Мобилизация микроэлементов в зерновке: механизмы и показатели, связанные с устойчивостью злаков к дефициту микроэлементов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.04, кандидат биологических наук Давидовская, Елена Николаевна

• Давидовская, Елена Николаевна
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Давидовская, Елена Николаевна

Оглавление

ст{

Введение

Глава 1. Роль семян в минеральном питании растений

Устойчивость растений к условиям дефицита

микроэлементов.

1.1. Поступление минеральных элементов в семена

1.2. Содержание и распределение минеральных элементов в

семенах

1.3. Формы запасания минеральных элементов в семенах

1.4. Мобилизация питательных элементов в семенах

1.4.1. Роль мобилизации

1.4.2. Механизмы мобилизации

1.4.2.1. Строение и функции щитка злаков

1.4.2.2. Роль щитка в подкислении эндосперма злаков

1.5. Эффективность использования питательных элементов

семян

1.6. Устойчивость растений к условиям дефицита

микроэлементов

Глава 2. Материал и методы

2.1. Материал

2.2. Методы

2.2.1. Выращивание растений

2.2.2. Измерение массы растений и длины корней

2.2.3. Определение ацидофицирующей способности щитков

2.2.4. Определение рН эндосперма

2.2.5. Определение Ге(Ш) - редуктазной активности щитков и

их выделений

2.2.5.1. Ге(Ш) - редуктазная активность щитков

2.2.5.2. Ре(Ш) - редуктазная активность выделений щитков

2.2.6. Анализ элементов

2.2.7. Расчет коэффициентов эффективности растений

2.2.8. Статистический анализ 43 Глава 3. Механизмы мобилизации микроэлементов в зерновке на

ранних стадиях развития злаков

3.1. Ацидофицирующая способность щитка

3.1.1. Роль в подкислении эндосперма

3.1.2. Влияние буферного раствора на ацидофицирующую 46 способность щитка и транспорт микроэлементов (Бе,

Хп) через щиток в осевые органы зародыша

3.1.3. Влияние ортованадата и пиразола на 52 ацидофицирующую способность щитка и транспорт железа через щиток в осевые органы зародыша

3.1.4. Связь ацидофицирующей способности щитка с ростом 57 растений и мобилизацией микроэлементов (Бе, Мп, Хп)

из эндосперма

3.2. Роль хелатирующих агентов в снабжении железом 65 осевых органов зародыша через щиток

3.3. Ге(Ш)-редуктазная активность щитков

3.3.1. Общая характеристика

3.3.2. Локализация в зерновке

3.3.3. Влияние марганца, цинка и меди

3.3.4. Связь со скоростью роста проростков 79 Глава 4. Устойчивость злаков к дефициту микроэлементов при

высоком содержании карбоната кальция в среде

4.1. Характеристика устойчивости злаков

4.1.1. Рост растений 8

4.1.2. Питание растений микроэлементами

4.2.

Глава 5.

5.1.

5.1.1.

5.1.2.

5.2.

5.2.1.

5.2.2.

Заключение

Выводы

Литература

Ацидофицирующая способность щитков как показатель устойчивости злаков к высокому содержанию карбоната кальция

Устойчивость злаков к дефициту микроэлементов при высоком содержании алюминия в среде Характеристика устойчивости злаков Рост растений

Питание растений микроэлементами Сравнение злаков по устойчивости к высокому содержанию в среде алюминия и карбоната кальция Показатели, характеризующие рост и эффективность питания растений микроэлементами Ацидофицирующая способность щитков как показатель устойчивости злаков к высокому содержанию алюминия

86

100

100 100 106

111

111

115 119

Список сокращений

АДГ - алкогольдегидрогеназа

АТФаза - аденозинтрифосфатаза

ДЦКД - дициклогесилкарбодиимид

ДЭС - диэтилстильбестрол

НАД - никотинаминдинуклеотид

HTA - нитрилтриуксусная кислота

ЭДТА - этилендиаминтетрауксусная кислота

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Мобилизация микроэлементов в зерновке: механизмы и показатели, связанные с устойчивостью злаков к дефициту микроэлементов»

Введение

Потребность растений в микроэлементах в количественном отношении значительно ниже, чем в макроэлементах. Тем не менее, микроэлементы участвуют в ключевых физиологических процессах растений: построении клеточных структур, работе ферментов и электронтранспортных цепей, функционировании генетического аппарата (Wyman, Yocum, 2005; Sharma, 2006; Briat, 2007; Mendel, 2007; Wimmer, Golbach, 2007). Низкая концентрация микроэлементов в растительных тканях чрезвычайно вредна растениям. Бледная окраска листьев, нарушения в формировании вегетативных и генеративных органов, высокая чувствительность к инфекционным заболеваниям - типичные симптомы, сопровождающие дефицит микроэлементов у растений (Reddy, 2006; Broadley et al., 2007; Micronutrient deficiency..., 2008).

На ранних этапах развития высшие наземные растения могут снабжаться микроэлементами из двух источников: почвы (через корень) и семян. Ресурсы микроэлементов, сосредоточенные в семенах, имеют значение не только для проростков, т. е. ранних этапов онтогенеза растений, но и последующих его стадий. Культурные растения, выращенные из семян с большими запасами микроэлементов, обычно лучше адаптированы к условиям недостатка микроэлементов в почве и формируют более высокий урожай по сравнению с растениями, выращенными из семян с небольшими запасами микроэлементов.

В зерновке злаков наибольшее количество доступных растущему проростку питательных веществ, включая микроэлементы, приурочено к эндосперму. Ключевая роль в мобилизации этих веществ принадлежит щитку - части зародыша (семядоле) злаков, непосредственно контактирующей с эндоспермом. Роль щитка в мобилизации органических веществ эндосперма хорошо изучена, тогда как роль щитка в мобилизации микроэлементов, содержащихся в эндосперме, практически не исследована. Соответственно,

не охарактеризованы связи между процессами, вовлеченными в мобилизацию микроэлементов в зерновках, и показателями роста и устойчивости растений к условиям дефицита микроэлементов.

Раскрытие физиологических и биохимических механизмов мобилизации микроэлементов в семенах имеет, прежде всего, фундаментальное значение. Такая информация расширяет наши представления в области агрохимии и физиологии растений о механизмах минерального питания растений, в частности на ранних стадиях их развития. Кроме того, эти сведения могут быть полезны при проведении генетико-селекционной работы, связанной с выявлением признаков устойчивых к недостатку микроэлементов образцов (видов и сортов) злаков.

Цель настоящей работы - изучить механизмы мобилизации микроэлементов в зерновках на ранних стадиях развития злаков и охарактеризовать параметры этой мобилизации, связанные с устойчивостью злаков к условиям дефицита микроэлементов.

Основные задачи исследования:

1) охарактеризовать ацидофицирующую способность щитка и ее роль в мобилизации микроэлементов в зерновке на ранних стадиях развития злаков;

2) исследовать роль хелатирующих соединений в мобилизации железа в зерновке на ранних стадиях развития злаков;

3) изучить Ре(111)-редуктазную активность щитка зародыша в зерновке на ранних стадиях развития злаков;

4) охарактеризовать устойчивость злаков различных образцов к условиям дефицита доступных форм микроэлементов при высоком содержании в среде карбоната кальция или алюминия;

5) исследовать связи между ацидофицирующей способностью щитков и параметрами устойчивости злаков различных образцов к высокому содержанию в среде карбоната кальция или алюминия.

Глава 1. Роль семян в минеральном питании растений. Устойчивость растений к условиям дефицита микроэлементов

1.1. Поступление питательных элементов в семена

Эффективность минерального питания растений на ранних стадиях развития во многом зависит от содержания питательных элементов в прорастающих семенах, которое в свою очередь определяется интенсивностью транспорта питательных элементов в семя в ходе его формирования на материнском растении. На стадии репродуктивного развития снижается активность корней, следовательно, уменьшается общее поглощение питательных элементов из почвы. Поэтому на стадии формирования семян важную роль играет вторичное использование (ремобилизация) минеральных веществ из вегетативных органов материнского растения.

Ремобилизация питательных элементов в растении включает в себя несколько процессов: мобилизацию питательных элементов в индивидуальных клетках, ближний транспорт питательных элементов по симпласту, загрузку флоэмы питательными элементами и их транспорт по флоэме. Интенсивность ремобилизации зависит от специфической потребности семян в конкретном элементе, минерального статуса вегетативных частей, а также мобильности элементов при движении по флоэме (Marschner, 1997). Подвижность во флоэме многих микроэлементов существенно варьирует не только у растений различных видов, но и у растений разных генотипов (сортов, гибридов) в пределах одного вида. Кроме того, подвижность элементов зависит от фазы роста растений и условий окружающей среды (Welch, 1986).

Накопление меди (Си) в различных органах семени определяется запасами меди и азота (N) в материнском растении. С увеличением этих запасов возрастает количество меди, поступающей из вегетативных органов в формирующиеся семена (Welch, 1986). Подвижность цинка (Zn), как и меди,

зависит от концентрации цинка в тканях растения. При избытке цинка этот элемент достаточно легко транспортируется из вегетативных тканей в ткани репродуктивные (Welch et al., 1974). Однако приток цинка в семена полностью не прекращается, даже если растение испытывает острый дефицит этого микроэлемента. Правда, в этом случае цинк попадает в семена в небольших количествах, возможно, вследствие сильного связывания соединений цинка вегетативными частями растений (Welch, 1995).

Загрузка железа (Fe) в развивающиеся семяпочки осуществляется через флоэму в форме комплекса трехвалентного железа с транспортными белками (Kruger et al., 2002) или в форме комплекса двухвалентного железа с аминокислотами (Stephan, Scholz., 1993). Некоторые аминокислоты, например, никотианамины, не входящие в состав белков и относящиеся к группе фитометаллофоров, могут связывать железо при его перемещении к репродуктивным органам по флоэме (Welch, 1995). Контроль биосинтеза таких хелатов - важное звено в регуляции флоэмного транспорта железа к семенам (Grusak, 1994).

Запасы питательных элементов в семени зависят также от флоэмной мобильности элементов. Различают элементы с относительно высокой (К, Mg, N, S, Р), средней (Fe, Си, Zn) и низкой (Mn, Ca) мобильностью во флоэме (Welch, 1995).

После проведения экспериментов с изотопами 54Мп и 65Zn удалось выяснить, что скорость поступления этих микроэлементов в зерновку выше на ранних стадиях генеративного развития пшеницы, чем на завершающих (Pearson et al., 1996; Pearson et al., 1998). Причем максимальное количество микроэлементов аккумулируется в наиболее интенсивно растущих в этот период тканях перикарпа. Аккумуляция марганца и цинка в зародыше происходит на более поздних этапах развития зерновки. На заключительном этапе созревания зерновки пшеницы происходит усиленная ретранслокация цинка и марганца в зародыш (Pearson et al., 1998). При этом цинк из перикарпа оттекает по флоэме проводящего пучка плодоножки.

1.2. Содержание и распределение питательных элементов в семенах

Общее содержание элементов в семенах варьирует в широких пределах, что обусловлено в основном сортовыми и возрастными особенностями культур, а также экологическими факторами. Содержание микроэлементов в семенах бобовых в среднем выше, чем в зерновках злаков. Самые высокие концентрации кобальта (Со) и марганца (Мп) обнаружены в семенах фасоли: 12 и 90 мг/кг сухой массы соответственно. В семенах сои концентрации железа, меди, цинка и бора (В) обычно выше, чем в семенах других зернобобовых. Содержание молибдена (Мо) в семенах сои и гороха приблизительно одинаковое (Ягодин и др., 1990).

У злаков самые высокие концентрации железа обнаружены в зерновках ячменя, марганца - в зерновках овса, молибдена - в зерновках пшеницы. Концентрации меди и цинка у различных видов злаков сопоставимы между собой. Зерновки кукурузы характеризуются относительно небольшими концентрациями железа, меди и марганца, но большими концентрациями кобальта и бора по сравнению с другими видами зерновых (Ягодин и др., 1990). В зерновках кукурузы концентрации микроэлементов сильно варьируют в зависимости от образца (Битюцкий и др., 1999). Относительно сильные различия в концентрациях железа в зерновках обнаружены у представителей дикой и примитивной пшеницы (Triticum boeticum, Triticum топососсит, Triticum diccoides, Triticum turgidum), тогда как у современной тетра- и гексаплоидной пшеницы (Triticum durum, Triticum aestivum) различия в концентрациях железа в зерновках относительно малы и обусловлены в основном условиями выращивания, а не особенностями растений (Cakmak et al., 2002; Peleg et al., 2008).

Проанализировали концентрации селена (Se), железа и цинка в зерновках 150 образцов Triticum aestivum и 25 образцов Triticum durum, Т. spelta, Т. топососсит и Т. Dicoccum (Zhao et al., 2009). Наиболее высокие концентрации селена отмечены у диких и примитивных разновидностей (Т.

spelta, Т. monococcum, Т. dicoccum). По концентрации селена образцы Т. aestivum и Т. durum различались в отличие от железа и цинка незначительно. Концентрация железа и цинка в зерновках культурных видов пшеницы положительно коррелировала с содержанием в зерне белка и фосфора (Zhao et al., 2009).

Самые высокие концентрации элементов в зрелых семенах растений, как правило, обнаруживают в тканях зародыша и семенных покровов, а самые низкие - в тканях эндосперма (Власюк, 1968; Школьник, 1974; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). В семенах тыквы отмечена высокая концентрация кальция (Са), фосфора (Р), магния (Mg) и калия (К), при этом в зародышевой оси эти элементы сконцентрированы в большей степени, чем в семядолях (Ockenden, Lott, 1988). Высокие концентрации фосфора, серы, калия и железа обнаружены во всех частях зародыша пшеницы: корешке, щитке, колеоризе, примордии листа, а марганца - в зародышевом корешке (Mazzolini et al., 1985). Однако наиболее высокая концентрация меди в зерновке пшеницы отмечена в щитке и листовом примордии, а наименее высокая - в зародышевом корешке. В щитке и зародышевом корешке найдены высокие концентрации цинка, а в колеоризе и листовом примордии этот показатель был меньше. Концентрация железа, марганца, цинка, калия, кальция и фосфора в алейроновом слое и щитке высокая, а в эндосперме зерновки низкая (Mazzolini et al., 1985).

