СТРУКТУРНО‑ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ СТЕБЛЯ ТРАВЯНИСТЫХ РАСТЕНИЙ ПРИ ГРАДИЕНТЕ ОСВЕЩЕННОСТИ
DOI:
https://doi.org/10.5281/zenodo.21082278Ключевые слова:
стебель, первичное и вторичное строение, ксилема, флоэма, камбий, лигнин, фотоморфогенез, механическая устойчивость, пластичностьЛицензия
Аннотация
Стебель обеспечивает механическую опору, транспорт воды и ассимилятов, а также участвует в регуляции архитектоники побега и приспособительной пластичности растения. В работе экспериментально проверено, как изменение интенсивности освещения влияет на морфометрию стебля и показатель лигнификации у Brassica rapa L. var. rapa, rapid-cycling line Wisconsin Fast Plants – быстрорастущей модельной линии травянистого двудольного растения, удобной для воспроизводимых 28‑суточных лабораторных опытов.
Проведен однофакторный лабораторный опыт (n = 90) с тремя уровнями фотосинтетически активного фотонного потока PPFD: 60, 180 и 420 мкмоль·м−2·с−1. Во всех группах поддерживали одинаковые температуру, влажность, фотопериод, режим полива и минерального питания; спектральный состав LED‑панелей был стандартизирован и описан в разделе «Материалы и методы». Измерения выполнены на 28‑е сутки выращивания; различия проверены дисперсионным анализом с предварительной оценкой нормальности остатков и гомогенности дисперсий. Показано, что при повышении освещенности высота стебля снижалась, тогда как диаметр и доля лигнина возрастали (ANOVA: F(2,87) = 79,44; 44,11; 33,96; p < 0,001). Пост‑хок сравнения подтвердили градиентные различия между всеми парами уровней света. Дополнительный анализ выявил отрицательную связь высоты с диаметром и лигнификацией и положительную связь диаметра с лигнином. Результаты интерпретируются как адаптивный сдвиг от стратегии вытягивания к стратегии укрепления побега.
Скачивания
Библиографические ссылки
1. Григорьева Е. И., Сидорчук Ю. В., Дейнеко (Мух) Е. В. Формирование агрегатов в культуре клеток высших растений: роль компонентов клеточных стенок // Успехи современной биологии. 2022. Т. 142, № 6. C. 624–637. DOI: 10.31857/S0042132422060035.
2. Кулешова (Березкина) Т. Э., Удалова (Зайцева) О. Р., Балашова (Лахматова) И. Т., Аникина (Литвинюк) Л. М., Конончук П. Ю., Мирская (Нерушева) Г. В., Дубовицкая В. И., Вертебный В. Е., Хомяков Ю. В., Панова Г. Г. Особенности влияния спектра излучения на продуктивность и биохимический состав тестовых плодовых и листовых овощных культур // Журнал технической физики. 2022. Т. 92, № 7. C. 1060–1068. DOI: 10.21883/JTF.2022.07.52663.343-21.
3. Лебедев В. Г., Шестибратов К. А. Генная инженерия биосинтеза лигнина в деревьях: компромисс между свойствами древесины и жизнеспособностью растений // Физиология растений. 2021. Т. 68, № 4. C. 339–355. DOI: 10.31857/S0015330321030106.
4. Мокшина Н. Е., Микшина П. В., Горшкова (Шишкина) Т. А. Экспрессия генов целлюлозосинтаз при гравистимуляции растений льна (Linum usitatissimum) и тополя (Populus alba×tremula) // Биоорганическая химия. 2022. Т. 48, № 3. C. 313–327. DOI: 10.31857/S0132342322030137.
5. Delmer D., Dixon R. A., Keegstra K., Mohnen D. The plant cell wall – dynamic, strong, and adaptable – is a natural shapeshifter // The Plant Cell. 2024. No 5 (36). P. 1257–1311. DOI: 10.1093/plcell/koad325.
