Changes in the ultrastructure of Capsicum annuum L. seedlings roots under aluminum stress conditions

• Autorzy: Konarska A

Warianty tytułu

PL

Zmiany w ultrastrukturze korzeni siewek Capsicum annuum L. w warunkach stresu glinowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of aluminum was investigated on the cell ultrastructure of roots of fourteen-day-old `Trapez` red pepper seedlings grown in water culture. Disorders in the cell structure were observed using transmission electron microscopy (TEM). An analysis of longitudinal sections of the apical region of the control plants’ roots showed that cells of the cap and cells of the meristematic region had an arrangement and shape typical for these root regions, and cell organelles were properly developed. Changes in the cell structure under the infl uence of aluminum involved a reduction in the number of starch grains in the leucoplasts of the cap, the formation of lobate nuclei and a reduction in the number of cisternae in the dictyosomes as well as the damage of the cell membranes. Moreover, the swelling of mitochondria was observed with a simultaneous reduction in the number of mitochondrial cristae or the bursting of the membrane of these structures. In the vacuoles of the investigated root section, the presence of numerous electron-opaque large-sized formations was found, being most probably aluminum deposits. The cell wall, often thickened, was wavy or the formation of two walls in close distance was observed. The obtained results prove the high sensitivity of the studied red pepper cultivar to aluminum stress.

PL

Badano wpływ glinu na ultrastrukturę komórek korzenia czternastodniowych siewek papryki rocznej `Trapez` uprawianych w kulturach wodnych. Zaburzenia struktury komórek obserwowano w transmisyjnym mikroskopie elektronowym (TEM). Analiza podłużnych przekrojów wierzchołkowej strefy korzeni roślin kontrolnych wykazała, że komórki czapeczki i komórki strefy merystematycznej miały układ i kształt typowy dla tych stref korzenia, a organella komórkowe były prawidłowo wykształcone. Zmiany w strukturze komórek pod wpływem glinu polegały na redukcji liczby ziaren skrobi w leukoplastach czapeczki, tworzeniu płatowatych jąder oraz redukcji liczby cystern w diktiosomach, a także uszkodzeniu membran komórkowych. Zaobserwowano ponadto pęcznienie mitochondriów przy jednoczesnym zmniejszaniu się liczby grzebieni mitochondrialnych lub pękaniu otoczki tych struktur. W wakuolach badanego odcinka korzenia stwierdzono obecność licznych nieprzejrzystych elektronowo tworów o pokaźnych rozmiarach, będących najprawdopodobniej depozytami glinu. Ściana komórkowa była często zgrubiała, pofałdowana lub obserwowano tworzenie się dwu ścian w bliskim sąsiedztwie. Uzyskane wyniki świadczą o dużej wrażliwości badanej odmiany papryki na stres glinowy.

Słowa kluczowe

EN

stress condition; ultrastructural change; root; aluminium stress; Capsicum annuum; seedling; plant; aluminum zob.aluminium; red pepper

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrobotanica
• Rocznik: 2008
• Tom: 61
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.27-32,fig.,ref.