Содержание в зародыше цинка, марганца и бора может достигать соответственно 20, 27 и 13% от общего содержания этих элементов в зерновке пшеницы (Moussavi-Nik et al., 1998). Высокие концентрации меди и цинка обнаружены в зародышах многих видов злаков (Школьник, 1974; Рудакова и др., 1987; Longnecker, Robson, 1993). Наибольшая концентрация микроэлементов и кальция отмечена в зародыше и семенных покровах, а наименьшая - в эндосперме растений кукурузы различных образцов. Зародыш кукурузы отличается наибольшей концентрацией цинка, а семенные покровы - кальция (Битюцкий и др., 1999; Магницкий, 2000).

В ходе формирования зерновки ячменя железо сначала распределяется равномерно между семенными оболочками перикарпия и эндоспермом. Однако в перикарпе зрелых зерновок сохраняется примерно 15-20% железа от его общего содержания в зерновке, тогда как в эндосперме и алейроновом слое этот показатель достигает 70%, а в зародыше 7-8%) (Duffus et al., 1976).

Плодовые и семенные оболочки обычно обогащены питательными элементами. В семенной кожуре пшеницы может накапливаться до 60% микроэлементов (Fe, Mn, Zn, Си) от их общего содержания в зерновке (Moussavi-Nik et al., 1998). Здесь же обнаружены высокие концентрации хлора (CI) (Mazzolini et al., 1985), а также магния, кальция и серы (Moussavi-Nik et al., 1998). Наибольшей зольностью отличаются внутренние слои семенной оболочки, непосредственно примыкающие к зародышу (Кретович, Козьмина, 1950). У кукурузы запасы микроэлементов (Fe, Mn, Zn) и кальция в семенных покровах зерновки не превышают 12% от общего содержания этих элементов в зерновке, хотя концентрация перечисленных элементов в семенных покровах довольно высока (Bityutskii et al., 2002).

Эндосперм - самый крупный запасающий орган зерновок злаков. В зрелом эндосперме пшеницы сосредоточено от 20 до 40%> запасов элементов зерновки: Р, К, S, Са, Mg, Fe, Mn, Zn, Си, В (Moussavi-Nik et al., 1998). У кукурузы этот показатель для кальция, железа и марганца варьирует от 60 до 70%. Однако запасы цинка в зерновке кукурузы могут быть значительными не только в эндосперме, но и в зародыше (30-40%), что обусловлено высокой концентрацией этого микроэлемента в тканях последнего (Битюцкий и др., 1999). Следовательно, в зерновке кукурузы зародыш, а также эндосперм, -наиболее важные источники цинка для растущих осевых органов.

Распределение элементов питания в семенах неоднородно не только в их разных частях, но и отдельных органах. Например, в алейроновом слое концентрация микроэлементов гораздо выше, чем в крахмалистой части эндосперма (Mazzolini et al., 1985).

1.3. Формы запасания питательных элементов в семенах

В семенах питательные элементы, включая микроэлементы, могут запасаться в следующих формах: фитатах, ферритине, комплексах с пектиновыми веществами и белками.

Фитаты - одна из основных форм запасания многих макро- и микроэлементов. Эти соединения представляют собой смешанные К-, Mg-, Са-соли фитиновой кислоты (Овчаров, 1976; Физиология и биохимия..., 1982). Калий и магний - постоянные компоненты фитатов, а содержание в фитатах кальция варьирует в зависимости от вида растений (Физиология семян, 1982; Соболев, 1985; Bewley, Black, 1994). В составе фитатов могут также присутствовать натрий (Na) и микроэлементы: Fe, Mn, Си (Физиология семян, 1982; Barba et al., 1997). Содержание цинка в фитине невелико (Reid et al., 1999). В форме фитатов в семенах запасается основное количество фосфора - 50-80% (Кретович, Козьмина, 1950; Цингер, 1956; Reid et al., 1999).

Фитаты в клетках растений приурочены к алейроновым зернам: белковым телам вакуолярного происхождения (Физиология семян, 1982; Соболев, 1985; Bewley, Black, 1994), что указывает на взаимосвязь процессов накопления в семенах запасных белков и питательных элементов (Kosegarten, Mengel, 1998). Алейроновые зерна состоят из белковой матрицы и глобоидов, содержащих фитаты, углеводы, никотиновую и феноловые кислоты (Becraft, 2007). Комплексы железа с фитатами в алейроновых зернах пшеницы содержаться в виде кристаллов глобоидов (Lott, 1984). На удалении от зародыша кристаллы глобоидов, локализованные в алейроновых зернах, содержат преимущественно кальций, а в непосредственной близости от зародыша - железо (Becraft, 2007). У кукурузы большая часть фитина представлена в зародыше (O'Dell et al., 1972). Содержание белка в зерновках злаков коррелирует с концентрацией в них микроэлементов: Mn, Zn, Fe и Cu (Rengel et al., 1999).

Растворимость фитатов зависит от их элементного состава. Высокая растворимость в воде установлена для фитатов калия и натрия, в то время как фитаты двух- и трехвалентных металлов гораздо менее растворимые (Lott et al., 1995; Wise, 1995). Присутствие в составе фитатов цинка увеличивает их устойчивость к гидролизу при прорастании семян (Marschner, 1997). Содержание фитина в семенах бобовых и злаков может достигать 1,5 %, а в семенах масличных - 3 % от сухой массы семян (Азаркович и др., 1999). Общее содержание фитатов в зерновках кукурузы колеблется в диапазоне от 3 до 6 мкМ/г сырой массы (Gibson, Ullah, 1990; Barba et al., 1997).

Ферритин - одна из форм запасания в семенах железа (Briat, Lobreaux,

1997). Эта форма резервирует метаболически неактивное железо (Fe ), что обнаружено в клетках организмов различных групп (Theil, 1987; Glahn et al.,

1998). В растениях синтез ферритина может происходить в листьях, цветах и семенах (Полевой, 1989; Lobreauxe, Briat, 1991; Barcelo et al., 1995). В изолированных амилопластах крахмалистой части эндосперма злаков также зарегистрировано присутствие ферритина, однако здесь он связывал незначительное количество железа (Balmer et al., 2006).

Часть питательных элементов в семенах взаимодействует с пектиновыми веществами срединной пластинки и клеточной стенки растений (Школьник, 1974; Рудакова и др., 1987). Такой тип связи характерен для щелочных (К), щелочно-земельных (Са, Mg) и Зс1-элементов (Cu, Fe, Zn) (Физиология растительных..., 1989). Железо, медь и цинк образуют прочные координационные связи с карбоксильными группами пектиновых веществ и целлюлозы (Рудакова и др., 1987).

Некоторое количество элементов непосредственно связывается белками белковых тел. К таким структурам относят, например, белки содержащие марганец. К металлопротеинам относят также лектины, которые кроме марганца могут содержать кальций (Физиология растительных..., 1989).

1.4. Мобилизация питательных элементов в семенах

1.4.1. Роль мобилизации

Процессы мобилизации элементов питания, сосредоточенных в семенах, начинаются с прорастания последних (Обручева, Антипова, 1997). Высокое содержание микроэлементов в семенах положительно влияет на развитие растений (Dang, Edwards, 1993; Rengel, Graham, 1995). У злаков повышенное содержание в зерновке цинка и марганца стимулирует рост и, в конечном итоге, урожай растений, особенно в почвах, дефицитных по этим микроэлементам (Rengel, Graham, 1995). Увеличение содержания цинка в зерновке пшеницы с 355 до 1465 нг приводило к увеличению урожая растений, выращиваемых на почве с дефицитом цинка, даже без применения цинковых удобрений (Yilmaz et al., 1997).

Z. Rengel и R.D. Graham (1995) изучали влияние содержания цинка в зерне на рост пшеницы в почвах с низким содержанием цинка. Через шесть недель роста наибольшая длина корней и побегов была у растений, развивавшихся из семян с наибольшим содержанием цинка. Авторы заключили, что высокое содержание цинка в семенах является триггером вегетативного роста на ранних стадиях развития растений. Действие этого триггера не зависит от эффективности использования растениями запасов цинка в почве. Однако для последующего роста растений решающее значение имеет эффективность использования растениями почвенного цинка.

Изучено влияние низкой и высокой концентраций марганца в зерновках на рост и развитие ячменя в полевых условиях. Наибольшая всхожесть отмечена у растений с высокой концентрацией марганца в зерновке (Longnecker et al., 1988). Низкая концентрация марганца в семенах люпина узколистного обусловливала как низкую всхожесть семян, так и слабый рост корней (Crossbie et al., 1993; Longnecker et al., 1996). Аналогичные результаты получены в опытах с пшеницей и ячменем (Marcar, Graham, 1986; Robson, Snowball, 1987; Bell et al., 1989; Longnecker et al., 1991; Mossavi-Nik et al., 1997). Концентрация марганца в семенах хлопка влияла

как на жизнеспособность и всхожесть семян, длину гипокотиля и зародышевого корешка, массу проростка, так и на урожай этой культуры (Sawan et al., 1993).

В целом содержание микроэлементов в семенах влияет на формирование вегетативной массы у многих видов растений: (Со) люпина (Robson, Snowball, 1987), (Mo) кукурузы (Weir, Hudson, 1966), (В) фасоли (Bell et al., 1989), (Zn) пшеницы (Rengel, Graham, 1995), (Mn) ячменя (Longnecker et al., 1991). Кроме того, высокие концентрации марганца в зерне повышают устойчивость растений к грибным и микробным инфекциям (Graham, Webb, 1991; McCay-Buis et al., 1995). Возможно, это происходит вследствие усиления раннего роста корня или стимуляции биосинтеза лигнина и сложных фенолов - прямого механизма защиты растений от инфекции (McCay-Buis et al., 1995).

1.4.2. Механизмы мобилизации

Основные работы по изучению механизмов мобилизации на ранних этапах развития растений запасных веществ в семенах выполнены на примере зерновок злаков, где главную роль в этом процессе играет щиток.

1.4.2.1. Строение и функции щитка злаков

Щиток - единственная семядоля зерновок хлебных злаков, представляющая собой самую крупную часть зародыша. Дорсальной стороной щиток прилегает к эндосперму, прикрепляя таким образом зародыш к оболочке зародышевого мешка, а вентральной стороной частично прикрывает зародышевую ось и эпикотиль (Эзау, 1980). Следовательно, через щиток осуществляется связь между эндоспермом и растущими осевыми органами зародыша.

В щитке выделяют три вида тканей: эпидермис, паренхиму и сосудистую систему. Основную часть щитка составляют паренхимные клетки с многочисленными воздухоносными межклетниками. Клетки паренхимы содержат большое количество липидных капель и белковых тел с

фитином (Swift, O'Brien, 1972). Эпителиальные клетки эпидермиса расположены в один слой на дорсальной стороне щитка, граничащей с эндоспермом. Клеточные стенки эпителия первичны, они не содержат ни пектиновых веществ, ни лигнина. В прорастающих зерновках эпителиальные клетки имеют большую всасывающую поверхность, что позволяет им глубоко внедряться в эндосперм (Swift, O'Brien, 1972).

В области эпителия щитка существует разветвленная проводящая система, которая собрана в один большой сосудистый пучок, проникающий в зародыш. Окончательно сосудистая система щитка формируется примерно через сутки после начала набухания зерновки, хотя ее элементы закладываются еще во время дифференциации зародыша. Ксилема и флоэма проводящего пучка зерновки формируются в разное время: зрелые элементы ситовидных трубок флоэмы обнаруживаются в щитке уже через 3-6 ч с начала набухания, а первичные элементы трахеид ксилемы - только через 18 ч (Swiff, O'Brien, 1972).

Щиток злаков выполняет в прорастающей зерновке несколько функций: запасающую, секреторную, всасывающую и транспортную. Выполнение щитком запасающей функции возможно благодаря паренхимным клеткам. В них содержится значительное количество углеводов, липидов, минеральных веществ (Грушко, 1963; Овчаров, 1969, 1976), РНК, ДНК, аскорбиновой кислоты (Panchaksharappa, Rudramunjappa, 1975), витамина Bj (Birch et al., 1977). Запасные вещества внутри клеток щитка распадаются под действием гидролаз на простые растворимые соединения и расходуются при прорастании. Так, содержание липидов в щитке кукурузы в первые три дня прорастания может уменьшаться почти на 50%. Значительная часть питательных веществ расходуется на дыхание щитка, обеспечивающее энергией и метаболитами секреторные и транспортные процессы в этом органе, а также окончательное формирование сосудистого пучка (Dure, 1960).

Секреторная функция щитка заключается в синтезе и выделении клетками его эпителия различных ферментов, а также органических и минеральных кислот, стимулирующих переваривание в ходе прорастания семени запасных веществ эндосперма (внеклеточное пищеварение). Подвергшиеся гидролизу вещества всасываются эпидермальными клетками щитка и транспортируются к развивающемуся проростку по проводящей системе (Sopanen, Vaisanen, 1985). Тесное взаимодействие между секреторной, всасывающей и транспортной функциями можно проиллюстрировать на примере глюкозы - основного продукта распада крахмала в эндосперме. Крахмал расщепляется до Сахаров благодаря амилазам, выделяемым эпителиальными клетками щитка. Затем сахароза поглощается эпителием щитка и транспортируется по его сосудистой системе к растущему зародышу (Nomuro, Akazawa, 1973).

Кроме альфа-амилаз щитки выделяют дистазы (Dure, 1960; Okamoto et al., 1980) и гидролазы, участвующие в переваривании разнообразных запасных соединений эндосперма. Среди выделяемых гидролаз обнаружены ß-глюканазы, кислые фосфатазы, ДНКазы, РНКазы, протеазы (Ильчуков, Щипарев, 1981; Физиология семян, 1982; Измайлов, 1986; Jones, 1995). На начальном этапе прорастания семян секреция гидролаз щитком, а также клетками алейронового слоя эндосперма (имеют сходство с эпителиальными клетками щитка функциональное и морфологическое) непосредственно не связана с гидролизом запасных соединений эндосперма. Секреция ведет к активации других ферментов эндосперма и высвобождению физиологически активных веществ из белковых комплексов (Jones, 1995).

Синтез и активность гидролаз, секретируемых щитком и алейроновым слоем, находятся под гормональным контролем растущего зародыша, продуцирующего гиббереллины. С увеличением их концентрации в семени усиливается синтез гидролитических ферментов, вовлекаемых в деградацию и мобилизацию запасных веществ эндосперма. Пространственная и временная активность алейронового слоя определяются балансом между

гиббереллином и абсцизовой кислотой (Физиология и биохимия..., 1982; Jones, 1995). Гиббереллин, содержащийся в сухих семенах, индуцирует синтез de novo гидролаз в алейроновом слое зерновки (Овчаров, 1969; Овчаров, 1976). В индукции синтеза а-амилазы гиббереллин действует специфично, влияя на содержание информационной РНК этого фермента (Физиология и биохимия..., 1982; Mitsui, Itoh, 1997).