6. Gautrat P., Matton, S. E. A., Oskam, L., Shetty, S. S., Van Der Velde, K. J., Pierik, R. Lights, location, action: shade avoidance signalling over spatial scales // Journal of Experimental Botany. 2025. No 3 (76). P. 695–711. DOI: 10.1093/jxb/erae217.
7. Krahmer J., Fankhauser C. Environmental control of hypocotyl elongation // Annual Review of Plant Biology. 2024. No 1 (75). P. 489–519. DOI: 10.1146/annurev-arplant-062923-023852.
8. Liu W., Hussain, S., Liu, T., Zou, J., Ren, M., Zhou, T., Liu, J., Yang, F., Yang, W. Shade stress decreases stem strength of soybean through restraining lignin biosynthesis // Journal of Integrative Agriculture. 2019. No 1 (18). P. 43–53. DOI: 10.1016/S2095-3119(18)61905-7.
9. Liu Y., Ye, R., Gao, X., Lin, R., Li, Y. Intermittent supplementation with far-red light accelerates leaf and bud development and increases yield in lettuce // Plants. 2025. No 1 (14). P. 139. DOI: 10.3390/plants14010139.
10. Ma P., Zhou, L., Liao, X.-H., Zhang, K.-Y., Aer, L.-S., Yang, E.-L., Deng, J., Zhang, R.-P. Effects of low light after heading on the yield of direct seeding rice and its physiological response mechanism // Plants. 2023. No 24 (12). P. 4077. DOI: 10.3390/plants12244077.
11. Martinez-Garcia J. F., Rodriguez-Concepcion M. Molecular mechanisms of shade tolerance in plants // New Phytologist. 2023. No 4 (239). P. 1190–1202. DOI: 10.1111/nph.19047.
12. Meijer D., Meisenburg, M., Van Loon, J. J. A., Dicke, M. Effects of low and high red to far-red light ratio on tomato plant morphology and performance of four arthropod herbivores // Scientia Horticulturae. 2022. (292). P. 110645. DOI: 10.1016/j.scienta.2021.110645.
13. Sellaro R., Durand, M., Aphalo, P. J., Casal, J. J. Making the most of canopy light: shade avoidance under a fluctuating spectrum and irradiance // Journal of Experimental Botany. 2025. No 3 (76). P. 712–729. DOI: 10.1093/jxb/erae334
14. Zhang S., Zhu, H., Wang, L., Zhang, Y., Cen, H., Xu, T. Effects of Selenium on the Lignin Deposition Pattern and Stem Mechanical Properties of Alfalfa (Medicago sativa L.) // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2024. No 17 (72). P. 9923–9936. DOI: 10.1021/acs.jafc.3c06684
15. Zhong R., Ye Z.-H. Transcriptional regulation of lignin biosynthesis // Plant Signaling & Behavior. 2009. No 4 (11). P. 1028–1034. DOI: 10.4161/psb.4.11.9875
References
1. Grigor'eva, E. I., Sidorchuk, Yu. V. & Deineko (Mukh), E. V. (2022). Formirovanie agregatov v kul'ture kletok vysshikh rastenii: Rol' komponentov kletochnykh stenok [Aggregates formation in higher plants cell culture: the role of cell wall components]. Uspekhi Sovremennoi Biologii, 142(6), 624–637. https://doi.org/10.31857/S0042132422060035 (In Russian).
2. Kuleshova (Berezkina), T. E., Udalova (Zaitseva), O. R., Balashova (Lakhmatova), I. T., Anikina (Litvinyuk), L. M., Kononchuk, P. Yu., Mirskaya (Nerusheva), G. V., Dubovitskaya, V. I., Vertebnyi, V. E., Khomyakov, Yu. V., & Panova, G. G. (2022). Osobennosti vliyaniya spektra izlucheniya na produktivnost' i biokhimicheskii sostav testovykh plodovykh i listovykh ovoshchnykh kul'tur. Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki, 92(7), 1060–1068. https://doi.org/10.21883/JTF.2022.07.52663.343-21 (In Russian).
