Досліджено особливості пігментного складу та ультраструктурної будови хлоропластів рослин різних таксонів: Equisetum arvense L., Salvinia natans (L.) All., Triticum aestivum L. Встановлено, що для вегетативних пагонів хвоща польового Е. arvense характерний високий вміст фотосинтетичних пігментів, асоційованих із хлоропластами лінзоподібної форми, тоді як у генеративних пагонах фотосинтетичних пігментів менше й асоційовані вони виключно із запасаючими органелами ліпопластами. Виявлено чіткі відмінності ультраструктурної будови хлоропластів і вмісту фотосинтетичних пігментів у плаваючих і занурених у воду ваях водяної папороті S. natans, які визначають їхні фізіологічні функції як асимілювальних і всисних органів. Хлоропласти клітин мезофілу Т. aestivum відрізняються добре розвиненими й численними гранами, які щільно наповнюють об’єм органел. Для них характерний високий вміст пігментів, асоційованих із білковими комплексами, що входять до складу фотосинтетичних мембран. Особливості пігментного складу та ультраструктурної організації хлоропластів рослин різних таксонів обговорено у зв’язку з їхніми адаптаційними характеристиками та еволюційним положенням.
Ключові слова: Equisetum arvense L., Salvinia natans (L.) All., Triticum aestivum L., пігменти, хлоропласти, ультраструктура
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Andrianova, Y.E. & Tarchevsky, I.A. (2000). Chlorophyll and plant productivity. Moscow: Nauka [in Russian].
2. Babenko, L.M., Sheyko, O.A., Kosakivska, I.V., Vedenichova, N.P., Nehretskiy, V.A. & Vasheka, O.V. (2015). Structural and functional characteristics of pteridophytes (Polypodiophyta). Bull. Charkovsky Natl. Agr. Univ., No. 1(34), pp. 80-103 [in Ukrainian].
3. Voytenko, L.V., Shcherbatyuk, M.M., Stakhiv, M.P. & Musatenko, L.I. (2012). Ultrastructural features of internode cells of field horsetail (Equisetum arvense L.). Dopov. Nac. akad. nauk Ukr., No. 2, pp. 170-173 [in Ukrainian].
4. Ivanov, L.A., Ivanova, L.A., Ronzhina, D.A. & Yudina P.K. (2013). Changes in the chlorophyll and carotenoid contents in the leaves of steppe plants along a latitudinal gradient in South Ural. Russ. J. Plant Physiol., No. 60 (6), pp. 812-820. https://doi.org/10.1134/S1021443713050075
5. Kiriziy, D.A., Stasik, O.O., Pryadkina, G.A. & Shadchina, T.M. (2014). Photosynthesis. Vol. 2. Assimilation of CO2 and the mechanisms of its regulation. Kiev: Logos [in Russian].
6. Kiriziy, D.A. (2004). Photosynthesis and plant growth in the aspect of donor-acceptor relations. Kiev: Logos [in Russian].
7. Klimenko, E.N. (2014). Structural and functional aspects of heterophylly in Nuphar lutea (L.) Smith. (Extended abstract of candidate (PhD) thesis). Institute of Food Biotechnology and Genomics, Kyiv, Ukraine [in Ukrainian].
8. Kochubey, S.M., Bondarenko, O.Yu. & Shevchenko, V.V. (2014). Photosynthesis. Vol. 1. The structure and functional peculiarities of light phase of photosynthesis. Kiev: Logos [in Russian].
9. Maslova, T.G., Mamushina, N.S., Sherstneva, O.A. & Bubolo, L.S. (2009). Seasonal structural and functional changes in the photosynthetic apparatus of evergreen. Russ. J. Plant Physiol., No. 56 (5), pp. 607-615. https://doi.org/10.1134/S1021443709050045
10. Mokronosov, A.T., Gavrilenko, V.F. & Zhigalova T.V. (2006). Photosynthesis: physiological, environmental and biochemical aspects. Moscow: Akademiya [in Russian].
11. Nedukha, O.M. (2014). Heterophylly in Plants. Kyiv: Alterpress [in Ukrainian].
12. Smolikova, G.N. & Medvedev, S.S. (2015). Seed carotenoids: synthesis, diversity, and functions. Russ. J. Plant Physiol., No. 62 (1), pp. 1-13. https://doi.org/10.1134/S1021443715010136
13. Sofronova, V.E., Chepalov, V.A., Dymova, O.V. & Golovko, T.K. (2014). The role of pigment system of an evergreen dwarf shrub Ephedra monosperma in adaptation to the climate of Central Yakutia. Russ. J. Plant Physiol., No. 61 (2), pp. 246-254. https://doi.org/10.1134/S1021443714010142
14. Stakhiv, M.P., Shcherbatuik, M.M., Voytenko, L.V. & Musatenko, L.I. (2013). Ultrastructural features of the internodes' surface in horsetail (Equisetum arvense L.). Modern Phytomorphology, No. 4, pp. 355-358 [in Ukrainian].
15. Sytnikov, D.M., Babenko, L.M. & Shcherbatuik, M.M. (2013). Photosynthetic pigments and ontogenesis of Equisetum arvense L. Bull. Odessa national univ. Ser. Biology, No. 18 (2), pp. 50-63 [in Russian].
16. Shcherbatiuk, M.M., Babenko, L.M., Sheyko, O.A. & Kosakivska I.V. (2015). Microstructural features of water fern Salvinia natans (L.) All. organ surfaces. Modern Phytomorphology, No. 7, pp. 129-133 [in Ukrainian].