1.4.2.2. Роль щитка в подкислении эндосперма злаков

Активность гидролитических ферментов и транспортных систем в плазматических мембранах клеток прорастающих семян тесно связана с pH среды. Например, оптимум pH для секреции щитками кукурузы белков (ферментов) находится в диапазоне 5,4-6,0 (Щипарев и др., 1976; Ильчуков, 1982; Егорова, 1995). Протонный градиент на плазматических мембранах щитка зерновки - движущая сила транспорта мобилизованных веществ из эндосперма к растущим осевым органам злаков (Щипарев и др., 1976). Так, поглощение щитком пептидов максимально при pH 4,5 (Sopanen, 1978). Кроме того, реакция среды определяет скорость всасывания щитками сахарозы и мальтозы, поглощаемых без предварительного гидролиза (Steward, 1971). Изменения реакции среды в интервале pH 5,1-7,5 не влияли на скорость поглощения сахарозы срезами щитков, тогда как при pH 5,0 это поглощение резко уменьшалось, а при pH 8,5 не происходило вовсе (Humphreus, 1978).

Кислая реакция среды важна также для мобилизации минеральных резервов семени. В прорастающих семенах гидролиз фитатов связывают с работой фитазы, активность которой в ходе прорастания обычно возрастает (Овчаров, 1976; Ильчуков, 1982; Laboure et al., 1993; Barba et al., 1997). Распад фитина в алейроновых зернах предшествует мобилизации в них белка (Соболев, 1985; Азаркович и др., 1999). Гидролиз фитатов в семенах осуществляется уже с момента набухания семян, однако в течение первых трех суток прорастания семян интенсивность этого процесса невелика. В

эндосперме семян клещевины через 64 ч с момента набухания распадалось около 14% фитина, а через 112 ч - 69% (Азаркович и др., 1999). Эту закономерность объясняют увеличением активности фитаз в связи с уменьшением значений рН в ходе прорастания (Kime et al., 1982; Hendrix et al., 1987). Максимальная активность фитазы зафиксирована на пятые сутки после проклевывания зерновок кукурузы (Laboure et al., 1993).

Гидролиз фитатов начинается с отщепления катионов, что способствует увеличению растворимости фитина и его ферментативному распаду. Затем под действием фитазы отщепляются фосфатные группы (Соболев, 1985; Азаркович и др., 1999). Значение рН 4,8 - оптимальное для работы фитазы в зерновках кукурузы (Laboure et al., 1993). В фитатсодержащих компартментах щитка кукурузы отмечено уменьшение рН до 4,0 единиц (Barba et al., 1997). Столь значительная внутриклеточная ацидофикация способствует повышению мобильности фитата. В результате фитаты могут транспортироваться в осевые органы через проводящий пучок щитка и подвергаться в них гидролизу под действием локализованных здесь фитаз (Barba et al., 1997). Аналогичные результаты получили другие авторы (Hubel, Beck, 1996), отметившие высокую активность фитазы в побеге и корне кукурузы на 5-8 день после проклевывания зерновок.

Однако по мнению некоторых авторов (Bewley, Black, 1994) в прорастающих семенах фитин не транспортируется в зародышевую ось, а гидролиз фитина происходит только в местах его первоначального отложения. В растущих осевых органах возможен частичный ресинтез фитатов за счет их гидролизатов (катионов, фосфат-ионов, инозита, инозит-фосфата), поступающих из тканей семян (Соболев, 1985; Азаркович и др., 1999).

При прорастании зерновок кукурузы наиболее сильное подкисление происходит в тканях эндосперма, примыкающих к зародышу (Щипарев и др., 1976). Так, через 36 ч после начала набухания зерновок значения рН изолированного от зародыша эндосперма уменьшились на 0,3 единицы, в то

время как интактного эндосперма - на 0,7 единиц. Причем, наиболее сильное подкисление интактного эндосперма отмечено в первые 14 ч набухания (Щипарев и др., 1976). Ацидофикация тканей семян может приводить к протонированию комплексов питательных элементов, что способствует разрушению комплексов и мобилизации питательных элементов (Битюцкий, Кащенко, 1996). Подкисление клеточных стенок эндосперма сопровождается извлечением из них кальция. Это приводит к разрыхлению и последующему гидролизу клеточных стенок с участием глюконаз (Hamabata et al., 1988).

Один из механизмов подкисления эндосперма связывают с секрецией щитком кислот. Еще в 1950 году C.B. Солдатенков с сотр. показал, что прорастание семян характеризуется образованием и накоплением в них ряда органических кислот, в том числе таких, которые отсутствовали в исходном семени. В 1954 году С. В. Солдатенков и Т. А. Мазурова установили, что при прорастании семян пшеницы увеличение в них содержания кислот осуществлялось главным образом за счет кислоты яблочной и лимонной. По данным М. Мирякубовой (1964) уже в первые дни прорастания семян в проростках кукурузы, лишенных эндосперма, наблюдалось значительное увеличение количества органических кислот по сравнению с их содержанием в покоящихся зерновках. У двух- и пятидневных проростков общее содержание кислот возрастало на 50%, главным образом вследствие увеличения содержания ди- и трикарбоновых кислот.

В 1965 году C.B. Солдатенков с сотр., изучавшие изменения в составе органических кислот в проростках кукурузы на ранних стадиях развития, высказали предположение, что органические кислоты могут связываться углеводами в соединения типа глюкозидов или сложных эфиров. Соединения сахара с фумаровой, янтарной, яблочной и лимонной кислотами обнаружили также в семенах пшеницы (Мазурова, 1967). Возможно, связывание органических кислот с сахарами способствует поддержанию значений рН клетки в оптимальных для физиологических процессов пределах.

В работе Е.В. Калугиной и Нгуен Куанга (1974) показано резкое возрастание количества кислот в щитке в первые 12 ч с начала набухания зерновки кукурузы, в осевых органах - в течение первых восьми суток прорастания. Идентифицированы следующие кислоты: яблочная, лимонная, аконитовая, фосфорная. В первые часы прорастания в эндосперме зерновки кукурузы в основном увеличивалось содержание лимонной и фосфорной кислот. Аналогичные данные получены для семян пшеницы (Radua et al., 1967). По данным JI.C. Белозеровой и JI.K. Федоровой (1976) в ходе прорастания зерновки кукурузы в ее щитке начинает функционировать пентозофосфатный путь дыхания и, вероятно, осуществляется интенсивный синтез глюконовой кислоты, секретируемой щитком в эндосперм. На ранних этапах набухания и прорастания зерновки кукурузы глюконовая кислота выделяется щитком в эндосперм более интенсивно, чем фосфорная или лимонная кислоты (Щипарев и др., 1976).

Выделение кислот щитком в первые часы набухания является процессом, стимулирующим прорастание семян. Благодаря подкислению эндосперма создаются необходимые условия для работы кислых гидролаз, локализованных в этой части зерновки или секретируемых эпителием щитка или алейроновым слоем эндосперма. Возможно, секреция кислот щитком осуществляется в везикулах совместно с гидролитическими ферментами (Щипарев, 1997).

Другим механизмом подкисления эндосперма является работа Н+-АТФазы. Этот фермент локализован в плазмалемме эпителиальных клеток щитка и осуществляет выделение протонов во внешнюю среду (Wheeler, Humphreus, 1979). Все использованные ингибиторы транспортных АТФаз (ортованадат, диэтилстильбестрол, дициклогексилкарбодиамид) негативно влияли на выделение щитками протонов (Щипарев и др., 1993). Максимально негативным было влияние ортованадата. Однако полного блокирования ацидофицирующей активности щитка не вызывали ингибиторы, применяемые даже в высоких концентрациях. Работа АТФаз,

локализованных в плазмалемме эпителиальных клеток щитка, подавлялась лишь на 20-40%. Кроме того, действие ингибиторов Н-АТФаз на подкисление среды зависело от времени выделения щитков из прорастающих зерновок (Щипарев и др., 1993).

Ингибирование практически не проявлялось у щитков кукурузы, изолированных через сутки после начала набухания зерновок. Действие ингибиторов на подкисление среды 48-часовыми щитками усиливалось по сравнению с 24-часовыми и оставалось на том же уровне у 72-часовых щитков (Щипарев и др., 1993). Активное действие Н+-АТФаз плазматических мембран эпителиальных клеток щитков начинается, по-видимому, в более поздний период после начала активного гидролиза запасов эндосперма. Следовательно, работа Н+-АТФазы - не единственный механизм, осуществляющий подкисление эндосперма прорастающей зерновки.

Функцию протонной помпы может выполнять редокс-цепь, локализованная в плазмалемме эпителия щитков кукурузы (Щипарев, 1997). Этот механизм обнаружен многими исследователями в разных растительных тканях (Полевой, Саламатова, 1980; Новак, Миклашевич, 1984; Lin, 1984). Индикатором деятельности редокс-цепи является феррицианид. Это вещество может восстанавливаться на наружной поверхности плазматической мембраны клетки вследствие перехвата электронов редокс-цепи, не проникая внутрь клетки (Полевой, 1989). Феррицианид-редуцирующая активность щитков кукуруз зафиксирована на всех этапах прорастания зерновок (Щипарев, Мячин, 1990).

Подкисление эндосперма на ранних этапах прорастания зерновки, когда деятельность Н+-АТФазы еще не проявляется, может происходить вследствие работы редокс-цепи. Щитки, отделенные от эндосперма через двое и трое суток после начала набухания зерновки, характеризовались достаточно сильной феррицианид-редуктазной активностью. Наибольшей феррицианид-редуктазной активностью характеризовалась поверхность щитка, непосредстенно прилегающая к эндосперму. Присутствие в

инкубационной среде катионов кальция, цинка и марганца увеличивало восстановление феррицианида (Щипарев, Мячин, 1990).

Восстановление феррицианида и выделение протонов щитками возможно в стехиометрическом соотношении (Щипарев, Мячин, 1990). Добавление в среду этанола усиливало подкисление среды и восстановление щитками феррицианида, вероятно, вследствие влияния этанола на активность алкогольдегидрогеназы (Щипарев, Мячин, 1990). Следовательно, работа редокс-цепи в плазмалемме эпителиальных клеток - один из вероятных механизмов подкисления эндосперма.

В подкислении эндосперма может участвовать углекислый газ, выделяемый при дыхании щитка. Интенсивность дыхания щитка кукурузы примерно на порядок выше, чем эндосперма (Щипарев, 1997). Кроме того, в первые двое суток прорастания зерновки в щитках велика активность малатдегидрогеназы, участвующей в процессах декарбоксилирования. Ее активность гораздо выше в вентральной части щитка, прилегающей к эндосперму (Белозерова и др., 1986).

Таким образом, в подкислении эндосперма щитками могут быть задействованы различные механизмы: работа Н+-АТФазы и редокс-Н+-помпы, выделение минеральных и органических кислот, а также углекислого газа.

Следует отметить, что деятельность щитка - не единственный механизм подкисления эндосперма. Способность подкислять внешнюю среду обнаружена также у клеток алейронового слоя эндосперма. На примере зерновок ячменя показано, что алейроновый слой выделяет органические кислоты, в частности малат (Mikola, Virtanen, 1980). Подкисление эндосперма может осуществляться за счет секреторной функции щитка зародыша и алейронового слоя эндосперма (Lado et al., 1975). На примере ячменя и пшеницы показано, что подкисление среды клетками алейронового слоя проявляется на вторые-третьи сутки после начала прорастания (Micola

et al., 1980; Hamabata et al., 1988). Однако вклад щитка в подкисление тканей эндосперма намного больше вклада алейронового слоя (Щипарев, 1997).

1.5. Эффективность использования питательных элементов семян

Использование запасных веществ семян начинается в фазу их прорастания. Однако в начале прорастания - в фазу набухания - часть питательных веществ семени может теряться в результате утечки из семян. Утечка белков, амино- и органических кислот обнаружена из замоченных семян бобовых (Овчаров, 1976). Набухание зерновок кукурузы сопровождалась поступлением в среду аминокислот, амидов, а также большого числа Сахаров (сахарозы и фруктозы) и минеральных соединений (Овчаров, 1976; Bewley, Black, 1994). Из семян свеклы при замачивании вымывалось до 60% калия и натрия от их общего содержания в семенах (Овчаров, 1976). Исследования J.N.A. Lott с сотрудниками (1991) показали, что за 6 ч набухания зерновки ячменя теряли до 16% калия, до 5% кальция, до 7% марганца и до 9% хлора от стартового содержания этих элементов в зерновке. Из изолированного эндосперма зерновок риса утекало более половины калия, магния и марганца, около 80% хлора от их общего содержания в органе. При набухании вымываются в первую очередь ионы К+, Na+, Р043", СГ и N03", тогда как кальций и микроэлементы, как правило, утекают в значительно меньшем количестве (Чикалин и др., 1995). На примере гороха и соевых бобов показано, что наибольшая утечка минеральных форм элементов происходит из семенной кожуры (Lott et al., 1991).

У кукурузы период с начала набухания зерновки до проклевывання отличается слабым приростом осевых органов и относительно интенсивной утечкой кальция и цинка из семенных оболочек и зародыша. Доля микроэлементов (Zn, Mn, Fe), вымываемых из набухающих щитков и эндосперма, положительно коррелирует с концентрацией этих микроэлементов в частях зерновки кукурузы (Битюцкий и др., 1999).

После завершения набухания семян, т. е. с началом интенсивного роста осевых органов мобилизация семенных резервов питательных элементов усиливается. Обычно увеличение содержания элементов питания в побеге и корне происходит одновременно с увеличением сухой массы этих органов (Guardiola, Sutcliffe, 1972). У злаков основными источниками питательных элементов для растущих осевых органов является эндосперм, а у бобовых растений - семядоли (Физиология и биохимия..., 1982; Мазель, 1985). Главную регуляторную роль на этом этапе осуществляет зародышевая ось.

Интенсивность мобилизации микро- и макроэлементов в семенах зависит от видовых и сортовых особенностей растения, условий его роста и подвижности соединений питательного элемента (Brown, Ambler, 1973; Clark, Brown, 1974; Clark, 1983). Так, поступление в осевые органы калия начинается несколько раньше, чем других элементов, и определяется скоростью роста зародышевой оси (Мазель, 1985). По данным I. Barba с сотр. (1997) калий поступает преимущественно в побег. За шесть суток роста в темноте содержание калия в эндосперме ячменя снизилось почти на 90% по сравнению с его первоначальным содержанием (Stewart et al., 1988).

