Leaf-area-specific delivery rates of indole acetic acid and abscisic acid in the transpiration stream of flooded tomato plants in relation to stomatal closure

• Autorzy: Janowiak F. , Else M. A. , Jackson M. B.

Warianty tytułu

PL

Transport kwasu indolilo octowego i kwasu abscysynowego w strumieniu transpiracyjnym roślin pomidora w warunkach stresu zalewania w przeliczeniu na powierzchnię liści a zamykanie szparek

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Flooding of the soil induces stomata to close within a few hours decreasing a potential damage of leaves which would otherwise occur because of a decrease of root hydraulic conductivity. The signals triggering these shoot responses have not been fully identified but could include changes in hormone transport from roots to shoots as their synthesis and xylem loading are altered. The present research determined if changes in the delivery of indole acetic acid (IAA) could be a root-born signal comparable with decreases in abscisic acid (ABA) reported previously. Tomato plants at the 7-8-leaf stage were flooded up to 48 h by submerging their pots individually in tap water. Xylem sap was collected from freshly detopped and pneumatically pressurised roots at flow rates equivalent to those of whole-plant transpiration. Concentrations of ABA and IAA in the sap were quantified by the GC-MS and their delivery rates from roots to shoots (fluxes) was calculated an the basis of transpiration rates of the whole plant calculating the amounts delivered per unit area of leaf. Leaf conductance (a measure of stomatal closure) and leaf water potential (LWP) were also measured. Stomata were closed almost completely in 8 h of flooding. This decreased transpiration significantly. Stomatal closure and transpiration remained much below than those of well-drained plants for at least 48 h. Between 4-8 h of flooding, a marked transient decrease in LWP took place which was quickly succeeded by its increase even to values above those of well-drained plants. The concentration and the delivery of ABA from flooded roots to shoots in xylem sap decreased 5- and 7-fold, respectively, within 2 h of flooding and remained lower for at least 48 h, as compared to the control. In contrast, IAA concentrations in xylem sap of flooded plants were above those of well-drained plants. However, slower rates of transpiration generated IAA deliveries that were decreased by 36, 35, 18 and 28% after 2, 4, 6 and 8 h of flooding respectively. The rapid and transient decrease in LWP of leaves and decrease in the delivery of ABA and IAA from roots to shoots during the first hours of flooding were always observed before the stomata started to close. Each is a potentially active signal. While the decrease in ABA is diffucult to explain the stomatal closure, the involvement of the rapidly depressed delivery rates of IAA from roots to shoots during the early flooding merits further investigation.

