Sự thay đổi theo chu kỳ ban ngày trong nồng độ và lưu lượng của các sản phẩm quang hợp trong mạch sinh chất của cây đậu ricin (Ricinus communis L.) và cây ngải cứu (Tanacetum vulgare L.)

Planta - Tập 236 - Trang 209-223 - 2012
Jose Kallarackal1,2, Susanne N. Bauer1, Heike Nowak1, Mohammad-Reza Hajirezaei3, Ewald Komor1
1Pflanzenphysiologie, Universität Bayreuth, Bayreuth, Germany
2Sustainable Forest Management Division, Kerala Forest Research Institute, Thrissur, India
3Physiologie und Zellbiologie, Leibnitz Institut IPK, Gatersleben, Germany

Tóm tắt

Các báo cáo về sự thay đổi theo chu kỳ ban ngày của các hợp chất chuyển hóa trong nhựa phloem còn gây tranh cãi. Chúng tôi đã xác định sự thay đổi theo chu kỳ ban ngày của nồng độ sucrose và axit amin cũng như lưu lượng trong dịch tiết từ các mũi đâm cắt của rệp trên lá ngải cứu (Tanacetum vulgare), và nồng độ cũng như lưu lượng sucrose, axit amin và K+ trong nhựa chảy của cuống trái đậu ricin (Ricinus communis). Khoảng một nửa các ống sieve của cây ngải cứu cho thấy một chu kỳ ban ngày của nồng độ và lưu lượng sucrose trong nhựa phloem. Dữ liệu từ nhiều cây ngải cứu chỉ ra rằng lưu lượng sucrose trong phloem tăng trong ban ngày ở trường hợp dinh dưỡng N thấp, nhưng không ở dinh dưỡng N cao. Nồng độ sucrose trong nhựa phloem của cây Ricinus trẻ có sự thay đổi không đáng kể giữa ban ngày và đêm, trong khi lưu lượng sucrose tăng gấp 1.5 lần trong ban ngày (nhưng không ở cây Ricinus già). Nồng độ và lưu lượng axit amin trong các ống sieve của ngải cứu cho thấy chu kỳ ban ngày tương tự như nồng độ và lưu lượng sucrose, bao gồm cả sự phụ thuộc vào dinh dưỡng N. Lưu lượng axit amin, nhưng không phải nồng độ, trong nhựa phloem của Ricinus cao hơn vào ban ngày. Tỷ lệ sucrose/axit amin không cho thấy chu kỳ ban ngày ở cả ngải cứu và Ricinus. Nồng độ K+ trong nhựa phloem của Ricinus, nhưng không lưu lượng K+, giảm nhẹ trong ban ngày và tỷ lệ sucrose/K+ tăng lên. Kết luận, một chu kỳ ban ngày đã được quan sát thấy trong lưu lượng sucrose, axit amin và K+, nhưng không nhất thiết trong nồng độ của các sản phẩm quang hợp này. Do sự biến đổi lớn giữa các ống sieve khác nhau và các cây khác nhau, sự cung cấp dinh dưỡng cho các mô tiếp nhận không ổn định theo thời gian.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Bergmeyer HU, Bernt E (1974) Sucrose. In: Bergmeyer HU (ed) Methods of enzymatic analysis II (3). Weinheim/Academic Press New York, Verlag Chemie, pp 1176–1179 Bowsher CG, Long DM, Oaks A, Rothstein SJ (1991) Effects of light/dark cycle on expression of nitrate assimilatory genes in maize shoots and roots. Plant Physiol 95:281–285 Deeken R, Geiger D, Fromm J, Koroleva O, Ache P, Langenfeld-Heyser R, Sauer N, May S, Hedrich R (2002) Loss of the AKT2/3 potassium channel affects sugar loading into the phloem of Arabidopsis. Planta 216:334–344 Dongen van SM, Schurr U, Pfister M, Geigenberger P (2003) Phloem metabolism and function have to cope with low internal oxygen. Plant Physiol 131:1529–1543 Fiehn O (2003) Metabolic networks of Cucurbita maxima phloem. Phytochemistry 62:875–886 Fisher DB, Gifford RM (1986) Accumulation and conversion of sugars by developing wheat grains. VI. Gradients along the transport pathway from the peduncle to the endosperm cavity during grain filling. Plant Physiol 82:1024–1030 Gattolin S, Newbury HJ, Bale JS, Tseng H-M, Barrett DA, Pritchard J (2008) A diurnal component to the variation in sieve tube amino acid content in wheat. Plant Physiol 147:912–921 Grimmer C, Komor E (1999) Assimilate export by leaves of Ricinus communis L. growing under normal and elevated carbon dioxide concentrations: the same rate during the day, a different rate at night. Planta 209:275–281 Hall SM, Baker DA (1972) The chemical composition of Ricinus phloem exudate. Planta 106:131–140 Hartt CE (1969) Effect of potassium deficiency upon translocation of 14C in attached blades and entire plants of sugarcane. Plant Physiol 44:1461–1469 Hartt CE (1973) Mechanism of translocation in sugarcane. University of Hawaii Harold L. Lyon Arboretum