Существенно снижается в эндосперме содержание фосфора, магния и кальция. Из эндосперма семян люпина оттекало 90% фосфора и калия, а также 60% магния и кальция (Hocking, 1980). Рост гороха в течение четырех недель на дистиллированной воде сопровождался поступлением в осевые органы до 80% азота, фосфора и калия, до 75% серы и до 26% кальция от исходного содержания этих элементов в семядолях (Guardiola, Sutcliffe, 1972). Проросток пшеницы может потреблять от 70 до 95% калия и только 26-55% кальция, содержащихся в зерновке (Мазель, 1985). Пониженную степень утилизации эндогенного кальция объясняют незначительной мобильностью этого элемента во флоэме (Guardiola, Sutcliffe, 1972; Мазель, 1985).

По данным P.J. Hocking (1980) в ходе прорастания семян в осевые органы люпина может поступать от 70 до 90% железа, марганца или цинка,

локализованных в семенах. С этими данными согласуются и результаты исследований С. Магницкого (2000), который показал, что мобилизация железа, марганца и цинка из зерновки кукурузы заканчивается через 10 суток роста растений на воде. За этот период в осевые органы поступало 76% марганца и около 80% железа и цинка от общего содержания каждого элемента в зерновке. После полного использования ресурсов зерновки в условиях дефицита микроэлементов усиливались их ремобилизация из корней.

Развитие проростка пшеницы в течение восьми дней сопровождалось существенной мобилизацией из семян большинства изученных элементов: К, Са, Хп, Мп, Б, Си (МошБауьМк е1 а1., 1998). Причем эндосперм был основным источником микроэлементов для осевых органов. В ходе прорастания большинство микроэлементов поступало в побег, а не в корень пшеницы (МошБауьМк ег а1., 1998). Около 50% цинка, содержащегося в зерне пшеницы, было ремобилизовано в течение 12-ти суток роста. Интенсивность мобилизации цинка не зависела от исходного содержания этого микроэлемента в зерновке (МошБауьМк е1 а1., 1997). По данным Н.П. Битюцкого с коллегами (1999) главным источником железа и марганца для растущих осевых органов кукурузы при выращивании на воде является эндосперм, тогда как цинка - щиток и эндосперм.

Несмотря на высокую концентрацию микроэлементов в семенных покровах, большая часть этих резервов не используется растущим проростком (МошвауьМк et а1., 1998; Вк^Бкп е1 а1., 2002). Разрушение семенной кожуры под действием почвенных микроорганизмов может благоприятствовать мобилизации из нее минеральных элементов. Однако этот процесс продолжителен во времени и к моменту его завершения основным источником элементов для проростка становится почва, а не резервы семени (Физиология и биохимия..., 1982).

В условиях нормального снабжения проростка микроэлементами (Бе, Мп, 7п) происходило подавление их оттока из эндосперма (Магницкий,

2000). При этом отток железа и цинка из щитка слабо зависел от условий минерального питания кукурузы.

В целом, растения характеризуются высокой эффективностью использования минеральных локализованных в семенах резервов на ранних стадиях развития. Особенно высока эффективность использования растением микроэлементов, резервируемых в семенах в относительно небольших по сравнению с макроэлементами количествах.

1.6. Устойчивость растений к условиям дефицита микроэлементов

Раньше мы показали, что резервы микроэлементов, локализованные в семенах, особенно важны для роста растений в почвах, где возникает дефицит микроэлементов. Такие условия широко распространены. Около 30% территорий мира, занятых под сельскохозяйственное использование, обладают почвами с низкой доступностью для растений железа (Chen, Barak, 1982) и около 50% территорий, используемых для выращивания зерновых культур, - низкой доступностью цинка (Graham, Welch, 2001). Недостаток микроэлементов в растениях и продукции растениеводства типичен для стран Европы, Азии, Ближнего Востока, Северной и Южной Америки, Африки, Австралии (Micronutrient deficiencies..., 2008). В нашей стране дефицит микроэлементов встречается в центральных и южных регионах.

Типичные симптомы дефицита микроэлементов (хлороз листьев, угнетенный рост) обычно возникают при произрастании растений в почвах со щелочной реакцией среды (почвы карбонатные, известкованные). Свойства этих почв (повышенные концентрации карбонатов и значения pH) крайне неблагоприятны для образования усваиваемых растениями форм микроэлементов: особенно железа, марганца и цинка (Marschner, 1997).

Низкая концентрация микроэлементов в растительных тканях вредна не только растениям, но и потребляющим их организмам. Свыше трех миллиардов человек (половина населения планеты) подвержены заболеваниям, возникающим вследствие потребления продуктов питания,

обедненных микроэлементами железом и цинком. Такого рода заболевания чрезвычайно распространены в странах, особенно развивающихся, где традиционна злаковая диета (Welch, Graham, 2005; White, Broadley, 2005). Очевидно, проблема эффективности питания растений микроэлементами глобальна как по масштабам своего распространения, так и по значимости для состояния биосистем, а также здоровья человека. Не случайно, изучением фундаментальных и прикладных аспектов этой проблемы занимаются во многих лабораториях мира (Micronutrient deficiencies..., 2008).

Наиболее существенный прогресс достигнут в изучении адаптивных физиологических и молекулярно-генетических механизмов, локализованных в корнях растений и направленных на мобилизацию труднодоступных форм микроэлементов в почве. Детально исследованы ответные реакции растений на условия дефицита железа (Kim, Guerinot, 2007), меди (Romera et al., 2003; Puig et al., 2007), цинка (Rengel, Römheld, 2000). Особенно хорошо изучена специфическая реакция растений на дефицит железа. Эта реакция обусловлена комплексом адаптивных механизмов. Видовые различия между адаптивными реакциями растений на дефицит железа классифицируют как стратегию I и стратегию II.

Растения группы стратегии I (двудольные растения и однодольные, не относящиеся к группе злаков) характеризуются двумя четкими физиологическими реакциями на Fe-дефицит: повышением нетто-экскреции корнями протонов и активацией Ре3+-хелатредуктаз. В некоторых случаях эти реакции сопровождаются продуцированием корнями редуцирующих или хелатирующих низкомолекулярных органических соединений (Chaney, 1984; Schmidt, 2003; Kim, Guerinot, 2007).

Группа стратегии II представлена только растениями семейства злаков. Недостаток железа индуцирует в корнях растений этой группы синтез фитосидерофоров, образующих с трехвалентным железом растворимые комплексы, и повышает скорость работы транспортирующей их комплексы с Fe(III) системы за счет дополнительного синтеза транспортного белка YS1

(Yellow Stripe 1). Усиление образования фитосидерофоров происходит вследствие увеличения экспрессии генов, кодирующих синтез никотинаминсинтазы и никотинаминтрансферазы (Mori, 1999; Hell , Stephan, 2003).

Вместе с тем, обнаруживается множество примеров, иллюстрирующих отсутствие корреляции между показателями, отражающими активность мобилизации микроэлементов корнями, и показателями фактического роста и функционирования растений, т. е. их устойчивостью в условиях дефицита микроэлементов. Например, повышенная активность Н+-АТФаз (типичная ответная реакция растений стратегии I на недостаток железа) не всегда отражает различия в сортовой устойчивости растений к дефициту железа (Zocchi et al., 2007). Интенсивность выделения корнями злаков фитосидерофоров также рассматривают как далеко не единственный механизм, определяющий толерантность представителей этой группы к дефициту цинка (Erenoglu et al., 1996; Rengel, Römheld, 2000). Очевидно, устойчивость растений к дефициту микроэлементов вряд ли возможно объяснить только эффективностью поглотительной активности корневых систем. Важную роль в питании растений микроэлементами играют процессы, определяющие эффективность распределения и утилизации микроэлементов в органах и тканях растений.

Эффективность распределения и утилизации микроэлементов в растениях играет большую роль, поскольку в корнях часть поглощенных катионов микроэлементов (особенно железа) может быть иммобилизована, т. е. адсорбирована анионными участками клеточных стенок или осаждена в форме оксидов (Kosegarten et al., 1999). Потеря в корне подвижности микроэлементов весьма неблагоприятна для растений, так как это препятствует дальнейшему транспорту микроэлементов в побег и может индуцировать у растений хлороз (Kosegarten, Коуго, 2001). Не случайно, некоторые авторы различия в устойчивости к недостатку цинка между видами злаков: рожь > тритикале > ячмень > мягкая пшеница > овес >

твердая пшеница, объясняют различиями в эффективности утилизации этого микроэлемента в растительных тканях, а не различиями в интенсивности выделения корнями фитосидерофоров (Cakmak et al., 1998).

Как связана устойчивость растений к условиям дефицита микроэлементов, возникающим при высоком содержании в почве карбоната кальция, с эффективностью мобилизации микроэлементов в семенах на ранних стадиях развития растений не известно.

Нарушения в минеральном питании растений может вызывать высокое содержание в среде не только карбоната кальция, но и ионов алюминия. Существует мнение, что ионы алюминия, добавленные в среду в низких концентрациях, могут стимулировать рост растений (Ryan et al., 1992; Ryan, Delhaize, 1995; Grundy et al., 2001; Morita, Keltjens, 2001; Prasak, 2001). Однако в относительно высоких концентрациях алюминий токсичен растениям. Не случайно, алюминий рассматривают как основной фактор, ограничивающий продуктивность зерновых культур в кислых почвах, площади которых достигают 40% всех посевных площадей мира (Kochian, 1995).

Проявление отрицательного эффекта алюминия зависит от значений pH среды и концентрации этого элемента. При значениях pH >4,5 алюминий образует слаборастворимые соединения (оксиды, гидроксиды, комплексы с органическими кислотами), мало токсичные растениям и животным (Вредные химические вещества, 1988; Почвенно-экологический..., 1994). При значениях pH < 4,5 в растворах доминирует А13+ - наиболее токсичная для организмов форма алюминия (Климашевский, Дедов, 1975; Ма, 2000).

Алюминий может быть токсичен для растений даже в относительно малых концентрациях: 10 мкМ/л (Буланова и др., 2001; Ма et al., 2004; Амосова и др., 2005; Амосова, Сынзыныс, 2005). В кислых почвах при значениях pH < 4,4-5,0 концентрация алюминия нередко превышает 50-70 мкМ/л, что вызывает у растений большинства видов структурные и функциональные повреждения (Сынзыныс и др., 2002, 2004).

В клетках корня при содержании алюминия в среде изменяется концентрация растворимых Сахаров, что сопровождается обезвоживанием клеточных стенок (Alcira Tabuchi et al., 2004). Следствие таких изменений -существенное снижение вязкости и эластичности клеточных стенок корней, разрыв клеток в зоне растяжения, подавление роста корней в длину (Климашевский, Дедов, 1975; Brigham et al., 2001; Ma et al., 2004). Подавление алюминием роста корней связывают также с увеличением активности оксидазы 1-аминоциклопропан-1-карбоксильной кислоты (предшественника этилена) и активацией синтеза этилена в апексах корней (Sun et al., 2007). Кроме того, алюминий повреждает структуру плазматической мембраны (Ishikawa et al., 2001), а также подавляет активность ферментов (АТФ-аз, кислых фосфатаз) и уменьшает содержание нуклеиновых кислот в растениях (Климашевский, Вернадская, 1973).

-5 L

В токсичных дозах А1 нарушает поглощение растениями многих питательных элементов, главным образом, вследствие необратимого связывания алюминия клеточной стенкой (Климашевский и др., 1972; Климашевский, Маркова, 1978; Климашевский и др., 1979). Подобная адсорбция изменяет ионообменные свойства клеточной стенки и отрицательно сказывается на первичной фазе поглощения ионов питательных элементов. В присутствии алюминия снижается содержание в корнях растений магния, кальция (Calba et al., 1999) и калия (Барбер, 1988; Gassmann et al., 1994; Schroeder et al., 1994). Вызываемое алюминием снижение синтеза белка и нуклеиновых кислот сопровождается ингибированием поступления в растения фосфора, особенно в их надземную часть (Климашевский, Вернадская, 1973; Климашевский, 1974; Климашевский, Дедов, 1975). Причем, алюминиевая токсичность проявляется не только при недостатке, но и при избытке в среде фосфора, калия и магния (Пухальская, 2007).

Визуальные симптомы токсичного действия алюминия: короткие и толстые корни, признаки загнивания корней, отсутствие корневых волосков,

(Postma, Keltjens, 2001). Эти нарушения приводят к снижению общей биомассы корней и нарушению формирования генеративных органов (Алексеева-Попова, 1991; Тянтоваи др., 2005).

Устойчивость растений к алюминию зависит от способности растений индуцировать высокие значения pH в ризосфере (Климашевский, Березовский, 1973). Корни Al-толерантных растений сильнее Al-чувствительных подщелачивают питательную среду, что уменьшает поступление алюминия в корни (Климашевский, Дедов, 1975).

В более поздних работах устойчивость растений к алюминию преимущественно связывают с выделением корнями органических кислот. Установлена тесная связь между с Al-толерантностью и выделением малатов у различных сортов пшеницы (Kataoka et al., 2001; Ryan, 2003), оксалатов у гречихи (Ma et al, 2001), малатов и цитратов у различных сортов кукурузы (Kamh et al, 2001; Mariano, Keltjens, 2001), цитратов у бобовых (Yang et al., 2001) и Galium saxatile (Schöttelndreier, 2001), оксалатов у Rumex acetosella и Visearía vulgaris. Кроме того, отмечено снижение токсичности алюминия при одновременном добавлении в среду смеси органических кислот (малатов, цитратов и оксалатов) у растений различных видов (Kochian, 2001; Postma, Keltjens, 2001).

Комплексы алюминия с ди- и трикарбоновыми органическими кислотами не могут транспортироваться через мембрану и абсорбироваться корнями. Причем время высвобождения органических кислот корнями совпадает со временем добавления в среду алюминия (Kochian, 2001). Присутствие в растворе ионов алюминия наиболее сильно уменьшало содержание яблочной и особенно лимонной кислот в корнях более чувствительных форм растений гороха (Климашевский, Чернышева, 1980). В присутствии ванадата (ингибитор Н+-АТФаз) скорость выделения цитратов корнями фасоли рисовой Vigna umbellata уменьшалась, а подавление алюминием роста корней усиливалось (Yang et al., 2007).