PL

Zalewanie gleby powoduje zamykanie szparek roślin w okresie kilku godzin, zmniejszając potencjalne uszkodzenia liści, które pojawiłyby się wskutek zmniejszonej w tych warunkach przewodności hydraulicznej korzeni. Sygnały inicjujące te reakcje części nadziemnej nie zostały w pełni zidentyfikowane, ale mogą one obejmować transport hormonów z korzeni do łodygi, gdyż ich synteza i załadowanie do floemu ulegają zmianom. W przedstawianych badaniach sprawdzano czy zmiany transportu kwasu indolilo octowego (IAA) mogłyby być sygnałem porównywalnym ze znanym w literaturze spadkiem transportu kwasu abscysynowego (АВА). Rośliny pomidora w fazie 7-8 liści poddawano stresowi zalewania poprzez zanurzanie pojedynczych wazonów w wodzie. Sok ksylemu był zbierany z świeżo ściętych roślin, których korzenie poddano odpowiedniemu ciśnieniu w komorach ciśnieniowych, aby uzyskać wypływ soku zbliżony do transpiracji całych roślin. Stężenie АВА i IAA w soku oznaczano za pomocą GC-MS, a poziom ich transportu z korzeni do łodygi wyznaczano na podstawie wielkości transpiracji całej rośliny, przeliczając transportowane ilości hormonu na jednostkę powierzchni liści danej rośliny. Mierzono również przewodność szparkową liści oraz ich potencjał wody (LWP). Szparki zostały prawie całkowicie zamknięte po 8 godz. stresu zalewania, co istotnie ograniczyło transpirację. Szparki pozostawały zamknięte, a transpiracja była zdecydowanie niższa niż u roślin kontrolnych przez co najmniej 48 godz. Między 4 a 8 godziną działania stresu zalewania obserwowano znaczny ale przejściowy spadek LWP, po którym następował jego wzrost nawet do wartości wyższych niż u roślin kontrolnych. Stężenie i transport ABA z zalewanych korzeni do łodygi w soku ksylemu zmniejszały się odpowiednio 5-cio i 7-mio krotnie w obrębie 2 godz. stresu zalewania, a następnie były niższe w porównaniu z kontrolą przez co najmniej 48 godz. Natomiast stężenie IAA w soku ksylemu roślin zalanych był wyższy niż u kontrolnych. Jednak niższy poziom transpiracji powodował, że transport IAA strumieniem transpiracyjnym zmniejszał się o odpowiednio 36, 35, 18 i 28% po 2, 4, 6 i 8 godz działania stresu zalewania. Szybki i przejściowy spadek LWP oraz zmniejszenie się transportu ABA i IAA z korzeni do łodyg podczas pierwszych godzin zalewania był zawsze obserwowany przed zamykaniem się szparek. Każdy z nich jest potencjalnym sygnałem. Podczas gdy spadkiem ABA trudno wytłumaczyć zamykanie szparek, rola szybkiego spadku transportu IAA z korzeni do łodyg już w pierwszych etapach oddziaływania stresu zalewania wymaga dalszych badań.

Słowa kluczowe

EN

acetic acid; abscisic acid; transpiration stream; flooding stress; tomato plant; stoma; hormone signalling; specific leaf area; root; shoot; tomato; Solanum lycopersicum; hydraulic conductivity

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2010
• Tom: 545
• Opis fizyczny: p.151-159,fig.,ref.

Twórcy

autor

Janowiak F.

• Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Niezapominajek 21, 30-239 Krakow, Poland

autor

Else M. A.

autor

Jackson M. B.

Bibliografia

• Else М.A., Davies W.J., Whitford P.N., Hall K.C., Jackson M.B. 1994. Concentrations of abscisic acid and other solutes in xylem sap from root systems of tomato and castor-oil plants are distorted by wounding and variable sap flow rates. J. Exp. Bot. 45: 317-324.
• Else M.A. Janowiak F., Atkinson C.J., Jackson M.B. 2009. Root signals and stomatal closure in relation to photosynthesis, chlorophyll a fluorescence and adventitious rooting of flooded tomato plants. Ann. Bot. 103: 313-323.
• Jackson M.B. 1993. Are plant hormones involved in root to shoot communication. Advances in Botanical Research 19: 105-187.
• Jackson M.B. 2002. Long-distance signalling from roots to shoots assessed: the flooding story. J. Exp. Bot. 53: 175-181.
• Jackson M.B., Ricard B. 2003. Physiology, biochemistry and molecular biology of plant root systems subjected to flooding of the soil, in: Root Ecology. H. de Kroon, E.J.W. Visser (Eds), Springer-Verlag, Berlin Heidelberg: 193-213.
• Jackson M.B., Saker L.R., Crisp C.M., Else M.A, Janowiak F. 2003. Ionic and pH signalling from roots to shoots of flooded tomato plants in relation to stomatal closure. Plant and Soil 253: 103-113.
• Janowiak F., Else M.A., Jackson M.B. 2002. A loss of photosynthetic efficiency does not explain stomatal closure in flooded tomato plants. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 481: 229-234.
• Kamboj J.S., Browning G., Blake P.S., Quinlan J.D., Baker D.A. 1999. GC-MS-SIM analysis of abscisic acid and indole-3-acetic acid in shoot bark of apple rootstocks. Plant Growth Regulation 28: 21-27.
• Kramer P.J. 1969. Plant and soil water relationships: A modern synthesis. McGraw Hill, London.