Lecture Number 4, Harold L. Lyon Arboretum, Honolulu, USA Hayashi H, Chino M (1986) Collection of pure phloem sap from wheat and its chemical composition. Plant Cell Physiol 27:1387–1393 Hayashi H, Chino M (1990) Chemical composition of phloem sap from the uppermost internode of the rice plant. Plant Cell Physiol 31:247–251 Hocking PJ (1980) The composition of phloem exudate and xylem sap from tree tobacco (Nicotiana glauca Grah.). Ann Bot 45:633–643 Kallarackal J, Milburn JA (1984) Specific mass transfer and sink-controlled phloem translocation in castor bean. Aust J Plant Physiol 11:483–490 Kluge M, Becker D, Ziegler H (1970) Untersuchungen über ATP und andere Phosphorverbindungen im Siebröhrensaft von Yucca flaccida und Salix triandra. Planta 91:68–79 Lohaus G, Burba M, Heldt HW (1994) Comparison of the contents of sucrose and amino acids in the leaves, phloem sap and taproots of high and low sugar-producing hybrids of sugar beet (Beta vulgaris L.). J Exp Bot 45:1097–1101 McNeil DL, Atkins CA, Pate JS (1978) Uptake and utilization of xylem-borne amino compounds by shoot organs of a legume. Plant Physiol 63:1076–1081 Mengel K, Haeder H-E (1977) Effect of potassium supply on the rate of phloem sap exudation and the composition of phloem sap of Ricinus communis. Plant Physiol 59:282–284 Mitchell DE, Gadus MV, Madore MA (1992) Patterns of assimilate production and translocation in muskmelon (Cucumis melo L.): I. diurnal patterns. Plant Physiol 99:959–965 Nowak H, Komor E (2010) How aphids decide what is good for them: experiments to test aphid feeding behaviour on Tanacetum vulgare (L.) using different nitrogen regimes. Oecologia 163:973–984 Ohshima T, Hayashi H, Chino M (1990) Collection and chemical composition of pure phloem sap from Zea mays L. Plant Cell Physiol 31:735–737 Pate JS, Atkins CA, Hamel K, McNeil DL, Layzell DB (1979) Transport of organic solutes in phloem and xylem of a nodulated legume. Plant Physiol 63:1082–1088 Pate J, Shedley E, Arthur D, Adams M (1998) Spatial and temporal variations in phloem sap composition of plantation-grown Eucalyptus globulus. Oecologia 117:312–322 Peuke AD, Rokitta M, Zimmermann U, Schreiber L, Haase A (2001) Simultaneous measurement of water flow velocity and solute transport in xylem and phloem of adult plants of Ricinus communis over a daily time course by nuclear magnetic resonance spectrometry. Plant Cell Environ 24:491–503 Roessner U, Wagner C, Kopka J, Trethewey R, Willmitzer L (2000) Simultaneous analysis of metabolites in potato tuber by gas chromatography-mass spectrometry. Plant J 23:131–142 Sharkey PJ, Pate JS (1976) Translocation from leaves to fruits of a legume studied by a phloem bleeding technique. Diurnal changes and effects of continuous darkness. Planta 128:63–72 Smith JAC, Milburn JA (1980a) Osmoregulation and the control of phloem-sap composition in Ricinus communis L. Planta 148:28–34 Smith JAC, Milburn JA (1980b) Phloem transport, solute flux and the kinetics of sap exudation in Ricinus communis L. Planta 148:35–41 Smith JAC, Milburn JA (1980c) Phloem turgor and the regulation of sucrose loading in Ricinus communis L. Planta 148:42–48 Wigge B, Krömer S, Gardeström P (1993) The redox levels and subcellular distribution of pyridine nucleotides in illuminated barley leaf protoplasts studied by rapid fractionation. Physiol Plant 88:10–18 Windt CW, Vergeldt FJ, de Jager PA, van As H (2006) MRI of long-distance water transport: a comparison of the phloem and xylem water flow characteristics and dynamics in poplar, castor bean, tomato and tobacco. Plant Cell Environ 29:1715–1729 Winter H, Lohaus G, Heldt HW (1992) Phloem transport of amino acids in relation to their cytosolic levels in barley leaves. Plant Physiol 99:996–1004 Zurbriggen MD, Carrillo N, Tognetti VB, Melzer M, Peisker M, Hause B, Hajirezaei M-R (2009) Chloroplast-generated reactive oxygen species play a major role in localized cell death during the non-host interaction between tobacco and Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. Plant J 60:962–973