Twórcy

autor

Konarska A

• University of Life Sciences in Lublin, Akademicka 15, 20-950 Lublin, Poland

Bibliografia

• Bennet R. J., 1998. The aluminum response network in wheat (Triticum aestivum L.). I. The root growth reactions. S. Afr. J. Plant Soil, 15 (1): 38-45.
• Brauner L., Bunkatsh F. 1987. Praktikum z fizjologii roślin. PWN, Warszawa.
• Budiková S., 1999. Structural changes and aluminum distribution in maize root tissues. Biol. Plant. 42 (2): 259-266.
• Cha D. H., Lee D. K. 1996. Effects of different aluminum levels on growth and root anatomy of Alnus hirsuta Rupr. seedlings. J. Sustainable Forestry, 3 (2-3): 45-63.
• Clune T. S., Copeland L., 1999. Effects of aluminum on canola roots. Plant Soil, 216; 27-33.
• Crawford S. A., Wilkens S., 1997. Ultrastructural changes in root cap cells of two australian native grass species following exposure to aluminum. Aust. J. Plant Physiol. 24: 165-174.
• De Lima M. L., Copeland L., 1994. Changes in the structure of the root tip of wheat following exposure to aluminum. Aust. J. Plant Physiol. 21: 85-94.
• Holopainen T., Anttonen S., Wulff A., Palomäki V., Kärenlampi L., 1992. Comparative evaluation of the effects of gaseous pollutants, acidic deposition and mineral defi ciencies: structural changes in the cells of forest plants. Agric. Ecosystems Environ. 28: 185-189.
• Horst W. J., Schmohl N., Kollmeier M., Baluška F., Sivaguru M., 1999. Does aluminum effect root growth of maize through interaction with the cell wall – plasma membrane – cytoskeleton continuum? Plant Soil, 215 (2): 163-174.
• Konarska A., 2004a. Wpływ nadmiaru glinu na rozwój i budowę korzeni trzech gatunków roślin. / The infl uence of aluminum’s on growth and root morphology of three plants species. J. Elementol. 9 (2): 109-118.
• Konarska A., 2004b. Wpływ glinu i niskiego pH na rozwój i strukturę korzeni siewek słonecznika zwyczajnego w kulturach wodnych. / The infl uence of aluminum excess on grown and root structure of sunfl ower. Pamiętnik Puławski, 138: 77-88.
• Konarska A., 2005. Changes in development and structure of Raphanus sativus L. var. radicula Pers. root under aluminum stress condition. Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus 4 (1): 85-97.
• Liu D., Wang W., Jiang W., 1996. Effects of aluminum ions on root growth and nucleoli in root tip cells of mung bean (Phaseolus radiatus L.). Chin. J. Appl. Environ. Biol. 2 (3): 254-258.
• Ma J. F., Hiradate S., 2000. Form of aluminum for uptake and translocation in buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench). Planta, 211: 355-360.
• Malathi N., Sarethy I.P., Paliwal K., 2001. Effect of aluminum on hydroponically grown Acacia nilotica seedlings. J Plant Biol. 28 (1): 105-109.
• Malkanthi D. R. R., Yokoyama K., Yoshida T., Moritsugu M., Matsushita K., 1995. Effect of low pH and Al on growth and nutrient uptake of several plants. Soil Sci. Plant Nutr. 41 (1): 161-165.
• Mangabeira P., Mushrifah I., Escaig F., Laffray D., Franca M. G., Galle P., 1999. Use of MISS microscopy and elektron probe X-ray microanalysis to study the subcellural localization of aluminum in Vicia faba root cells. Cell Mol. Biol. 45 (4): 413-422.
• Michałek W. J., 2002. Fizjologiczne aspekty tofsyczności mono- i polimerycznej formy glinu na przykładzie sałaty (Lactuca sativa L.). / Physiological aspects of toxicity of the mono- and polymeric form of aluminum on the example of lettuce (Lactuca sativa L.). Rozprawy Naukowe AR w Lublinie, zeszyt 259.
• Pan J., Zhu M., Chen H. 2001. Aluminum – induced cell death in root – tip cells of barley. Envir. Exp. Bot. 46: 71-79.
• Schmohl N., Hor st W. J., 2001. Cell – wall composition modulates aluminum toxicity. 14th International Plant Nutrition Colloquium, Hannover, Germany 2001: 262-263, 14 ref.
• Silva I. R., Smyth T. J., Moxley D. F., Carter T. E., Allen N. S., Rufty T. W., 2000. Aluminum accumulation at nuclei of cells in the root tip. Fluorescence detection using lumogallion and confocal laser scanning microscopy. Plant Physiol. 123: 543-552.
• Sivaguru M., Baluška F., Vol kmann D., Felle H. H., Horst W. J., 1999. Impact of aluminum on the cytoskeleton of the maize root apex. Short – term effects on the distal part of the transition zone. Plant Physiol. 119: 1073-1082.
• Stoutjesdijk P. A., Sale P. W., Larkin P. J., 2001. Possible involvement of condensed tannins in aluminum tolerance of Lotus pedunculatus. Aust. J. Plant Physiol. 28: 1063-1074.
• Szatanik-Kloc A., 1999. The infl uence of aluminium on morphological and anatomical features in wheat and triticale./ Wpływ glinu na cechy morfologiczne oraz anatomiczne pszenicy i pszenżyta. Zbiór Prac Ogólnopol. Konf. Nauk.: Fizyczna degradacja gleb: prognozowanie, metody ochrony i rekultywacji. Lublin, 9 IX 1999. Polskie Towarzystwo Agrofi zyczne: 132-136.
• Tabuchi A., Matsumoto H., 2001. Changes in cell–wall properties of wheat (Triticum aestivum) roots during aluminum – induced growth inhibition. Physiol. Plant. 112: 353-358.
• Vázquez M. D., Poschenrieder Ch., Corrales I., Barceló J., 1999. Change in apoplastic aluminum during the imitial growth response to aluminum by roots of a tolerant maize variety. Plant Physiol. 119 (2): 435-444.
• Vázquez , M. D., 2002. Aluminum exclusion mechanism in root tips of maize (Zea mays L.): lysigeny of aluminum hyperaccumulator cells. Plant Biol. 4 (2): 234-249.
• Weryszko-Chmielewska E., Michońska M., Chwil M., Szadura M., 1999. Destrukcja tkanek korzeni dwóch odmian lędźwianu siewnego (Lathyrus sativus L.) w warunkach stresu glinowego. / Destruction of root tissues of two cultivar of chickling vetch (Lathyrus sativus L.) by aluminum excess. Ann. UMCS, sect. EEE, 7: 71-79.
• Weryszko -Chmielewska E., Chwil M., 1998. Rozwój korzeni grochu zwyczajnego (Pisum sativum L.) w warunkach stresu glinowego i silnego zakwaszenia środowiska./ The development of roots of pea (Pisum sativum L.) under the conditions of aluminum stress and strong acidifi cation of the environment. Zesz. Probl. Post. Roln. 456: 629-636.
• Wenzl P., Patiño G.M., Chaves A. L., Mayer J. E., Rao I. M., 2001. The high level of aluminum resistance in signal grass is not associated with known mechanisms of external aluminum detoxifi cation in root apices. Plant Physiol. 125 (3): 1473-1484.
• Yang Z. M., Sivaguru M., Horst W., Matsumoto H., 2000. Aluminum tolerance is achieved by exudation of citric acid from roots of soybean (Glycine max). Physiol. Plant. 110 (1): 72-77.