Effects of exogenous bacterial quorum sensing signal molecule (messenger) N-hexanoyl-L-homoserine lactone (C6-HSL) on morphological and physiological responses of winter wheat under simulated acid rain
DOI:
https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.07.092Keywords:
acid rain, cell wall, epidermis microstructure, N-hexanoyl-L-homoserine lactone, photosynthetic pigments, Triticum aestivumAbstract
Досліджено вплив фоліарної обробки водним розчином сигнальної молекули-медіатора бактеріального походження N-гексаноїл-L-гомосеринлактону (C6-ГГЛ, 100 нг/мл) на структурно-функціональні характеристики Triticum aestivum L. сорту Ятрань 60 за умов дії модельованого кислотного дощу (МКД). Кислотні дощі належать до найнебезпечніших абіотичних стресорів, які негативно впливають на ріст і розвиток рослин. Наслідком кислотного дощу є зміна проникності мембран, порушення в ультраструктурі хлоропластів, функціонуванні продихової системи, зниження фотофіксації CO2 і фотохімічної активності. Методом сканувальної електронної мікроскопії встановлено, що товщина клітинної стінки разом із шаром кутикули у 20-добових рослин, оброблених C6-ГГЛ, збільшилась на 15 %. Під дією МКД у рослин руйнувався шар кутикулярного воску і нерівнокраї воскові пластинки на поверхні епідермісу, тоді як у рослин, що були оброблені C6-ГГЛ, спостерігалося лише часткове розтріскування шару кутикулярного воску, незначне руйнування воскових пластинок і формування воскових кірок. У рослин, оброблених C6-ГГЛ, зафіксоване нормальне функціонування замикаючих клітин продихів і стабілізація у вмісті фотосинтетичних пігментів. Обговорюється захисний ефект фоліарної обробки розчином C6-ГГЛ рослин озимої пшениці в умовах МКД та перспективи використання цієї речовини для підвищення стресостійкості.
Downloads
References
Burns, D. A., Aherne, J., Gay, D. A., & Lehmann, Ch. M. B. (2016). Acid rain and its environmental effects: Recent scientific advances. Atmos. Environ., 146, pp. 1-4. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.10.019
Singh, A. & Agrawal, M. (2008). Acid rain and its ecological consequences. J. Environ. Biol., 29, No. 1, pp. 15-24. 3. Lal, N. (2016). Effects of acid rain on plant growth and development. J. Sci. Technol., 11, No. 5, pp. 85-101.
Velikova, V., Tsonev, T. & Yordanov, I. (2002). Light and CO2 responses of photosynthesis and chlorophyll fluorescence characteristics in bean plants after simulated acid rain. Physiol. Plant., 107, No. 1, pp. 77-83. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.1999.100111.x
Polishchuk, O. V., Vodka, M. V., Belyavskaya, N. A., Khomochkin, A. P. & Zolotareva, E. K. (2016). The effect of acid rain on ultrastructure and functional parameters of photosynthetic apparatus in pea leaves. Cell Tiss. Biology, 10, No. 3, pp. 250-257. https://doi.org/10.1134/S1990519X16030093
Yu, J-Q., Ye, S.-F. & Huang, L.-F. (2002). Effects of simulated acid precipitation on photosynthesis, chlorophyll fluorescence, and antioxidative enzymes in Cucumis sativus L. Photosynthetica, 40, No. 3, pp. 331-335. https://doi.org/10.1023/A:1022658504882
Babenko, L. M., Moshynets, O. V., Shcherbatiuk, M. M. & Kosakivska, I. V. (2016). Bacterial acyl homoserine lactones in plant priming biotechnology: achievements and prospects of use in agricultural production. Plant Physiol. Genet., 48, No. 6, pp. 463-474. https://doi.org/10.15407/frg2016.06.463
Schenk, S. T., Hernández-Reyes, C., Samans, B., Stein, E., Neumann, C., Schikora, M., Reichelt, M., Mithöfer, A., Becker, A., Kogel, K. H., & Schikora, A. (2014). N-acyl-homoserine lactone primes plants for cell wall reinforcement and induces resistance to bacterial pathogens via the salicylic acid/oxylipin pathway. Plant Cell, 26, No. 6, pp. 2708-2723. https://doi.org/10.1105/tpc.114.126763
Moshynets, O. V., Babenko, L. M., Rogalsky, S. P., Iungin, O. S., Foster, J., Kosakivska, I.V., Potters, G. & Spiers, A. (2019). Priming winter wheat seeds with the bacterial quorum sensing signal N-hexanoyl- Lhomoserine lactone (C6-HSL) shows potential to improve plant growth and seed yield. PLoS One, 14, No. 2, e0209460. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0209460
Wellburn, A. (1994). The spectral determination of chlorophyll a and chlorophyll b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. J. Plant Physiol., 144, No. 3, pp. 307-313. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2
Müller, C. (2006). Plant — insect interactions on cuticular surfaces. In Biology of the Plant Cuticle (pp. 398-422), Blackwell, Oxford. https://doi.org/10.1002/9780470988718.ch13
Wagner, P., Fürstner, R., Barthlott, W. & Neinhuis, C. (2003). Quantitative assessment to the structural basis of water repellency in natural and technical surfaces. J. Exp. Bot., 54, No. 385, pp. 1295-1303. https://doi.org/10.1093/jxb/erg127
Dvinskikh, S. A., Maksimovich, N. G., Maleev, K. I. & Larchenko, O. V. (2011). Ekologiya lesoparkovoi zony goroda [Ecology of the urban parkland]. St. Petersburg: Nauka Publ. (in Russian).
Du, E., Dong, D., Zeng, X., Sun, Z., Jiang, X. & Vries, W. (2017). Direct effect of acid rain on leaf chlorophyll content of terrestrial plants in China. Sci. Total Environ., 605-606, pp. 764-769. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.044
Vicas, S. I., Grosu, E. & Laslo, V. (2015). The effects of simulated acid rain on growth and biochemistry process in grass (Lolium perenne). Lucrări Ştiinţifice, 52, seria Agronomie, pp. 227-283.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2023 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