Кроме комплексов с органическими кислотами клетки корня могут выделять алюминий в комплексах с фенольными соединениями, а также фосфатами и пектинами (Климашевский, Вернадская, 1973; Климашевский, Дедов, 1977; Климашевский и др., 1979; Климашевский, Дедов, 1980; Heim et al., 2001; Wagatsuma et al., 2001; Kidd et al., 2001; Ofei-Manu et al., 2001).

Сведения о связи А1-устойчивости растений с питанием растений микроэлементами крайне немногочисленны. Так, в присутствии железа отмечено уменьшение токсичности алюминия по отношению к растениям ячменя (Амосова, Сынзыныс, 2005). По мнению этих авторов, железо стимулирует в клетках корней синтез белков, связывающих ионы алюминия в комплексы и ослабляющие его отрицательное влияние на деление клеток меристемы. Кроме того, ионы железа могут вызывать образование в клетках растений органических кислот, способных связывать ионы алюминия в прикорневой зоне, межклеточном или внутриклеточном пространстве корней. Наконец, ионы железа, проникая в клетки корней, способны индуцировать в них синтез фитохелатинов, которые также могут связывать ионы алюминия, превращая его в менее токсичную для растений форму.

В целом анализ литературы показал, что вопрос о механизмах мобилизации микроэлементов в семенах на ранних стадиях развития растений практически не изучен. Соответственно, не выявлены связи между параметрами, характеризующими процессы мобилизации микроэлементов в зерновке, и параметрами, характеризующими устойчивость злаков к возникающим по тем или иным причинам условиям дефицита микроэлементов.

В связи с этим цель настоящей работы - изучить механизмы мобилизации микроэлементов в зерновках на ранних стадиях развития злаков и охарактеризовать параметры этой мобилизации, связанные с ростом и устойчивостью злаков к условиям дефицита микроэлементов.

Заключение диссертации по теме «Агрохимия», Давидовская, Елена Николаевна

Выводы:

1. Мобилизация микроэлементов в эндосперме зерновки на ранних стадиях развития злаков может осуществляться вследствие выделения щитком зародыша кислых продуктов, а также веществ, участвующих в связывании железа в комплексные соединения и восстановлении трехвалентного железа до его двухвалентной формы.

2. Подкисление эндосперма в прорастающей зерновке кукурузы в основном осуществляется вследствие функционирования щитка зародыша. Вклад в подкисление среды локализованных в плазмалемме щитков Н+-АТФаз примерно в два раза больше, чем алкогольдегидрогеназ.

3. Добавление в имитирующую эндосперм агаровую среду буферного раствора, элиминировавшего выделение щитками кислых продуктов на 80%, сопровождалось блокированием транспорта железа и частичным подавление (на 50%) транспорта цинка через щиток в растущие осевые органы зародыша кукурузы.

4. Содержание в имитирующей эндосперм агаровой среде ингибитора Н+-АТФаз ортованадата (1 мМ) или ингибитора алкогольдегидрогеназы пиразола (1 мМ) не отражалось на транспорте железа через щиток в растущие осевые органы кукурузы. Следовательно, подавление работы отдельных ферментов, локализованных в плазмалемме щитка и задействованных в подкислении эндосперма, не ограничивает использование растущим проростком запасов железа в эндосперме.

5. Содержание в имитирующей эндосперм агаровой среде железа в форме комплекса с лимонной кислотой или ЭДТА стимулировало поступление железа через щиток в растущие осевые органы кукурузы на 2027% в сравнении с железом, не связанным в комплекс. По-видимому, один из механизмов мобилизации железа в эндосперме зерновки связан с выделением щитками хелатирующих соединений, в частности, органических кислот, образующих растворимые комплексы с железом.

6. Восстановление Ре(Ш) до Ре(П) с участием щитка кукурузы осуществляется экстарцеллюлярно вследствие выделения его дорсальной стороной веществ-редуктантов. Скорость восстановления щитком трехвалентного железа зависела от возраста и генотипических особенностей растений, формы присутствия железа в среде и температуры инкубации.

7. Выявлена сильная прямолинейная корреляция между ацидофицирующей способностью щитков и параметрами роста (длиной корня и массой растущих осевых органов) проростков у кукурузы различных образцов. Аналогичная зависимость установлена между скоростью роста проростков и оттоком железа, марганца или цинка из эндосперма у кукурузы различных образцов. Следовательно, рост осевых органов зерновки -основной процесс, определяющий скорость подкисления эндосперма щитками и мобилизацию микроэлементов из эндосперма на ранних стадиях развития злаков.

8. Обнаружена сильная обратная линейная связь между ацидофицирующеи активностью щитков зародышей, индуцируемои ге-дефицитом, и показателями устойчивости (коэффициентами эффективности) злаков различных видов к высокому содержанию в среде карбоната кальция или алюминия. Наибольшим в условиях Ре-дефицита выделением кислых продуктов (Н+) щитками растущих зародышей характеризовались наименее устойчивые растения: пшеница озимая, пшеница яровая, рожь. Сходство в реакциях злаков на столь разные экстремальные условия можно объяснить общностью в реакциях, обеспечивающих эффективность питания растений железом.

Заключение

Впервые установлено, что мобилизация микроэлементов в зерновке на ранних стадиях развития злаков может осуществляться вследствие выделения щитком зародыша кислых продуктов, а также веществ, участвующих в связывании железа в комплексные соединения и восстановлении трехвалентного железа до его двухвалентной формы.

В экспериментах с растениями кукурузы установлено, что подкисление эндосперма в прорастающей зерновке в основном происходит вследствие функционирования щитка зародыша. По результатам ингибиторного анализа вклад в подкисление среды локализованных в плазмалемме щитков Н-АТФаз примерно в два раза больше, чем алкогольдегидрогеназ.

Ацидофицирующая способность щитка зародыша играет ключевую роль в мобилизации микроэлементов, содержащихся в эндосперме зерновки злаков. В присутствии буферного раствора, подавлявшего выделение щитками кислых продуктов на 80%, происходило блокирование (на 100%) транспорта железа и частичное подавление (в два раза) транспорта цинка через щиток к растущим осевым органам зародыша. Однако добавление в среду ингибитора Н+-АТФаз ортованадата (1 мМ) или ингибитора алкогольдегидрогеназы (1 мМ) существенно не нарушало транспорт железа через щиток в растущие осевые органы кукурузы. Следовательно, подавление работы отдельных ферментов, локализованных в плазмалемме щитка и задействованных в подкислении эндосперма, не является фактором, ограничивающим использование растущим проростком запасов железа в эндосперме. Параллельное функционирование нескольких механизмов ацидофикации эндосперма щитком, по-видимому, необходимо для обеспечения надежности использования содержащихся в эндосперме микроэлементов растущими осевыми органами зародыша злаков.

Выявлена сильная прямолинейная корреляция между ацидофицирующей способностью щитков и параметрами роста (длиной корня и массой растущих осевых органов) проростков у кукурузы различных образцов. Аналогичная зависимость установлена между скоростью роста проростков и оттоком железа, марганца или цинка из эндосперма у кукурузы различных образцов. Очевидно, рост осевых органов зерновки - основной процесс, определяющий интенсивность подкисления эндосперма щитками и соответственно мобилизацию микроэлементов из эндосперма на ранних стадиях развития злаков.

Один из механизмов мобилизации железа в эндосперме зерновки связан, по-видимому, с выделением щитками хелатирующих соединений, в частности, органических кислот, образующих с железом растворимые комплексы. Добавление железа в имитирующую эндосперм агаровую среду в форме комплекса с лимонной кислотой или ЭДТА стимулировало поступление железа через щиток в растущие осевые органы кукурузы на 2027% в сравнении с железом, не связанным в комплекс.

Установлено, что щиток кукурузы участвует в восстановлении Ре(Ш) до Ре(П). Эта реакция осуществляется вследствие выделения дорсальной стороной щитков веществ-редуктантов, т. е. экстарцеллюлярно. Выделение редуктантов представляет собой физиологический процесс, подавляемый низкими (4°С) температурами. Определены основные факторы, влияющие на скорость восстановления щитками трехвалентного железа: возраст и генотипические особенности растений, формы присутствия железа в среде, температура инкубации. Интенсивность этого процесса не зависела от рН инкубационной среды и содержания в ней металлов (Мл, Ъп, Си).

Получена характеристика устойчивости злаков различных видов (кукуруза, пшеница озимая, пшеница яровая, рожь, овес, ячмень) к условиям дефицита микроэлементов, возникающим при высоком содержании карбоната кальция в почве. Представители злаков (кукуруза, ячмень) характеризовались более высокой устойчивостью к этим условиям в сравнении с представителями двудольных растений (огурец, подсолнечник). На основе учета параметров, характеризующих рост и транспорт микроэлементов в побег, виды злаков подразделили на две группы: относительно неустойчивых (пшеница озимая, пшеница яровая и рожь) и относительно устойчивых (овес, ячмень) к избытку карбоната кальция растений. Первая группа (неустойчивые растения) реагировала на избыток карбоната кальция существенным ослаблением роста, особенно побега, и снижением содержания в биомассе микроэлементов, особенно железа и марганца. У представителей второй группы (устойчивые растения) эти показатели были стабильнее.

Выделенные группы злаков отличались и по реакции щитков зародышей на недостаток железа в среде. Отчетливое снижение значений рН инкубационных растворов в ответ на дефицит железа регистрировали у злаков относительно неустойчивых видов: озимой пшеницы, яровой пшеницы и ржи, и не регистрировали у злаков относительно устойчивых видов: овса и ячменя.

Обнаружена сильная обратная линейная связь между ацидофицирующей активностью щитков зародышей и показателями устойчивости (коэффициентами эффективности) злаков различных видов к высокому содержанию карбоната кальция. Наименее устойчивые растения (пшеница озимая, пшеница яровая, рожь), у которых транспорт железа в побеги страдал от высокого содержания карбоната кальция больше всего, характеризовались и наибольшим в условиях Ре-дефицита выделением кислых продуктов (Н+) щитками зародышей. Очевидно, устойчивые растения не увеличивали ацидофицирующей активности щитков, стимулирующей мобилизацию железа из эндосперма, так как характеризовались достаточно эффективными механизмами усваивания почвенного железа.

Следовательно, на ранних стадиях развития злаков снабжение растущего побега железом контролируется путем изменения интенсивности ответственных за его поглощение физиологических реакций, локализованных в зерновке. Соответственно, активность ацидофицирующей способности щитка, возникающую в условиях дефицита железа, можно рекомендовать в качестве индикатора устойчивости злаков различных видов к недостатку микроэлементов при высоком содержании карбоната кальция в почве.

Охарактеризовано влияние ионов трехвалентного алюминия на рост и питание микроэлементами проростков злаков различных образцов. Выделены две группы растений, различавшиеся по устойчивости к высокому содержанию алюминия: группа относительно устойчивых (овес, ячмень) и группа относительно чувствительных (пшеница озимая, пшеница яровая, рожь) растений. Группа А1-устойчивых растений характеризовалась более высокой по сравнению с группой А1-чувствительных растений способностью формировать биомассу и большей эффективностью в поглощении и транспорте в побег экзогенного железа.

Сопоставление растений по устойчивости к высокому содержанию в среде карбоната кальция и алюминия выявило сходство в реакциях злаков различных образцов на действие этих неблагоприятных условий, особенно когда идентификацию толерантности проводили с учетом реакции массы побегов. В обоих случаях в группу относительно устойчивых растений входили растения овса и ячменя, тогда как в группу чувствительных -пшеницы и ржи. Мы предположили, что такое сходство в реакциях растений на разные экстремальные условия не случайно, так как в каждом из этих случаев устойчивость растений была связана с эффективностью питания растений железом.

По результатам корреляционного анализа ацидофицирующая способность щитков зародышей, индуцируемая недостатком железа, тесно коррелировала с показателями устойчивости злаков к высокому содержанию в среде не только карбоната кальция, но и алюминия. Следовательно, интенсивность процессов, происходящих в зерновке на ранних стадиях развития растений, в частности, способность щитков подкислять среду в ответ на дефицит железа, может служить критерием устойчивости злаков к условиям карбонатного хлороза и избытка в среде ионов трехвалентного алюминия.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Давидовская, Елена Николаевна, 2012 год

Литература:

1. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М.: Колос, 1969. 304

с.

2. Азаркович М.И., Дмитриева М.И., Соболев A.M. Мобилизация белка и

фитина в алейроновых зернах семян клещевины при прорастании // Физиология растений. 1999. Т. 46. № 3. С. 410-418.

3. Алексеева-Попова Н.В. Клеточно-молекулярные механизмы

металлоустойчивости растений // Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов / Под ред. Н.В. Алексеевой-Поповой. Л.: Бот. ин-т им. В.Л. Комарова, 1991. С. 5-15.

4. Амосова Н.В., Сынзыныс Б.И. О комбинированном действии алюминия и

железа на проростки ячменя и пшеницы // С.-х. биол. 2005. № 1. С. 4649.

5. Барбер С.А. Биологическая доступность питательных веществ в почве.

Механистический подход / Под ред. Э.Е. Хавкина. Пер. с англ. Ю.Я. Мазеля. М.: Агропромиздат, 1988. 367 с.

6. Белозерова Л.С., Федорова Л.К. Дыхание щитков кукурузы при

прорастании// Физиология растений. 1976. Т. 22. Вып. 1. С. 163-167.

7. Белозерова Л.С., Плотникова Т.П. Алкогольдегидрогеназа прорастающих

зерновок кукурузы // Вестн. Ленингр. ун-та. 1979. № 15. С. 85-88.

8. Битюцкий Н.П. Эффективность карбоновых и фосфоновых хелатов

железа при корневом и некорневом питании растений // Физиология растений. 1995. Т. 42. № 4. С. 507-517.

9. Битюцкий Н.П. Микроэлементы и растение. СПб.: С-Петербург. ун-та, 1999.232 с.

10. Битюцкий Н.П.. Необходимые микроэлементы растений. СПб.: Изд-во «Деан», 2005. 255 с.

11. Битюцкий Н.П. Ответная реакция щитка зерновки на дефицит железа // Докл. Академии Наук. 2003. Т. 393. № 4. С. 544-546.

12. Битюцкий Н.П., Кащенко A.C. Комплексоны в регуляции питания растений микроэлементами. СПб.: СПбГУ, 1996. 216 с.

13. Битюцкий Н.П., Магницкий C.B., Коробейникова Л.П., Лукина Е.И., Соловьева А.Н., Пацевич В.Г., Лапшина И.Н. Распределение микроэлементов и кальция в прорастающих зерновках кукурузы // Физиология растений. 1999. № 47. С. 241-248.