3. Lebedev, V. G., & Shestibratov, K. A. (2021). Gennaya inzheneriya biosinteza lignina v derev'yakh: Kompromiss mezhdu svoistvami drevesiny i zhiznesposobnost'yu rastenii. Fiziologiya Rastenii, 68(4), 339–355. https://doi.org/10.31857/S0015330321030106 (In Russian).
4. Mokshina, N. E., Mikshina, P. V., & Gorshkova (Shishkina), T. A. (2022). Ekspressiya genov tsellyulozosintaz pri gravistimulyatsii rastenii l'na (Linum usitatissimum) i topolya (Populus alba × tremula) [Expression of Cellulose Synthase Genes during the Gravistimulation of Flax (Linum usitatissimum) and Poplar (Populus alba × tremula) Plants]. Bioorganicheskaya Khimiya, 48(3), 313–327. https://doi.org/10.31857/S0132342322030137 (In Russian).
5. Delmer, D., Dixon, R. A., Keegstra, K., & Mohnen, D. (2024). The plant cell wall—Dynamic, strong, and adaptable – Is a natural shapeshifter. The Plant Cell, 36(5), 1257–1311. https://doi.org/10.1093/plcell/koad325 (In English).
6. Gautrat, P., Matton, S. E. A., Oskam, L., Shetty, S. S., Van Der Velde, K. J., & Pierik, R. (2025). Lights, location, action: Shade avoidance signalling over spatial scales. Journal of Experimental Botany, 76(3), 695–711. https://doi.org/10.1093/jxb/erae217 (In English).
7. Krahmer, J., & Fankhauser, C. (2024). Environmental Control of Hypocotyl Elongation. Annual Review of Plant Biology, 75(1), 489–519. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-062923-023852 (In English).
8. Liu, W., Hussain, S., Liu, T., Zou, J., Ren, M., Zhou, T., Liu, J., Yang, F., & Yang, W. (2019). Shade stress decreases stem strength of soybean through restraining lignin biosynthesis. Journal of Integrative Agriculture, 18(1), 43–53. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(18)61905-7 (In English).
9. Liu, Y., Ye, R., Gao, X., Lin, R., & Li, Y. (2025). Intermittent Supplementation with Far-Red Light Accelerates Leaf and Bud Development and Increases Yield in Lettuce. Plants, 14(1), 139. https://doi.org/10.3390/plants14010139 (In English).
10. Ma, P., Zhou, L., Liao, X.-H., Zhang, K.-Y., Aer, L.-S., Yang, E.-L., Deng, J., & Zhang, R.-P. (2023). Effects of Low Light after Heading on the Yield of Direct Seeding Rice and Its Physiological Response Mechanism. Plants, 12(24), 4077. https://doi.org/10.3390/plants12244077 (In English).
11. Martinez-Garcia, J. F., & Rodriguez-Concepcion, M. (2023). Molecular mechanisms of shade tolerance in plants. New Phytologist, 239(4), 1190–1202. https://doi.org/10.1111/nph.19047 (In English).
12. Meijer, D., Meisenburg, M., Van Loon, J. J. A., & Dicke, M. (2022). Effects of low and high red to far-red light ratio on tomato plant morphology and performance of four arthropod herbivores. Scientia Horticulturae, 292, 110645. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110645 (In English).
13. Sellaro, R., Durand, M., Aphalo, P. J., & Casal, J. J. (2025). Making the most of canopy light: Shade avoidance under a fluctuating spectrum and irradiance. Journal of Experimental Botany, 76(3), 712–729. https://doi.org/10.1093/jxb/erae334 (In English).
14. Zhang, S., Zhu, H., Wang, L., Zhang, Y., Cen, H., & Xu, T. (2024). Effects of Selenium on the Lignin Deposition Pattern and Stem Mechanical Properties of Alfalfa (Medicago sativa L.). Journal of Agricultural and Food Chemistry, 72(17), 9923–9936. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c06684 (In English).
15. Zhong, R., & Ye, Z.-H. (2009). Transcriptional regulation of lignin biosynthesis. Plant Signaling & Behavior, 4(11), 1028–1034. https://doi.org/10.4161/psb.4.11.9875 (In English).
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Статьи журнала «Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Донецким Государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
