как липидного бислоя, так и водных каналов, образованных высококонсервативной группой белков аквапоринами. Аквапорины существенно снижают энергию активации трансмембранного переноса воды. Водная проницаемость аквапоринов обусловлена либо их количеством в мембране, либо «открытым» или «закрытым» состоянием водного канала. Показано, что регуляция транспорта воды через водные каналы мембран может происходить как на транскрипционном, так и на посттрансляционном уровне. Известно, что гены аквапоринов индуцируются под действием гормонов или при стрессе. К посттрансляционным событиям относят фосфорилирование, гликозилирование, экспорт везикул с аквапоринами, белок-белковые взаимодействия. Вместе с тем не найдены сведения об участии антиоксидантов в регуляции трансмембранного потока воды через аквапорины в условиях стресса. При этом в адаптации организмов к различным типам стресса существенную роль играет регуляция проницаемости мембран для различных веществ, в том числе и воды. Целью исследования было изучение действия антиоксиданта кофейной кислоты на транспорт воды через аквапорины и водоудерживающую способность проростков овса в условиях засухи. Материалы и методы. Объектом исследования служили 21-дневные проростки овса ярового (Avenasativa) сорта Лев селекции ГНУ НИИСХ ЦРНЗ. Растения выращивали в контейнерах с почвой «Универсальная для рассады» в условиях лаборатории. Варианты опыта включали: опрыскивание 10-дневных проростков 0,1 мМ раствором кофейной кислоты (Sigma, США), контрольные проростки опрыскивали водой. Засуху создавали путем прекращения полива 15-дневных проростков в течение 6 сут. Известно, что на первых этапах роста растения овса весьма чувствительны к водоснабжению и поэтому плохо переносят засуху.Транспорт воды через аквапорины определяли ингибиторным методом с использованием 100 мкМ раствора хлорида ртути, который, взаимодействуя с цистеином, стерически блокирует прохождение воды через канал или изменяет конформацию аквапоринов. Открытость (активность) водных каналов определяли, используя 100 мкМ раствора фторида натрия, который ингибирует работу фосфатазы, дефосфорилирующей аквапорины. Водоудерживающую способность листьев характеризовали по величине водоотдачи в гипертонический раствор. Водоотдачу выражали в процентах от исходной сырой массы. Сырую массу листьев 21-дневных проростков овса определяли путем взвешивания на электронных весах ВСТ-600/10 (Россия). Результаты. Результаты исследования показали, что кофейная кислота, относящаяся к фенольным соединениям, в оптимальных условиях водоснабжения в 1,4 раза увеличила поступление воды через аквапорины. В условиях 6-дневной засухи транспорт воды через аквапорины в проростках овса уменьшился на 25 %. В этих условиях кофейная кислота не только восстановила поток воды через аквапорины, но и увеличила его. Блокирование работы фосфатазы 100 мкМ раствором NaF при оптимальном водоснабжении выявило значительную (на 56 %) активизацию поступления воды через аквапорины в контрольном варианте, что свидетельствует об «открытии» водных каналов. В этих условиях кофейная кислота на 40 % увеличила поток воды через аквапорины против контроля. В условиях засухи аквапорины были фосфорилированы в меньшей степени по сравнению с оптимальными условиями, о чем свидетельствует снижение (в 1,7 раза) активизации поступления воды под влиянием фторида натрия. Кофейная кислота существенно способствовала «открытию» водных каналов в данных условиях (2,2 раза). 6-дневная засуха повысила водоудерживающую способность листьев проростков овса в 1,3 раза. Кофейная кислота способствовала увеличению водоудерживающей способности, причем в большей степени в стрессовых условиях (на 30 % против 20 % в контроле). Выявлено снижение на 23 % сырой массы листьев проростков, выросших в условиях засухи. Кофейная кислота стимулировала рост, и в стрессовых условиях масса проростков достигла контрольного варианта при опти-мальном водоснабжении. Выводы. Проведенное исследование свидетельствует об участии кофейной кислоты в регуляции трансмембранного потока воды через аквапорины, водоудерживающей способности клеток, как в оптимальных условиях водоснабжения, так и при засухе. Это может быть связано с ее антиоксидантной функцией и влиянием на содержание фитогормонов ауксинов, что было показано нами в предыдущих исследованиях.

Ключевые слова

Avena sativa, кофейная кислота, аквапорины, водоудерживающая способность, засуха

 Скачать статью в формате PDF

Для цитирования:

Пузина Т. И., Макеева И. Ю. Регуляция трансмембранного потока воды у проростков Avena sativa в условиях засухи // Известия высших учебных заведений.  Поволжский регион. Естественные науки. 2023. № 1. С. 93–102. doi:10.21685/2307-9150-2023-1-7