14. Битюцкий Н.П., Якконен К.Л., Орлова Е.В., Злотина М.М., Давидовская

E.H., Соловьева А.Н. Устойчивость злаков и двудольных растений к высокому содержанию карбоната кальция в почве // Агрохимия. 2008. № 2. С. 70-76.

15. Благовещенский A.B. Биохимическая эволюция цветковых растений. М.:

Наука, 1966.311 с.

16. Буланова Н.В., Сынзыныс Б.И., Козьмин Г.В. Алюминий индуцирует аберрации хромосом в клетках корневой меристемы пшеницы // Генетика. 2001. № 37. Выи. 12. С. 1725-1728.

17. Власюк П.А. Влияние микроэлементов на биохимические процессы в

прорастающих семенах//Докл. ВАСХНИЛ. 1968. № 9. с. 8-12.

18. Грушко Я. Монография о кукурузе. М.: Колос, 1963. 318 с.

19. Егорова Г.М. Ацидофицирующая деятельность щитка зерновки кукурузы

при прорастании: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М.: Сиб. ИФР СО РАН, 1995. 22 с.

20. Измайлов С.Ф. Азотный обмен в растениях. М.: Наука, 1986. 320 с.

21. Ильчуков В.В., Щипарев С.М. Изучение секреторной активности щитков зерновок кукурузы. 2. Секреция гидролаз изолированными щитками // Вестн. Ленинг. ун-та. Биология. 1981. 5 с. / ДЭП №4461-81/.

22. Ильчуков C.B. Секреция белков щитками прорастающих зерновок

кукурузы: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Д.: ЛГУ, 1982. 22 с.

23. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях.

М.: Мир, 1989. 439 с.

24. Калугина Е.В., Нгуен Куанг. Превращение кислот при прорастании семян

кукурузы в темноте // Вестн. Ленингр. ун-та. 1974. №21. С. 98-105.

25. Климашевский Э.Л. Проблемы генотипический специфики корневого

питания растений // Сорт и удобрение. Иркутск, 1974. С. 11.

26. Климашевский Э.Л., Березовский К.К. О генотипической устойчивости

растений к ионной токсичности в зоне корней // Физиология растений. 1973. Т. 20. Вып. 1.С. 66-71.

27. Климашевский Э.Л., Дедов В.М. О локализации механизма ингибирующего рост действия алюминия в растягивающихся клеточных стенках // Физиология растений. 1975. № 6. С. 1183-1190.

28. Климашевский Э.Л., Дедов В.М. Осаждение тканями корней А13+ - одна

из причин генотипической специфики устойчивости растений к его токсичности // Докл. ВАСХНИЛ. 1977. №1. С. 8-9.

29. Климашевский Э.Л., Дедов В.М. Свойства растягивающихся клеточных стенок корня в связи с генетической вариабельностью устойчивости растений к А1-ионам // Изв. Сиб. Отд. АН СССР. Сер. Биол. Наук. 1980. № 1.С. 108-112.

30. Климашевский Э.Л., Маркова Ю.А. О природе генотипической

специфики устойчивости растений к А1 // Докл. ВАСХНИЛ. 1978. № 8. С. 2-5.

31. Климашевский Э.Л., Чернышева Н.Ф. Содержание органических кислот и

физиологически активных вещества в растениях неодинаково чувствительных к токсичности А13+ // Докл. ВАСХНИЛ. 1980. № 2. С. 57.

32. Климашевский Э.Л., Вернадская M.Л., Маркова Ю.А. Фосфорный обмен

растений в связи с тенотипическими различиями в устойчивости гороха к токсичности А1-ионов // Физиология и биохимия культурных растений. 1973. Т. 5. Вып. 1. С. 26-32.

33. Климашевский Э.Л., Маркова Ю.А., Лебедева И.С. Взаимодействие

алюминия и фосфора на поверхности корней и в клеточных стенках // Докл. ВАСХНИЛ. 1979. № 3. С. 6-7.

34. Климашевский Э.Л., Маркова Ю.А., Малышева A.C. Генотипическая

О I

специфика локализации AI в клетках корней гороха // Докл. АН СССР. 1972. Т. 203. №3. С. 711-713.

35. Коробейникова Л.П. Рентгенофлуоресцентная информационная и

аналитическая система // Вопросы геофизики / Под ред. В.А. Мейера. СПб.: С.-Петерб. гос. ун-та, 1994. Т. 33. С. 46-62.

36. Кретович В.Л., Козьмина Н.П. Биохимия зерна и продуктов его

переработки. М.: Заготиздат, 1950. 148 с.

37. Лонцих C.B., Петров Л.Л. Стандартные образцы состава природных сред. Новосибирск: Наука, 1988. 277 с.

38. Магницкий C.B. Питание кукурузы микроэлементами и кальцием на

ранних этапах развития: Автореф. дисс.... канд. с.-х. наук. СПб.: СПбГУ, 2000. 16 с.

39. Мазель Ю.Я. Минеральное питание проростка // Агрохимия. 1985. № 12.

С. 111-125.

40. Мазурова Т.А. Органические кислоты культурных растений - злаков и

бобовых: Автореф. дисс. ...канд. биол. наук, Л.: ЛГУ, 1967. 16 с.

41. Методика выполнения измерений массовой концентрации тяжелых

металлов в биологических объектах на рентгенофлуоресцентном спектрометре "Спектроскан". ГП "ВНИИФТРИ" ГОССТАНДАРТА РФ от 02.9.97. Per. № 001-45-95.

42. Мирякубова М. Органические кислоты прорастающих и созревающих

семян кукурузы //Узбеке, биол. журнал. 1964. № 5. С. 70-73.

43.Новак В.А., Миклашевич А.И. Феррицианид-редуктазная активность листьев элодеи и ее связь с энергетическим метаболизмом // Физиология растений. 1984. Т. 31. Вып. 3. С. 489-495.

44.Обручева Н.В., Антипова О.В. Физиология инициации прорастания семян // Физиология растений. 1997. Т. 44. № 2. С. 287-302.

45. Овчаров К.Е. Физиологические основы всхожести семян. М.: Наука, 1969.

279 с.

46. Овчаров К.Е. Физиология формирования и прорастания семян. М.: Колос,

1976. 256 с.

47. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв /Под ред. Д.С., Орлова, В. Д.. Васильевской. М.: Изд-во Моск. гос. ун-та, 1994. С. 3260.

48. Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989. 464 с.

49. Полевой В.В., Саламатова Т.С. Протонные насосы и их функциональная

роль // Итоги науки и техники. Физиология растений. М.: ВИНИТИ, 1980. Т. 4. С. 78-125.

50. Пухальская Н.В. Проблемные вопросы алюминиевой токсичности //

Агрохимия. 2005. № 8. С. 70-82.

51. Рудакова Э.В., Каракис К.Д., Сидоршина Т.Н. Микроэлементы:

поступление, транспорт и физиологические функции в растениях. Киев: Наукова думка, 1987. 184 с.

52. Соболев A.M. Отложение белка в семенах растений. М.: Наука, 1985. 112

с.

53. Солдатенков C.B., Мазурова Т.А. Превращение органических кислот при

прорастании и созревании семян пшеницы // Биохимия. 1954. Т. 19. Вып. 3. С. 349-356.

54. Солдатенков C.B., Мазурова Т.А., Пантелеев А.Н. Образование и

превращение органических кислот при прорастании семян злаков // Тр. ЛОЕ. 1950. Т. 20. Вып. 3. С. 15-21.

55. Солдатенков C.B., Мирякубова М.М., Мазурова Т.А., Калугина Е.В.

Соединения Сахаров с органическими кислотами в покоящихся и прорастающих семенах кукурузы и пшеницы // Физиология растений. 1965. Т. 12. Вып. 3. С. 457-462.

56. Сынзыныс Б.И., Буланова Н.В., Козьмин Г.В. О фито- и генотоксическом

действии алюминия на проростки пшеницы // С.-х. биология. 2002. № 1. С. 104-109.

57. Сынзыныс Б.И., Никольская О.Г., Буланова Н.В., Харламова О.В. О

действии алюминия на проростки пшеницы при различных значениях рН среды культивирования // С.-х. биология. 2004. № 3. С. 80-84.

58. Тянтова Е.Н., Сынзыныс Б.И., Бурухин С.Б. и др. Химия алюминия в

окружающей среде // Агрохимия. 2005. № 2. С. 87-93.

59. Физиология и биохимия покоя и прорастания семян / Под ред. М.Г.

Николаевой, Н.В. Обручевой. М.: Колос, 1982. 495 с.

60. Физиология растительных организмов и роль металлов / Под. ред. Н.М.

Чернавской. М.: Изд-во Моск. гос. ун-та, 1989. 158 с.

61. Физиология семян / Под ред. К.Н. Дановича. М.: Наука, 1982. 318 с.

62. Цингер Н.В. Семя, его развитие и физиологические свойства. М.: АН

СССР, 1956. 286 с.

63. Чикалин М.В., Пелецкая Ю.Г., Шушаношвили В.И. Некоторые

физиологические и биохимические изменения семян пшеницы при

потере посевных качеств // Физиология растений. 1995. Т. 42. № 6. С. 911-915.

64. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. Д., 1974. 324 с.

65. Щипарев С.М. Щиток и его роль при прорастании // Эмбриология

цветковых растений. Терминология и концепции Т. 2 / Под ред. Т.Б. Батыгиной. СПб: Семья, 1997. С. 681-685.

66. Щипарев С.М., Алиева Э.А., Шинкарев А.Н. Действие ингибиторов

АТФаз плазмалеммы на подкисление среды щитками кукурузы // Вестн. С.-Петербург, гос. ун-та. 1993. Сер. 3. Вып. 2. № 10. С. 86-88.

67. Щипарев С.М., Мячин Ф.Б. Изучение феррицианид-редуктазной

активности щитков зерновок кукурузы // Вестн. Ленингр. ун-та. 1990. Серия 3. № 24. С. 89-93.

68. Щипарев С.М., Чупрова Г.В., Полевой В.В. Секреция кислот

изолированными щитками кукурузы // Вестн. Ленингр. ун-та. 1976. Серия 3.№ 21. С. 130-133.

69. Эзау К. Анатомия семенных растений. М., Мир, 1980. с. 558.

70. Ягодин Б.А., Торшин С.П., Кокурин Н.Л., Савидов H.A. Вариабельность микроэлементного состава зерна основных зернобобовых культур и факторы ее определяющие // Агрохимия. 1990. № 3. С. 126-139.

71. Якконен К.Л. Устойчивость злаков и двудольных растений к дефициту микроэлементов (Fe, Zn, Мп) при высокой концентрации карбоната кальция в почве: Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. М.: МГУ, 2009. 19 с.

72. Akira Tabuchi, Satoshi Kikui, Hideaki Matsumoto. Differential effects of aluminium on osmotic potential and sugar accumulation in the root cells of Al-resistant and Al-sensitive wheat // Physiol. Plantarum. 2004. Vol. 120 (1). P. 106-112.

73. Aniol A. Chromosomal location of aluminium tolerance genes in rye // Plant

Bred. 2004. Vol. 123 (2). P. 132-136.

74. Balmer Y., Vensel W.H., Dupont F.M., Buchanan B.B., Hurkman W.J.

Proteome of amyloplasts isolated from developing wheat endosperm presents evidence of broad metabolic capability // J. Exp. Botany. 2006. Vol. 57. P. 1591-1602.

75. Barba I., Gasparovic C., Cabanas M.E., Alonso J., Murillo I., San Segundo B.,

Arus C. Measurement of intracellular pH of maize seeds (Zea mays) during

o 1

germination by JIP magnetic resonance spectroscopy // Cellul. Molec. Biology. 1997. Vol. 43 (5). P. 609-620.

76. Barcelo F., Arean C.O., Moore G.R. Isolation and preliminary characterization

of ferritin from clover seeds (Trifolium subterranium L. cv. Clare) II Biometals. 1995. Vol. 8. P. 47-52.

77. Becraft P.W. Aleurone Cell Development // Endosperm: developmental and

molecular biology / Ed. O.-A. Olsen. Springer, 2007. P. 45-56.

78. Bell R.W., McLay L., Plaskett D., Dell B., Loneragan J.F. Germination and

vigour of black gram (Vigna mungo L. Hepper) seed from plants grown with and without boron // Austral. J. Agric. Research. 1989. Vol. 40. P. 273-279.

79. Bewley J.D., Black M. Seeds: Physiology of development and germination.

N.Y.: Plenum Press, 1994. 445 p.

80. Bienfait H.F., Bino R.J., Van der Bliek A.M. Characterisation of ferric

reducing activity in roots of Fe-deficient Phaseolus vulgaris II Physiol. Plantarum. 1983. Vol. 59. P. 196-202.

81. Birch G.G., Cameron A.G., Spencer M. Food science. Pergamon press, 1977.

Vol. 8. 57 p.

82. Bityutskii N.P. Iron-deficiency responses in cereal seedlings // J. Plant

Nutrition. 2007. V. 30 (9). P. 1483-1498.

83. Bityutskii N.P., Davydovskaya E.N., Malyuga E.A., Yakkonen K.L.

Mechanisms underlying iron and zinc transport to axis organs in grain during early seedlings development of maize // J. Plant Nutrition. 2004. V. 27 (9). P. 1525-1541.

84. Bityutskii N.P., Magnitskiy S.Y., Korobeinikova L.P., Lulcina E.I., Soloviova

A.N., Patsevich V.G., Lapshina I.N., Matveeva G.V. Distribution of iron, manganese, and zinc in mature grain and their mobilization during germination and early seedling development in maize // J. Plant Nutrition. 2002. Vol. 25 (3). P. 635-653.

85. Borg S., Brinch-Pedersen H., Tauris B., Holm P.B. Iron transport, deposition

and availability in the wheat and barley grain // Plant Soil. 2009. Vol. 325. P. 15-24.

86. Briat J.F., Lobreaux S. Iron transport and storage in plants // Trends Plant

Science. 1997. Vol. 2. P. 187-193.

87. Briat J. F. Iron dynamics in plants // Adv. Bot. Research. 2007. Vol. 46. P.

138-180.

88. Brigham L., Hawes M., Miyasaka S. Avoidance of aluminium toxity: role of

root border cells // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 452-453.

89. Brown J.C., Ambler J.E. Genetic control of uptake and a role of boron in

tomato // Soil Sci. Soc. America J. 1973. Vol. 37. P. 63-66.

