Некоторые аспекты физиологического действия мелатонина у растений. Часть 3

Результаты изучения влияния мелатонина (0.01-100 мкМ) на рост и состояние фотосинтетического аппарата растений Triticum aestivum показали небольшое стимулирующее действие мелатонина в концентрации 0.1-50 мкМ на линейный рост листьев и отсутствие влияния на накопление биомассы листьев. Мелатонин в концентрации 100 мкМ не оказывал стимулирующего действия на рост листьев в длину. Ранее стимулирующее действие мелатонина на линейный рост было показано на колеоптилях злаковых растений [4, 5]. При этом отмечается, что ростостимулирующее действие мелатонина заметно слабее, чем действие ИУК и по разным данным составляет от 10 до 55% [5]. Механизм, посредством которого мелатонин стимулирует линейный рост растений, на сегодняшний день до конца не определен [1, 3].

Что касается роста корней, то оказалось, что мелатонин в концентрации 0.01 мкМ стимулировал, а в концентрации 0.1-100 мкМ тормозил рост придаточных корней пшеницы. Это согласуется с некоторыми работами [2] в которых показано, что влияние мелатонина на рост боковых корней зависит от его концентрации. Так, в диапазоне концентраций от 0.001 до 100 мкМ мелатонин в меньших дозах более эффективно влияет на рост корней Brassica juncea, чем в больших. Концентрации 10-100 мкМ могут ингибировать рост корней [2].

На сегодняшний день лучше всего экспериментально подтверждено, что мелатонин влияет на содержание хлорофилла в листьях при старении [7]. Наши результаты опытов на пшенице показали, что в нормальных условиях, у не стареющих еще листьев мелатонин не оказывает влияния на содержание хлорофилла. По-видимому, это связано с механизмом действия мелатонина - он ингибирует экспрессию некоторых генов старения, замедляя деградацию хлорофилла, но не влияет на его синтез [7].

Для выявления защитного действия мелатонина против разрушения хлорофилла в условиях окислительного стресса проведены опыты на растениях Lycopersicon esculentum Mill. в условиях круглосуточного освещения. Томат, имеющий экваториальное происхождение, является одной из наиболее чувствительных к круглосуточному освещению сельскохозяйственной культурой, у которой в этих условиях отмечается фотоповреждение листьев, проявляющееся в виде мезжилкового хлороза, что отрицательно сказывается на росте, развитии и продуктивности растений.

Обработка растений мелатонином показала, что в концентрациях 1 и 10 мкМ он устранял частично негативное действие избыточного света. У растений, которым в субстрат вместе с поливом был добавлен мелатонин было выше содержание хлорофиллов и каротиноидов. На соотношение хлорофиллов a/b и содержание хлорофилла в светособирающем комплексе (ССК) мелатонин заметного влияния не оказал. Показатели флуоресценции хлорофилла: потенциальный (Fv/Fm) и реальный () квантовый выход фотохимической активности ФС II были выше у растений, обработанных мелатонином по сравнению с контрольными растениями. Предположительно, защитное действие мелатонина против хлороза в условиях круглосуточного освещения связано с его антиоксидантной активностью. На сегодняшний день доказано, что эндогенный мелатонин у растений, как и у животных, является эффективным «тушителем» свободных радикалов, выступая в первой линии защиты против окислительного стресса [6]. При этом действие его создает каскад реакций, так как мелатонин сам тушит АФК, но при этом еще образует метаболиты, которые также тушат свободные радикалы. Эта серия реакций значительно повышает способность мелатонина уменьшать окислительный стресс.

Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием Института биологии КарНЦРАН.

Список литературы
1. Arnao, Hernandez-Ruiz J. (2014) Melatonin: possible role as light-protector in plants // UV Radiation: Properties, Effects, and Applications. Physics Research & Technology Series (In: Radosevich, J.A., ed.), pp. 79-92, Nova Science Publishing.
2. Chen Q. (2009) Exogenously applied melatonin stimulates root growth and raises endogenous IAA in roots of etiolated seedling of Brassica juncea // J. Plant Physiol. 166, 324-328.
3. HardelandR. 2015. Melatonin in plants and other phototrophs: advances and gaps concerning the diversity of functions // Journal of Experimental Botany 66, 627-646.
4. Hernandez-Ruiz J. et al. (2004) Melatonin: growth-stimulating compound present in lupin tissues // Planta 220, 140-144.
5. Hernandez-Ruiz J. et al. (2005) Melatonin acts as a growth-stimulating compound in some monocot species // J. Pineal Res. 39, 137-142.
6. Reiter, R.J.; Tan, D.-X.; Zhou, Z.; Cruz, M.H.C.; Fuentes-Broto, L.; Galano, A. Phytomelatonin: Assisting Plants to Survive and Thrive //Molecules 2015, 20, 7396-7437.
Wang P. et al. (2013) Long-term exogenous application of melatonin delays drought-induced leaf senescence in apple // J. Pineal Res. 54, 292-302.

Аннотация. В статье анализируется данные по влиянию мелатонина на энергию прорастания и окончательную всхожесть семян травянистых и древесных растений в условиях оптимальных и низких температур, данные, свидетельствующие об ауксиноподобном действии мелатонина на рост растений и защитном действии мелатонина против разрушения хлорофилла в условиях окислительного стресса.
Ключевые слова: мелатонин, растения, рост, антиоксидантная защита, абиотический стресс, фотосинтетический аппарат.

А. В. Мамаев