17. Shcherbatiuk, M.M., Bricov, V.O. & Martin, G.G. (2015). Preparation of samples of plant tissues for electronic microscopy (theoretical and practical aspects). Kyiv: Talkom [in Ukrainian].
18. Austin, J.R., Frost, E., Vidi, P.A., Kessler, F. & Staehelin L.A. (2006). Plastoglobules are lipoprotein subcompartments of the chloroplast that are permanently coupled to thylakoid membranes and contain biosynthetic enzymes. Plant Cell., No. 18, pp. 1693-1703. https://doi.org/10.1105/tpc.105.039859
19. Babenko, L.M., Kosakivska, I.V., Akimov, Yu.A., Klymchuk, D.O. & Skaternya, T.D. (2014). Effect of temperature stresses on pigment content, lipoxygenase activity and cell ultrastructure of winter wheat seedlings. Genet. Plant Physiol., No. 4 (1-2), pp. 117-125.
20. Barthlott, W., Wiersch, S., Colic, Z. & Koch, K. (2009). Classification of trichome types within species of the water fern Salvinia, and ontogeny of the egg-beater trichomes. Botany, No. 87, pp. 830-836. https://doi.org/10.1139/B09-048
21. Björkman, O. (1998). Responses to different quantum flux densities. In: Physiological Plant Ecology. I. Responses to the Physical Environment. Lange, O. L., Nobel, P. S., Osmond, C. B. & Ziegler, H. (Eds.), pp.57–107, Berlin: Springer-Verlag.
22. Carde, J.-P. (1987). Electron microscopy of plant cell membranes. Methods in enzymology, No. 148, pp. 599-625. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48058-0
23. Croxdale, J.G. (1981). Salvinia leaves. III. Morphogenesis of the submerged leaf. Can. J. Bot., No. 59, pp. 2065-2072. https://doi.org/10.1139/b81-268
24. Cuttriss, A.J. & Pogson, B.J. (2004). Carotenoids. In Davies, K. M. (Ed.), Plant pigments and their manipulation, pp. 57-91. Boca Raton: CRC Press.
25. Demmig-Adams, B., Gilmore, A.M. & Adams, W.W. (1996). Carotenoids 3: in vivo function of carotenoids in higher plants. FASEB J., No. 10, pp.403-412. https://doi.org/10.1096/fasebj.10.4.8647339
26. Evert, R.F. (2007). Esau's Plant Anatomy: Meristems, Cells, and Tissues of the Plant Body: Their Structure, Function, and Development, 3rd Edition. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.
27. Marshall, G. (1986). Growth and development of field horsetail (Equisetum arvense L.). Weed Sci. No. 34, pp.271-275.
28. Mozzo, M., Dall'Osto, L., Hienerwadel, R., Bassi, R. & Croce, R. (2008). Photoprotection in the antenna complexes of photosystem II. Role of individual xanthophylls in chlorophyll triplet quenching. J. Biol. Chem., No. 283 (10), pp. 6184-6192. https://doi.org/10.1074/jbc.M708961200
29. Nagalingum, N.S., Schneider, H. & Pryer, K.M. (2006). Comparative morphology of reproductive structures in heterosporous water ferns and a reevaluation of the sporocarp. Int. J. Plant Sci., No. 167 (4), pp. 805-815. https://doi.org/10.1086/503848
30. Oquist, G. & Huner, N.P. (2003). Photosynthesis of overwintering evergreen plants. Annu. Rev. Plant Biol., No. 54, pp. 329-355. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.54.072402.115741
31. Page C. (2002). Ecological strategies in fern evolution: a neopteridological overview. Rev. Palaeobot. Palynol., No. 119, pp. 1-33. https://doi.org/10.1016/S0034-6667(01)00127-0
32. Parry, D.W., Hodson, M.J. & Sangster, A.G. (1984). Some recent advances in studies of silicon in higher plants. Philos. Trans. Royal Soc. London, Ser. B, No. 304, pp. 537-549. https://doi.org/10.1098/rstb.1984.0045
33. Pogson, B.J., Rissler, H.M. & Frank, H.A. (2005). The role of carotenoids in energy quenching. In The Light-Driven Water: Plastoquinone Oxidoreductase, Wyrdzynski, T. & Satoh, K. (Eds.), pp. 515-537. Dodrecht: Springer. https://doi.org/10.1007/1-4020-4254-X_24
34. Ramel, F., Birtic, S., Cuiné, S., Triantaphylidès, C., Ravanat, J.L. & Havaux, M. (2012). Chemical quenching of singlet oxygen by carotenoids in plants. Plant Physiol., No. 158, pp. 1267-1278. https://doi.org/10.1104/pp.111.182394
35. Soll J. (2016). The plastid reticulum reloaded. Endocytobiosis & Cell Res., No. 27, pp. 6-10.
36. Spicher, L. & Kessler, F. (2015). Unexpected roles of plastoglobules (plastid lipid droplets) in vitamin K1 and E metabolism. Curr. Opin. Plant Biol., No. 25, pp. 123-129. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2015.05.005
37. Stern, K.R., Jansky, S. & Bidlack J.E. (2003). Introductory Plant Biology. 9th Edition. McGraw-Hill Companies, Inc., USA.
38. Stumskaya, M. & Wurtzela, E.T. (2013). The carotenoid biosynthetic pathway: thinking in all dimensions. Plant Sci., No. 208, pp. 58-63. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2013.03.012
39. 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., No. 144, pp. 307-313. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2