90. Brown J. C., Ambler I. E. Iron stress response in tomato // Physiol. Plantarum.

1974. Vol. 31. P. 221-224.

91. Brown H.T., Morris V.H. Researchers on the germination of some Gramineae.

// J. Chem. Society. 1890. Vol. 57. P. 458-528.

92. Brown J.C. Mechanism of iron uptake by plants // Plant Cell Environmental.

1978. Vol. 1. P. 249-257.

93. Cakmak I., Ozkan H., Braun H.J., Welch R.M., Romheld V. Zinc and iron

concentrations in seeds of wild, primitive, and modern wheat's // Food Nutr. Bulletin. 2000. Vol. 21. P. 401-403.

94. Cakmak I., Torun B., Erenoglu B., Oztiirlc L., Marschner H., Kalayci M., Ekiz

H., Yilmaz A. Morphological and physiological differences in the response of cereals to zinc deficiency // Euphytica. 1998. Vol. 100. P. 349-357.

95. Calba H., Cazevieille P., Jaillard B. Modeling of the dynamics of A1 and

protons in the rhizoshere of maize cultivated in acid substrate // Plant Soil. 1999. Vol. 209. P. 57-69.

96. Chalmers J. D.C., Coleman J.O.D. Ethanol stimulated proton extrusion by cells

of carrot grown in suspension culture // Biochem. Int. 1983. Vol. 7 (6). P. 785-792.

97.Chaney R.L. Diagnostic practices to identify iron deficiency in higher plants // J. Plant Nutrition. 1984. Vol. 7. P. 47-67.

98.Chaney R.L., Brown J.C., Tiffin L.O. Obligatory reduction of ferric chelates in iron uptake by soybean // Plant Physiol. 1972. Vol. 50. P. 208-213.

99. Chen Y., Barak P. Iron nutrition of plants in calcareous soils // Adv.

Agronomy. 1982. Vol. 35. P. 217-240.

100. Clark R.B. Plant genotype differences in the uptake, translocation, accumulation, and use of mineral elements required for plant growth // Plant Soil. 1983. Vol. 72. P. 175-196.

101. Clark R.B., Brown J.C. Differential mineral uptake by maize inbred // Comm. Soil Sci. Plant Anal. 1974. Vol. 5. P. 213-227.

102.Clarkson D.T., Hanson J. B. The mineral nutrition of higher plants //Ann. Rev. Plant Physiol. 1980. Vol. 31. P. 298-329.

103. Graham R.D., Rengel Z. Genotypic variation in zinc uptake and utilization // Zinc in Soil and Plants / Ed. A.D. Robson Dordrecht: Kluwer Acad., 1993. P. 107-118.

104. Crossbie J., Longnecker N., Davies F., Robson A. Effects of seed manganese concentration on lupin emergence // Plant nutrition - from genetic engineering to field practice / Ed. N.J. Barrow. 1993. P. 665-668.

105. Dang Y.P., Edwards D.G., Dalai R.C., Tiller K.G. Identification of an index tissue to predict zinc status of wheat // Plant Soil. 1993. Vol. 154. P. 161-167.

106. Duffus C.M., Rosie R. Changes in Trace-Element Composition of Developing Barley-Grain//J. Agric. Sci. 1976. Vol. 87. P. 75-79.

107. Dure L.S. Cross nutritional contributions of maize endosperm and scutellum to germination and growth of axis // Plant physiol. 1960. Vol. 35. P. 919-925.

108. Erenoglu B., Cakmak I., Marschner H., Romheld V., Eker S., Daghan H., Kalayci M., Ekiz H. Phytosiderophore release does not relate well with Zn efficiency in different bread wheat genotypes // J. Plant Nutr. 1996. Vol. 19. P. 1569-1580.

109. Gassman W., Schroeder, J.I. Inward-Rectifying. K+ channel in root hairs of wheat (a mechanism for aluminium-sensitive low-affinity K+ uptake and membrane potential control // Plant Physiol. 1994. Vol. 105. P. 1399-1408.

110. Gene Y., McDonald G.K., Graham R.D. Critical deficiency concentration of zinc in barley genotypes differing in zinc efficiency and its relation to growth responses //J. Plant Nutrition. 2002. Vol. 25 (3). P. 545-560.

111. Gibson D.M., Ullah A.B.J. Phytases and their action on phytic acid // Inositol metabolism in plants / Eds. D.J. Morre, W.F. Boss, F.A. Loewus. N.Y.: John Willey & Sons, 1990. P. 77-92.

112. Glahn R.P., Lee O.A., Yeung A., Coldman M.I., Miller D.D. Caco-2 cell ferritin formation predicts nonradiolabeled food iron availability in an in vitro digestion: Caco-2 cell culture model //J. Nutr. 1998. Vol. 128. P. 1555-1561.

113. Graham R.D., Webb M.J. Micronutrient and disease resistance and tolerance in plants // Micronutrients in Agriculture / Eds. J. Mortvedt, F.R. Fox, L.M. Shuman, R.M. Welch. Madison, N.Y.: SSSA, 1991. P. 329-370.

114. Graham R.D., Welch R.M., Bouis H.E. Addressing micronutrient malnutrition through enhancing the nutritional quality of staple foods: principles, perspectives and knowledge gaps // Adv. Agron. 2001. Vol. 70. P. 77-142.

115. Grundy S., Jones D., Godbold D. Organic acid root-tip tissue-concentration in Brachiaria decumbens and Brachiaria ruziziensis II Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 506-507.

116. Grusak, M.A. Iron transport to developing ovules of Pisum sativum L. 11 Seed import characteristics and phloem iron-loading capacity of source regions // Plant Physiol. 1994. Vol. 104. P. 649-655.

117. Guardiola J. L., Sutcliffe J. F. Transport of materials from the cotyledons during germination of seeds of the garden pea {Pisum sativum L.) // J. Exp. Botany. 1972. Vol. 75. P. 322-337.

118. Grundy S., Jones D. and Goldbold D. Organic acid root-tip tissue-concentration in Brachiaria decumbens and Brachiaria ruziziensis II Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 506507.

119. Hamabata A., Garcia-Maya M., Romero T., Bernal-Lygo I. Kinetic of acidification capacity of aleurone layer and its effects upon solublization of reserve substance from starch endosperm of wheat // Plant Physiol. 1988. Vol. 86 (3). P. 643-644.

120. Heim A., Brunner I., Frey B., Frossand E., Luster J. Aluminium resistance of Norway spruce: Root exudation versus immobilization in root // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 450451.

121. Hell R., Stephan U.W. Iron uptake, trafficking and homeostasis in plants // Planta. 2003. Vol. 216. P. 541-551.

122.Hendrix D.L., Radin J.W., Nieman R.A. Intracellular pH of cotton embryos and seed coat during fruit development determined by 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy//Plant Physiol. 1987. Vol. 85. P. 588-591.

123.Hether N.H., Olsen R.A., Jackson L.L. Chemical identification of iron reductants exuded by plant roots // J. Plant Nutrition. 1984. Vol. 7. P. 667676.

124. Hocking P.J. Redistribution of nutrient elements from cotyledons of two species of annual legumes during germination and seedling growth // Ann. Botany. 1980. Vol. 45. P. 383-396.

125. Hubel F., Beck E. Corn root photos // Plant Physiol. 1996. Vol. 112. P. 14291436.

126. Humphreus T.E. A model for sucrose transport in the maize scutellum // Phytochemistry. 1978. Vol. 17. №. 4. P. 679-684.

127. Ishikawa S., Wagatsuma T. Tawaraya K. Effects of temporary contact with A1 ions on the plasma-membrane permeability of root-tip cell in seven plant species // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 510-511.

128. Jolley V., Brown J. Genetically controlled uptake and use of iron by plants // Biochemistry of metal micronutrients in the rhizosphere / Eds. J. Manthey et al. Lewis Publisher, CRC Press, 1994. P. 251-266.

129. Jones R.L. Intracellular transport and secretion of seed proteins // Seed Development and Germination / Ed. J. Kigel, G. Galili. N.Y.: Marcel Dekker, 1995. P. 425-445.

130. Kamh M., Roppel P. and Horst W. Exudation of organic acid anions by different maize cultivars as affected by phosphorus deficiency and aluminium toxity // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems, 2001. P. 490-491.

131. Kataoka T., Stekelenburg A., Delhaize E., Ryan P. Erbium-activated malate efflux supports the "malate hypothesis" of differential aluminium resistance in wheat // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 502-503.

132.Kidd P.S., Poschenrieder C. and Barcelo J. Does root exudation of phenolics play a role in aluminium resistance in maize (Zea maize L.) // Plant nutrition -Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 504-505.

133. Kim S.A., Guerinot M.L. Mining iron: Iron uptake and transport in plants // FEBS Lett. 2007. Vol. 581. P. 2273-2280.

^ -I

134.Kime M.J., Ratcliffe R.G., Loughman B.C. The application of P nuclear magnetic resonance to higher plant tissue. I. Detection of spectra // Botany. 1982. Vol. 33. P. 656-669.

135. Kochian L.V. Mechanisms of micronutrient uptake and translocation in plants / Eds. J.J. Mordvedt, F.R. Cox, L.V. Shuman, R.M. Welch: «Micronutrients in agriculture», 2nd ed. Madison W.I.: SSSA. 1991. P. 229296.

136. Kochian L. Cellular mechanisms of aluminium toxicity and resistance in plants // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1995. Vol. 46. P. 237-280.

137. Kochian L. Aluminium and heavy metal toxicity and resistance - Lesson to be learnt from similarities and differences // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 442-443.

3+ •

138. Kosegarten H., Hoffmann B., Mengel K. Apoplastic pH and Fe reduction m intact sunflower leaves // Plant Physiol. 1999. Vol. 121. P. 1069-1079.

139. Kosegarten H., Koyro H.-W. Apoplastic accumulation of iron in the epidermis of maize {Zea mays) roots grown in calcareous soil // Physiol. Plantarum. 2001. Vol. 113. P. 515-522.

140. Kosegarten H., Mengel K. Starch deposition in storage organs and the importance of nutrients and external factors // Z. Phlanzenernahr. Bodenk. 1998. Bd 161. P. 273-287.

141. Kruger C., Berkowitz O., Stephan U.W., Hell R. A metalbinding member of the late embryogenesis abundant protein family transports iron in the phloem of Ricimis communis L. // J. Biol. Chemistry. 2002. Vol. 277. P. 2506225069.

142. Laboure A.M., Gagnon J., Lescure A.M. Purification and characterization of a phytate (myo-inositol-hexakisphospate phospohydrolase) accumulated in corn {Zea mays) seedlings during germination // Biochemistry J. 1993. Vol. 295. P. 413-419.

143. Lado P., Rasi-Caldogno F., Colombo R. Acidification of the medium associated with normal and fusicoccin-induced seed germination // Physiol. Plantarum. 1975. Vol. 34. P. 359-364.

144. Landsberg E.C. Energy driven H~ efflux pump in sunflower roots-activated by Fe-deficiency stress // Plant Physiol. 1981. Vol. 67 (5). P. 702.

145. Lin W. further characterization of the transport property of plasmalemma NADH oxidation system in isolated corn root protoplasts. // Plant Physiol. 1984. Vol. 74. P. 588-592.

146. Lindsay W.L., Schwab A.B. The chemistry of iron in soils and its availability to plants // J. Plant Nutrition. 1982. Vol. 5. P. 821-840.

147. Lobreaux S., Briat J.F. Ferritin accumulation and degradation in different organs of pea (Pisum sativum L.) during development // Biochemistry J. 1991. Vol. 274. P. 601-606.

148. Longnecker N.E., Graham R.D., Marcar N.E. The effect of seed manganese on barley growth and yield // International symposium on manganese in soils and plants. / Ed. M.J. Webb, N.O. Nable, R.D. Graham et al. Adelaide, 1988. P. 47-49.

149. Longneclcer N.E., Marcar N.E., Graham R.D. Increased manganese content of barley seeds can increase grain yield in manganese deficient-conditions // Australian J. Agric. Research. 1991. Vol. 42. P. 1065-1074.

150. Longnecker N.E., Robson A.D. Distribution and transport of zinc in plants //Zinc in soils and plants / Ed. A.D. Robson. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1993. P. 79-91.

151. Longnecker, N., J. Crossbie, F. Davies, Robson A. Low seed manganese concentration and decreased emergence of Lupinus angustifolius II Crop Science. 1996. Vol. 36. P. 355-361.

152. Lott J.N.A. Accumulation of seed reserves of phosphorus and other minerals // Seed Physiology / Ed. D.R. Murray. N. Y.: Academic Press, 1984. P. 139166.

153. Lott J.N.A, Greenwood J.C., Batten G.D. Mechanisms and regulation of mineral nutrient storage during seed development // Seed development and germination / Eds. H. Kigel, G., Galili. N.Y.: Marcel Dekker, 1995. P. 215235.

154. Lott J.N.A., Cavdek V., Carson J. Leakage of K, Mg, CI, Ca and Mn from imbibing seeds, grains and isolated seed parts // Seed Sci. Research. 1991. Vol. l.P. 229-233.

155. Ma J. Role of organic acids in detoxication of aluminium in higher plants // Plant Cell Physiol. 2000. Vol. 41 (4). P. 383-390.

156. Ma J., Zhang W. and Zhao Z. Regulatory mechanisms of Al-induced secretion of organic acids anions - Involvement of ABA in the Al-induced secretion of oxalate in buckwheat // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 486-487.

157. Ma J., Feng J., Shen, Renfang, Nagao, Sakiko, Tanimoto, Eiichi. Aluminium targets elongation cells by reducing cell wall extensibility in wheat roots // Plant Cell Physiol. 2004. Vol. 45 (5). P. 583-589.

158. Mariano E. and Keltjens W. Exudation of organic acid anions from root apices as an aluminium resistance mechanism in maize // Plant nutrition -Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 494-495.

159. Markar N.E., Graham R.D. Effect of seed manganese content on the growth of wheat (Triticum aestivum) under manganese deficiency // Plant and Soil. 1986. Vol. 96. P. 165-174.

160. Marschner H. Mineral nutrition of higher plants. London: Acad. Press, 1997. 889 p.

161. Mazzolini A. P., Pallaghy C.K., Legge G.J.F. Quantitative microanalysis of Mn, Zn, and other elements in mature wheat seed // New Phytologist. 1985. Vol. 100. P. 483-509.

162. McCay-Buis, T.S., D.M. Huber, R.D. Graham, J.D. Phillips, Miskin. K.E. Manganese seed content and take-all of cereals // J. Plant Nutrition. 1995. Vol. 18. P. 1711-1721.

