Участь іонів кремнію в стійкості рослин Phragmites australis до зниження вологості в ґрунті

Abstract

Наведено результати дослідження локалізації та вмісту кремнію в листках повітряно-водних та суходільних рослин Phragmites australis, які зростали в природних умовах на березі р. Дніпро (в зоні Києва). Для визначення вмісту кремнію в листках використовували цитохімічні та ультраструктурні методи. Для аналізу вмісту води в зразках та визначення вологості ґрунту, на якому зростали рослини очерету, використовували класичні біохімічні методи. Для дослідження брали листкові пластинки у фазі вегетативного росту. Наявність та субклітинну локалізацію іонів кремнію вивчали з використанням лазерного конфокального мікроскопа (LSM 5, “Zeiss”, Німеччина) та сканувального електронного мікроскопа (із рентгенівською установкою EX-S4175GMU, “JEOL”, Японія). Методом конфокальної мікроскопії встановлено наявність кремнієвих аморфних та кристалічних включень у периклінальних клітинних стінках основних клітин епідермісу, трихом, замикальних клітин продихів та над жилками листків повітряно-водних та суходільних рослин очерету. Вперше виявлено значне підвищення вмісту аморфного та кристалічного кремнію в епідермісі листків суходільних рослин цього виду методами мікроскопії та рентгенівського аналізу. Встановлено, що клітини абаксіального епідермісу, зокрема клітини навколо продихів та трихом, трихоми та клітини над жилками, є головними акумуляторами кремнію в листках. Припускається, що такі локалізація та підвищений вміст кремнію оптимізують водний баланс наземних рослин і сприяють підвищенню їх стійкості до ґрунтової посухи. Пропонується посилити увагу до вивчення ролі кремнію в адаптації рослин до несприятливих змін абіотичних факторів довкілля.

The results of studies of the localization and the silicon content in the leaves of air-water and terrestrial plants Phragmites australis, which grew on the banks of the Dnipro River (in the zone of Kiev) are presented. For the study of the Si content in leaves, cytochemical and structural methods are used. Classical biochemical methods are used to analyze the water content of the samples and the moisture content of the soil, on which the reed plants grew. For the analysis, we took leaves in the vegetative growth phase. The presence and subcellular localization of silicon ions are studied with the use of a laser confocal microscope (LSM 5, Zeiss, Germany) and a scanning electron microscope (with X-ray unit EX-S4175GMU, JEOL, Japan). The presence of silicon amorphous and crystalline inclusions in the periclinal cell walls of main epidermal cells, trichomes, stomatal cells, and over the leaf veins of air-water and terrestrial reed plants is shown by confocal microscopy. For the first time, a significant increase in the content of amorphous and crystalline silicon in the epidermis of leaves of this species of terrestrial plants by microscopy and X-ray analysis is revealed. It has been established that the cells of abaxial epidermis, in particular, cells around stomata and trichomes, trichomes and cells above veins, are the main accumulators of silicon in the leaves. It is assumed that such localization and increased content of silicon optimize the water balance of terrestrial plants and thus increase their resistance to soil drought. It is proposed to strengthen attention to the role of silicon in the adaptation of plants to adverse changes in abiotic environmental factors.

Приведены результаты исследования локализации и содержания кремния в листьях воздушно-водных и суходольных растений Phragmites australis, которые росли в естественных условиях на берегу р. Днепр (в зоне Киева). Для определения содержания кремния в листьях использовали цитохимические и ультраструктурные методы. Для анализа содержания воды в образцах и определения влажности почвы, на которой росли растения тростника, использовали классические биохимические методы. Для исследования брали листовые пластинки в фазе вегетативного роста. Наличие и субклеточную локализацию ионов кремния изучали с использованием лазерного конфокального микроскопа (LSM 5, “Zeiss”, Германия) и сканирующего электронного микроскопа (с рентгеновской установкой EX-S4175GMU, “JEOL”, Япония). Методом конфокальной микроскопии установлено наличие кремниевых аморфных и кристаллических включений в периклинальных клеточных стенках основных клеток эпидермиса, трихом, замыкающих клеток устьиц и над жилками листьев воздушно-водных и суходольных растений тростника. Впервые выявлено значительное повышение содержания аморфного и кристаллического кремния в эпидермисе листьев суходольных растений этого вида методами микроскопии и рентгеновского анализа. Установлено, что клетки абаксиального эпидермиса, в частности клетки вокруг устьиц и трихом, трихомы и клетки над жилками, являются главными аккумуляторами кремния в листьях тростника. Предполагается, что такие локализация и повышенное содержание кремния оптимизируют водный баланс наземных растений и способствуют повышению их устойчивости к почвенной засухе. Предлагается усилить внимание к изучению роли кремния в адаптации растений к неблагоприятным изменениям абиотических факторов окружающей среды.