Wpływ stresu hipoksji na fizjologię wybranych gatunków mchów

Abstract

Mchy są pionierskimi roślinami lądowymi, często występują w siedliskach charakteryzujących się zmiennością czynników środowiskowych takich jak dostępność wody, temperatura czy promieniowanie. Narażone są, więc w większym stopniu niż inne rośliny na stres środowiskowy. Poszczególne gatunki roślin różnią się odpornością, czyli zdolnością do zachowania integralności, zagrożonej przez potencjalnie niebezpieczne czynniki pochodzenia zewnętrznego lub wewnętrznego Z tego powodu takie samo natężenie czynnika, dla jednych roślin będzie określane mianem stresora, a dla innych nie. Oddziaływanie czynników stresowych zależy nie tylko od właściwości samej rośliny, ale również od wieku i etapu rozwojowego, czasu natężenia stresu oraz tempa zmian stresogennych.

Celem pracy było określenie zależności pomiędzy ograniczeniem dostępności tlenu a zmianami fizjologicznymi i metabolicznymi wybranych gatunków mchów. Badania polegały na poddaniu roślin działaniu hipoksji przez zalanie ich wodą na 24 h, a następnie określeniu poziomu intensywności fotosyntezy i oddychania ciemniowego, parametrów fluorescencji chlorofilu a, stężenia chlorofilu, wypływu jonów z komórek, zawartości jabłczanu i cytrynianu oraz aktywności CAT.

Podstawą doboru materiału biologicznego było zróżnicowanie w budowie anatomicznej i morfologicznej liści, jak również różnice w wymaganiach siedliskowych pomiędzy gatunkami mchów. W eksperymentach wykorzystano następujące gatunki mchów. Mnium affine, Połytrichum commune i Sphagnum magellanicum.

Wyniki badań opracowano statystycznie za pomocą programu komputerowego STATISTICA 9.0 for Windows. Istotność wpływu badanego czynnika na ilościowe cechy roślin badano na podstawie jednoczynnikowej analizy wariancji (ANO V A / M A N O W A) w układzie całkowicie losowym.

W niniejszej pracy wykazano, że 24 h hipoksja wpływa na zmniejszenie tempa fotosyntezy oraz zmiany intensywności oddychania ciemniowego w gametoforach mchów, a proces oddychania wykazuje znacznie mniejszą wrażliwość na działanie hipoksji niż fotosynteza. Otrzymane dane wskazują, ze detekcja i analiza parametrów fluorescencji chlorofilu a jest bardzo dobrym narzędziem do badania reakcji fotosyntezy w warunkach stresu hipoksji oraz reaktywacji, a zmiany wartości parametrów fluorescencji chlorofilu a mogą wskazywać na to, że 24 h hipoksja zaburza funkcje PS II oraz wywołuje wzrost rozpraszania energii wzbudzenia w postaci ciepła. Fluktuacje zawartości chlorofilu w gametoforach mchów, poddanych ograniczeniu dostępności tlenu, świadczą o różnych mechanizmach odpowiedzi fizjologicznej na zadany stres wśród badanych gatunków. Uszkodzenia membran komórkowych i zwiększony wypływ jonów z komórek, może świadczyć o tym, że hipoksja i reoksygenacja przyczyniają się do powstania ROS, co może indukować wzrost aktywności CAT w komórkach gametoforów mchów. Wykazana w pracy zwiększona ilość jabłczanu i cytrynianu w komórkach mchów może stanowić adaptację do warunków hipoksji.

Analiza wyników niniejszej pracy wskazuje na to, że zastosowane metody pomiarów wybranych parametrów fizjologicznych umożliwiają ocenę wpływu hipoksji na funkcjonowanie roślin oraz wykazanie różnic pomiędzy gatunkami w odpowiedzi na zadany stres abiotyczny. Odporność roślin na hipoksję zależy między innymi od zdolności do utrzymania homeostazy w czasie oddziaływania czynnika stresowego oraz uruchomienia mechanizmów metabolicznych umożliwiających adaptację do zaistniałych warunków stresowych środowiska.

Mosses are land plants pioneers, they often occur in sites characterized by environmental variability of factors such as availability of water, temperature and radiation. Therefore, they are exposed to environmental stress in greater extent than other plants. Different plant species vary in resistance, the ability to maintain the integrity, which is threatened by a potentially dangerous factors, external or internal in origin.nFor this reason, same strength factor, for some plants will be referred to as a stressor, but not for others. The impact of stress factors depends not only on the properties of the plant itself, but also on the age and stage of its development, duration of stress its intensity and pace of any changes.

The aim of the study was to determine the relation between the limitation of oxygen availability and physiological changes and metabolic in selected mosses species The study consisted of subjecting the plants to stress of hypoxia by flooding them with water for 24hrs, and then determining the level of intensity of photosynthesis and dark respiration, fluorescence parameters of chlorophyll a, chlorophyll concentration , ion flux from cells, citrate and malate content and CAT activity.

The choice of biological material was based on differences in the anatomy and morphology of leaves, as well as differences in habitat requirements between species used in the study of mosses. The experiments used the following species of mosses: Mnium affine, Polytrichum commune and Sphagnum magellanicum.

The results were statistically analyzed using the STATISTICA 9.0 computer program for Windows. The significance of test agent effect on the quantitative characteristics of plants was assessed by one-way analysis of variance (ANOVA/MANOWA) in the completely randomized setup.

In this study demonstrated that 24 hours of hypoxia stress reduces the rate of photosynthesis and dark respiration changes in mosses gametophores and the breathing process exhibits a much lower susceptibility to hypoxia stress than photosynthesis. The data obtained indicate that the detection and analysis of chlorophyll fluorescence parameters is a very good tool to test the reaction of photosynthesis under hypoxic stress, re-activation and changes in the chlorophyll fluorescence parameters may indicate that the stress of hypoxia impairs functions of PS II and induces an increase in dissipation of energy excitation in the form of heat. Fluctuations in chlorophyll content in mosses gametophores, subjected to limiting oxygen availability stress, indicate different mechanisms of physiological response among the species tested. Damage to the cell membrane and increased efflux from cells may indicate that the stress of hypoxia and reoxygenation contribute to the formation of ROS, which can induce an increase CAT activity in cells of mosses gametophores. Demonstrated in this work increase in both malate and citrate amounts may be a moss cells adaptation to hypoxia conditions.

This study results analysis indicates that use of the measurement methods of selected physiological parameters allows the assessment of the impact of hypoxia stress on the functioning of the plant and demonstrates the differences between species in response to a abiotic stress given. Resistance of plants to hypoxic stress depends inter alia on its ability to maintain homeostasis at the time of stress impact and launch of metabolic mechanisms enabling adaptation to environmental stress conditions that have occurred.