163. Mendel R.R. Biology of the molybdenum cofactor // J. Exp. Bot. 2007. Vol. 58. N 9. P. 2289-2296.

164. Mengel K. Iron availability in plant tissues - iron chlorosis on calcareous soils//Plant Soil. 1994. Vol. 165. P. 275-283.

165. Micola J., Virtanen M. Secretion of L-malic acid by barley aleurone layers // Plant Physiol. 1980. Vol. 66. P.142-152.

166. Micronutrient deficiencies in global crop production / Ed. B.J. Alloway. Heidelberg: Springer Science + Business Media B.V., 2008. 353 p.

167. Mitsui T., Itoh K. The a-amylase multigene family // Trends Plant Sci. 1997. Vol. 2. P. 255-261.

168. Mori S. Iron acquisition by plants // Curr. Opin. Plant Biol. 1999. Vol. 2. P. 250-253.

169. Mori S. Mechanisms of iron acquisition by graminaceous (strategy II) plants // Biochemistry of metal micronutrients in the rhizosphere / Eds. J.A. Manthey, D.E. Crowley, D.G. Luster. Boca Raton: Lewis Publishers, CRC Press, 1994. P. 225-249.

170. Moussavi-Nik M., Rengel Z., Hollamby G.J., Ascher J.S. Seed manganese (Mn) content is more important then Mn fertilization for wheat growth under Mn deficient conditions // Plant nutrition - from sustainable food production and environment / Eds T. Ando, T. Mae, H. Matsumoto, S. Mori, P.G. Ozanne, C.J. Ascher. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1997. P. 267-268.

171. Moussavi-Nik M., Pearson J.N., Hollamby G.J., Graham R.D. Dynamics of nutrient remobilization during germination and early seedling development in wheat//J. Plant Nutrition. 1998. Vol. 21 (3). P. 421-434.

172. Nomuro T., Akazawa T. Enzymic mechanism of starch breakdown in germination seeds: de novo synthesis of sucrose 6-phosphate synthetase in scutellum // Plant physiol. 1973. Vol. 51 (5). P. 979-981.

173. Ockenden I., Lott N.A. Changes in the distribution of magnesium, potassium, calcium and phosphorus during growth of Cucurbita seedlings // J. Exp. Botany. 1988. Vol. 39 (204). P. 973-980.

174. O Dell, B.L., Boland A.R., Koirtiohann S.R. Distribution of phytate and nutritionally important elements among morphological components of cereal grains // J. Aric. Food Chemistry. 1972. Vol. 20. P. 718-721.

175. Ofei-Manu P., Wagatsuma T., Ishikawa S. The significance of phenolic compounds in roots of different age on A1 resistance of some common woody plants // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 512-513.

176. Okamoto K., Litano H., Akazawa T. Biosynthesis and excretion of hydrolases in germinating cereal seeds // Plant Cell Physiol. 1980. Vol. 21 (1). P. 201204.

177. Olsen R.A., Brown J.C. Factors related to iron uptake by dicotyledonous and monocotyledonous plants. 1. pH and reductant // Plant Nutrition. 1980. Vol. 2 (6). P. 629-645.

178. Panchaksharappa M.J., Rudramunjappa C.K. Scutellum and endosperm in the seedling of graminae a histochemical study // Proc. Indian Academy Science. 1975. Vol. 13 (82). P. 211-161.

179. Pearson J.N., Jenner C.F., Rengel Z., Graham R.D. Differential transport of Zn, Mn and sucrose during longitudinal axis of development wheat grains // Physiol. Plantarum. 1996. Vol. 97. P. 332-338.

180. Pearson J.N., Rengel Z., Jenner C.F., Graham R.D. Dynamics of zinc and manganese movement in developing wheat grains // Aust. J. Plant Physiol. 1998. Vol. 25. P. 139-144.

181. Peleg Z., Saranga Y., Yazici A., Fahima T., Ozturk L., Cakmak I. Grain zinc, iron and protein concentrations and zinc-efficiency in wild emmer wheat under contrasting irrigation regimes // Plant Soil. 2008. Vol. 306. P. 57-67.

182. Prasak R. Influence of aluminium from A1C13 on difference and growth of Dendobium Kingianum Bidwill in vitro conditions // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 178-179.

183. Postma J., Keltjens W. The use of nutrient-film technique for monitoring A1 (A1 citrate) effects on root development and nutrient uptake in roots of Triticum aestivum L. // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 496-497.

184. Puig S., Andres-Colas N., Garsia-Molina A., Penarrubia L. Copper and iron homeostasis in Arabidopsis: responses to metal deficiencies, interactions and biotechnological applications // Plant Cell Environ. 2007. Vol. 30. P. 271290.

185. Radua P., Serrano M., Barcelo J. Contenido de acido citrico y grado de viabilidad en las semillas de trigo // Farmacognosia. 1967. Vol. 27 (1-2). P. 51-60.

186. Ryan P.R., Dong B. and Watt M. Strategies to isolate transporter that facilitate organic anion efflux from plant roots // Plant Soil. 2003. Vol. 248. P. 61-69.

187. Reid D.A., Lott J.A.N., Atree S.M., Fowke L.C. Mineral nutrition in white spruce (Picea glauca Voss.) seeds and somatic embryos. 1. Phosphorus, phytic acid, potassium, magnesium, calcium, iron and zinc // Plant Science. 1999. Vol. 141. P. 11-18.

188. Rengel Z. Physiological mechanisms underlying differential nutrient efficiency //Mineral nutrition of crops / Ed. Z. Rengel N. Y., London, Oxford: Food Products Press, 1999. P. 227-265.

189. Rengel Z., Batten G.D., Crowley D.E. Agronomic approaches for improving the micronutrient density in edible portions of field crops // Field Crops Res. 1999. Vol. 60. P. 27-40.

190. Rengel Z., Graham R.D. Importance of seed Zn content for wheat growth on Zn-deficient soil. I. Vegetative growth // Plant Soil. 1995. Vol. 173. P. 259266.

191. Rengel Z., Rômheld V. Root exudation and Fe uptake and transport in wheat genotypes differing in tolerance to Zn deficiency // Plant Soil. 2000. Vol. 222. P. 25-34.

192. Rengel Z., Wheal M.S. Kinetics of Zn uptake by wheat is affected by herbicide chlorsulfuron //Exp. Botany. 1997. Vol. 48. P. 935-941.

193. Robson, A.D., K. Snowball K. Response of narrow leafed lupines to cobalt application in relation to cobalt concentration in seed // Austral. J. Exp. Agric. 1987. Vol. 27. P. 657-660.

194. Romera F.J., Frejo V.M., Alcántara E. Simultaneous Fe- and Cu-deficiency synergically accelerates the induction of several Fe-deficiency stress responses in strategy I plants // Plant Physiol. Biochem. 2003. Vol. 41. P. 821-827.

195. Romheld V. Different strategies for iron acquisition in higher plants / Physiol. Plantarum. 1987. Vol. 70. P. 231-234.

196. Romheld V., Marschner H. Mechanism of iron uptake by peanut plants. 1. Fe (III) reduction, chelate splitting and release of phenolics // Plant Physiol. 1983. Vol. 71. P. 948-954.

197. Romheld V., Marschner H. Genotypic differences among gramineaceous species in release of phytosiderophores and uptake of iron phytosiderophores //Plant Soil. 1990. Vol. 123. P. 147-153.

198. Romheld V., Marshner H., Kramer D. Responses to Fe deficiency in roots of 'Fe-efficient' plant species // J. Plant Nutrition. 1982. Vol. 5. P. 489^198.

199. Ryan P.R., Delhaize E. Characterisation of Al-stimulated effluxe of malat from the apices of Al-tolerant wheat roots // Planta. 1995. Vol. 196. P. 103110.

200. Ryan P.R., Shaff J.E., Kochian L.V. Aluminium toxity in roots correlation among ionic currents ion fluxes and root elongation in aluminium-sensitive and aluminium-tolerant wheat cultivars // Plant Physiol. 1992. Vol. 99. P. 1193-1200.

201. Sawan, Z.M., Maddah El Din, M.S., and Gregg, B.R. Cotton seed yield, viability and seedling vigor as affected by plant density, growth retardants, copper and manganese // Seed Science Technol. 1993. Vol. 21. P. 417-431.

202. Schmidt W. Iron solutions: acquisition strategies and signaling pathways in plants // TRENDS Plant Sci. 2003. Vol. 8 (4). P. 188-193.

203. Schroeder J.I., Ward J.M., Gassmann W. Perspectives on the physiology and structure of inward-rectifying K+ channels in higher plants //Biophysical

implications for K+ uptake //Ann. Rev. Biophys. Bimol. Struct. 1994. Vol. 23. p. 441-471.

204. Schottelndreier M. Organic acid-anion exudation and aluminium: The role of plant species, pH, biodégradation and time // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 498-499.

205. Sharma C.P. Plant micronutrients. Enfield etc.: Sci. Publ., 2006. 265 p.

206. Sopanen T. Uptake of glycylglycine by the scutellum of germinating barley grain//Plant physiol. 1978. Vol. 61 (4). P. 630-633.

207. Sopanen, T., Vâisânen E. Uptake of glutamine by the scutellum of germinating barley grain // Plant Physiol. 1985. Vol. 78. P. 684-689.

208. Stephan U.W., Scholz G. Nicotianamine - Mediator of Transport of Iron and Heavy-Metals in the Phloem // Physiol. Plantarum. 1993. Vol. 88. P. 522529.

209. Steward C.R. Some characteristics of the uptake of glutamine by corn scutellum//Plant physiol. 1971. Vol. 47. P. 157-161.

210. Stewart A., Nield H., Lott J.N.A. An investigation of mineral content of barley grains and seedlings // Plant Physiol. 1988. Vol. 86. P. 93-97.

211. Sun, Pei, Tian Q., Zhao O. et al. Aluminium-induced ethylene production is associated with inhibition of root elongation in Lotus japonicus L. // Plant Cell Physiol. 2007. Vol. 48 (8). P. 1229-1335.

212. Swift I. G., O'Brien T.P. The fine structure of the wheat scutellum during germination // Austral. J. Biol. Sci. 1972. Vol. 25. P. 469-486.

213. Tianrong Guo, Guoping Zhang, Meixue Zhou, Feibo Wu, Jinxin Chen Effects of aluminium and cadmium toxity on growth and antioxidant enzyme activities of two barley genotypes with different A1 resistant // Plant Soil. 2004. Vol. 258. P. 241-248.

214. Theil E.C. Ferritin: structure, gene regulation, and cellular function in animals, plants and microorganisms // Ann. Rev. Biochem. 1987. Vol. 56. P. 289-315.

215. Von Wiren N., Mory S., Marschner H., Romheld V. Iron inefficiency in maize mutant vs. 1 (Zea mays L. cv. Yellow-stripe) is caused by a defect in uptake of iron phytosiderophores // Plant Physiol. 1994. Vol. 106. P. 71-77.

216. Wagatsuma T., Ishikawa S., Akimoto T., Tawaraya K., Ofei-Manu P. Mechanisms of higher tolerance of A1 stress in phosphorus deficient maize seedlings: The significance of phenolics in A1 resistance // Plant nutrition -Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 454-455.

217. Weir R.G., Hudson A. Molybdenum deficiency in maize in relation to seed reserves // Austral. J. Exp. Agricul. Animal Husb. 1966. Vol. 6. P. 35-41.

218. Welch R.M. Effects of nutrient deficiencies on seed production and quality // Adv. Plant Nutrition. 1986. Vol. 2. P. 205-247.

219. Welch R.M. Micronutrient nutrition of plants // Plant Sci. 1995. Vol. 14. P. 49-82.

220. Welch R.M., Graham R.D. Agriculture: the real nexus for enhancing bioavailable micronutrients in food crops // J. Trace Elem. Medic. Biol. 2005. Vol. 18. P. 299-307.

221. Welch, R.M., W.A. House, Allaway W.H. Availability of zinc from the seeds to rats // J. Plant Nutrition. 1974. Vol. 104. P. 733-740.

222. Wheeler H., Humphreus T. Localization of a phosphatase (ATPase) on the plasmalemma of the maize scutellum // Photochemistry. 1979. Vol. 18. P. 549-554.

223. White P.J., Broadley M.R. Biofortifying crops with essential mineral elements // Trends Plant Sci. 2005. Vol. 10. P. 586-593.

224. Wimmer M.A., Goldbach Y.E. Boron in the apopiast of higher plants //The apoplast of higher plants: compartment of storage, transport and reactions / Eds. B. Sattelmacher, W.J. Horst. Berlin: Springer. 2007. P. 19-32.

225. Wise A. Phytate and zinc bioavailability // Int. J. Food Sci. Nutrition. 1995. Vol. 46. P. 53-63.

226. Wyman A.J., Yocum C.F. Structure and activity of the photosystem II manganese-stabilizing protein: role of the conserved disulfide bond // Photosynthes. Res. 2005. Vol. 85. P. 359-372.

227. Yang Z., Nian H., Sivaguru M., Matsumoto H. Characteristics of citrate secretion under aluminium stress in soybean (Glycine max L.) // Plant nutrition - Food security and sustainability of agro-ecosystems. 2001. P. 500501.

228. Yang, Jian Li, You, Jiang Feng, Li, Ya Yig, Wu, Ping, Zheng, Shao Jian Magnesium enhances aluminium-induced citrate secretion in rice bean roots (Vigma umbelata) by restoring plasma membrane H+-ATPase activity // Plant Cell Physiol. 2007. Vol. 48. №1. P. 66.

229. Yilmaz, A., Ekiz H., Gulekin I., Torun B., Karanlink S., Carmak I. Effect of seed zinc content on grain yield and zinc concentration of wheat growth in zinc-deficient calcareous soils // Plant nutrition for sustainable food production and environmental / Eds T. Ando et al. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 1997. P. 283-284.

230. Zhao F.J., Su Y.H., Dunham S. J., Rakszegi M., Bedo Z., McGrath S.P., Shewry P.R. Variation in mineral micronutrient concentrations in grain of wheat lines of diverse origin // J. Cereal Sci. 2009. Vol. 49 (2). P. 290-295.

231. Zhang F., Shen J., Li L., Liu X. An overview of rhizosphere processes related with plant nutrition in major cropping systems in China // Plant Soil. 2004. Vol. 260. P. 89-99.

232. Zocchi G., De Nisi P., Dell'Orto M., Espen L., Gaiiina P.M. Iron deficiency differently affects metabolic responses in soybean roots // J. Exp. Bot. 2007. Vol. 58 (5). P. 993-1000.