Участие фенольных соединений в реакции грецкого ореха на затопление почвы

УДК

DOI:

Аннотация

Деревья грецкого ореха оказались более чувствительными к абиотическим воздействиям, особенно к гипоксии почвы вследствие ее затопления или заболачивания. Целью исследования являлся поиск взаимосвязи между полифенолами и стойкостью
к затоплению. 2–3-летние деревья грецкого ореха (Juglans regia, J. nigra) и межвидовые гибриды, выращенные в горшках, были подвергнуты затоплению почвы летом при полном облиствлении. При высокой чувствительности J. regia, при затоплении, количество поглощаемого CO₂ быстро сокращалось, и было достаточно 3-4-х дней затопления, чтобы блокировать восстановление дренирования почвы. У гибрида грецкого ореха (J. nigra ´ J. regia) и менее чувствительных генотипов J. regia наблюдались последствия; через 13 дней листья могли оставаться еще зелеными и не опадали до тех пор, пока деревья не восстановились до нормального фотосинтеза, соответствующего осушенной почве. При затоплении у J. nigra снижалась скорость фотосинтеза, но сохранялась без повреждений листва и возможность восстановить поглощение CO₂. Данные показали сопротивляемость J. nigra и гибридных деревьев, а также некоторых генотипов J. regia к воздействию затопления. Высокоэффективная жидкостная хроматография полифенолов показала изменение образцов в это время. Растения, менее устойчивые к гипоксии, имеют более высокое содержание полифенолов, распределенных во многих соединениях. У более устойчивых деревьев J. nigra получены очень простые образцы при высокоэффективной жидкостной хроматографии. Все образцы содержали юглон, его было больше в менее устойчивых генотипах. Гидроксиюглонгликозид обнаруживался во всех генотипах, но только в небольшом количестве, больше его содержится в деревьях с высокой устойчивостью к гипоксии, меньше – в J. regia. Менее устойчивые к затоплению J. regia генотипы имеют большее содержание полифенолов и юглона. Метаболизм гидроксиюглонгликозида может быть вовлечен в механизм детоксикации юглона при гипоксии для появления устойчивости к воздействию.

Сведения об авторах

С. Мапелли, А. Бертани

Национальный исследовательский Совет, Институт сельскохозяйственной биологии
и биотехнологии, ул. Эдоардо Бассини, 15, Милан, 20133, Италия; е-mail: mapelli@ibba.cnr.it

Ключевые слова

Литература

1. Almeida I.F., Fernandes E., Lima J.L.F.C., Costa P.C. and Bahia M.F. Walnut (Juglans regia) leaf extracts are strong scavengers of pro-oxidant reactive species // Food Chem. 2008. 106, рр. 1014–1020.

2. Belloni V. and Mapelli S. Effects of drought or flooding stresses on photosynthesis xylem flux and stem radial growth // Acta Hortic. 2001.544, рр. 327–333.

3. Hejl A.M., Einhelling F.A. and Rasmussen J.A. Effects of juglone on growth, photosynthesis and respiration // J. Chem. Ecol. 1993. 19, рр. 559–568.

4. Hemery G., Savill P.S. and Thakur A. Height growth and flushing in common walnut (Juglans regia L.): 5-year results from provenance trials in Great Britain // Forestry. 2005. 78, рр. 121–133.

5. Jalili A., Sadeghzade A. and Alipour S. Phenolic profile of walnut (Juglans regia L.) leaves cultivars grown in Iran. Int. Res. // J. Biochem. Bioinform. 2011. 1, рр. 290–296.

6. Jay-Allemand C., Cornu D. and Macheix J.J. Biochemical attributes associated with rejuvenation of walnut tree // Plant Physiol. Biochem. 1988. 26, рр. 13–144.

7. Jay-Allemand C. and Drouet A. Polyphenole und Enzyme als biochemische Verjuüngung bei Walnuß. Erwerbsotsbau. 1989. 31, рр. 63–69.

8. Li H-H., Nishimura H., Hasegawa K. and Mizutani J. Some physiological effects and the possible mechanism of action of juglone in plants // Weed Res. 1993. 38, рр. 214–222.

9. McGranahan G. and Leslie C. Walnuts (Juglans) // Acta Hortic. 1991. 290,
рр. 907–974.

10. Malvolti M.E., Pollegioni P., Bertani A., Mapelli S. and Cannata F. Juglans regia provenance research by molecular, morphological and biochemical markers: a case study in Italy. Biorem. Biodiv. Bioavail. 2010. 4, рр. 84–92.

11. Mapelli S., Brambilla I., Belloni V. and Bertani A. Changes of free amino acids in leaf sap of trees subjected to flooding and drought stresses // Acta Hortic. 2001. 544,
рр. 233–238.

12. Pereira J.A., Oliveira I., Sousa A., Valentãao P., Andrade P.B., Ferreira I.C.F.R., Ferreres F., Bento A., Seabra R. and Estevinho L. Walnut (Juglans regia L.) leaves: phenolic compounds, antibacterial activity and antioxidant potential of different cultivars // Food Chem. Toxicol. 2007. 45, рр. 2287–2295.

13. Terzi I. Allelopathic effects of Juglone and decomposed walnut leaf juice on muskmelon and cucumber seed germination and seedling growth // Af. J. Biotech. 2008. 7, рр. 1870–1874.

14. Woeste K. and Michler C. Juglans. In: Kole C editor. Wild croprelatives: genomic and breeding resources, forest trees. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany, 2011. P. 77–87.

Поступила 05.12.14

Ссылка на английскую версию:

UDC 581.5

INVOLVEMENT OF PHENOLIC COMPOUNDS IN WALNUT TREES
RESPONSES TO SOIL FLOODING

© S. Mapelli, A. Bertani

National Research Council, Institute of Agricultural Biology and Biotechnology, 15, Edoardo Bassini st., Milan, 20133, Italy; e-mail: mapelli@ibba.cnr.it

Walnut trees have been shown to be very sensitive to abiotic stresses, especially to soil hypoxia consequence of soil flooding or waterlogging. The aim of study was to search for correlation between polyphenols and tolerance to flooding stress. Two-three years old walnut trees, Juglans regia, J. nigra and interspecific hybrids, grown in pots were subjected to soil flooding in summer at full leaves expansion. In high sensitive J. regia trees, when flooded, the net CO₂ assimilation rapidly decreased and 3-4 days of flooding were enough to block the recovery when soils was drained. In walnut hybrid (J. nigra x J. regia) and less sensitive J. regia genotypes, a longer resistance was observed; after 13 days of treatment leaves culd still be green and trees can recovered till to the normal photosynthesis when drained. J. nigra when flooded reduced net photosynthetic rate but maintained leaves without damages and with the capacity to recover CO₂ assimilation. The data showed resistance of J. nigra and hybrid trees and of some J. regia genotypes to the stress. The HPLC analyses of polyphenols showed a modification of the patterns during the stress. The plants less tolerant to hypoxia have higher content of polyphenols distributed in a lot of compounds. Trees more tolerant, J. nigra, showed a very simple HPLC pattern. All samples contained juglone, more in less tolerant genotypes. Hydroxy juglone glucoside was detectable in all genotypes, but only in low quantity, it increased in trees with high resistance to hypoxia and decreased in J. regia. Less flooded tolerant J. regia genotypes have higher polyphenols and juglone content. The metabolism of hydroxyl juglone glucoside could be involved in a mechanism of juglone detoxification during the hypoxia to give stress tolerance.

Keywords: Juglans regia, Juglans nigra, polyphenols, juglone, photosynthesis, abiotic stress, soil hypoxia.