sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2023-12-3sibvest-1647Research ArticleРАСТЕНИЕВОДСТВО И СЕЛЕКЦИЯPLANT GROWING AND BREEDINGФлуоресцентная реакция проростков пшеницы при инфицировании Bipolaris sorokinianaFluorescent reaction of wheat seedlings when infected by Bipolaris sorokinianaГуроваТ. А.GurovaT. A.

Гурова Т.А., кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник

630501, Новосибирская область, р.п. Краснообск, а/я 463

Tamara A. Gurova, Candidate of Science in Agriculture, Lead Researcher 

PO Box 463, Krasnoobsk, Novosibirsk Region, 630501 

guro-tamara@yandex.ruЧесноченкоН. Е.ChesnochenkoN. E.

Чесноченко Н.Е., научный сотрудник 

630501, Новосибирская область, р.п. Краснообск, а/я 463

Natalia E. Chesnochenko, Researcher 

PO Box 463, Krasnoobsk, Novosibirsk Region, 630501 

Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наукРоссияSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20232712202353122334Copyright © Гурова Т.А., Чесноченко Н.Е., 20232023Гурова Т.А., Чесноченко Н.Е.Gurova T.A., Chesnochenko N.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibvest.elpub.ru/jour/article/view/1647

Представлены результаты исследований фотосинтетической активности проростков трех сортов яровой мягкой пшеницы, выращенных в регулируемых климатических условиях, и их реакции на инфицирование возбудителем обыкновенной корневой гнили злаков Bipolaris sorokiniana Shoem. по параметрам флуоресценции хлорофилла (ФлХ). ФлХ регистрировали флуориметром Dual-PAM-100/F в режиме записи медленной кинетики темновых индукционных кривых с импульсным анализом насыщения (Slow Kinetics). Исследования проводили в 2021, 2022 гг. Установлена сортовая специфика формирования адаптивных реакций 10–16-суточных проростков яровой пшеницы при инфицировании B. sorokiniana (5000 конидий на зерно) по посуточной динамике параметров ФлХ. Подтверждена информативность параметров ФлХ Y(II), ETR, qP, Fv/Fm, Fv/F0, Y(NPQ), qN и Y(NО) в качестве биомаркеров оценки устойчивости сортов к патогену на уровне фотосинтетического аппарата. Реакция более устойчивых сортов пшеницы Новосибирская 29 и Сибирская 21 на внедрение патогена оказалась менее выраженной по сравнению с менее устойчивым сортом Новосибирская 41. У более устойчивых сортов установлены наименьшие изменения параметров ФлХ относительно контроля. Наибольшие межсортовые различия при инфицировании B. sorokiniana (от 1,9 до 8,6 раза) проявлялись у 16-суточных проростков. Уровень фотосинтетической активности при формировании адаптивных реакций при патогенезе B. sorokiniana может служить критерием стрессоустойчивости, что позволит проводить комплексные исследования по моделированию системы растение – хозяин – патоген, оценивать первичные неспецифические реакции и адаптивные компоненты стрессоустойчивости сортов яровой пшеницы. 

Results of the studies of photosynthetic activity of seedlings of three varieties of spring soft wheat grown under controlled climatic conditions and their response to infection with the pathogen of common root rot of cereals Bipolaris sorokiniana Shoem. by chlorophyll fluorescence (ChlF) parameters are presented. Chlorophyll fluorescence was recorded with a Dual-PAM-100/F fluorimeter in the mode of recording slow kinetics of dark induction curves with pulse saturation analysis (Slow Kinetics). The studies were conducted in 2021, 2022. The varietal specificity of formation of adaptive reactions of 10–16-day-old spring wheat seedlings under infection with B. sorokiniana (5000 conidia per grain) according to the daily dynamics of the ChlF parameters was established. The information content of the ChlF parameters Y(II), ETR, qP, Fv/Fm, Fv/F0, Y(NPQ), qN and Y(NО) as biomarkers for assessing pathogen resistance of the varieties at the level of photosynthetic apparatus was confirmed. The response of the more resistant wheat varieties Novosibirskaya 29 and Sibirskaya 21 to the pathogen introduction was less pronounced compared to the less resistant variety Novosibirskaya 41. The more resistant varieties exhibited the smallest changes in the ChlF parameters relative to the control. The greatest inter-variety differences in infection with B. sorokiniana (from 1.9 to 8.6 times) were manifested in 16-day-old seedlings. The level of the photosynthetic activity in the formation of adaptive reactions during the pathogenesis of B. sorokiniana can serve as a criterion of stress resistance, which will make it possible to conduct complex studies on modeling the system plant – host – pathogen, to assess the primary nonspecific reactions and adaptive components of stress resistance of spring wheat varieties.

пшеницасортустойчивостьбиострессорфотосинтезпараметры флуоресценции хлорофиллаwheatvarietyresistancebiostressorphotosynthesischlorophyll fluorescence parametersReferencesRios J.A., Aucique-Pérez C.E., Debona D., Cruz Neto L.B.M., Rios V.S., Rodrigues F.A. Changes in leaf gas exchange, chlorophyll a fluorescence and antioxidant metabolism within wheat leaves infected by Bipolaris sorokiniana // Annals of Applied Biology. 2017. Vol. 170. Is. 2. P. 189–203. DOI: 10.1111/aab.12328.Rios J.A., Aucique-Pérez C.E., Debona D., Cruz Neto L.B.M., Rios V.S., Rodrigues F.A. Changes in leaf gas exchange, chlorophyll a fluorescence and antioxidant metabolism within wheat leaves infected by Bipolaris sorokiniana. Annals of Applied Biology, 2017, vol. 170, is. 2, pp. 189–203. DOI: 10.1111/aab.12328.Торопова Е.Ю., Соколов М.С. Роль сорта в контроле обыкновенной корневой гнили яровой пшеницы // Агрохимия. 2018. № 11. С. 48–59.Toropova E.Yu., Sokolov M.S. The role of the variety of spring wheat in root decay control. Agrokhimiya = Eurasian Soil Science, 2018, no. 11, pp. 48–59. (In Russian).Власенко Н.Г., Кулагин О.В., Егорычева М.Т., Иванова И.А. Влияние сорта и технологии возделывания на формирование фитосанитарной ситуации в посевах яровой пшеницы в лесостепи Приобья // Вестник защиты растений. 2018. № 2. С. 21–28.Vlasenko N.G., Kulagin O.V., Egorycheva M.T., Ivanova I.A. Effect of variety and cultivation technology on the formation of phytosanitary situation in crops of spring wheat in forest-steppe of the Ob River region. Vestnik zashchity rasteniim = Plant Protection News, 2018, no. 2, pp. 21–28. (In Russian).Разина А.А., Султанов Ф.С., Дятлова О.Г. Корневая гниль на новых сортах яровой пшеницы при разных сроках посева // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2020. Т. 50. № 2. С. 39–46. DOI: 10.26898/0370-8799-2020-2-5.Razina A.A., Sultanov F.S., Dyatlova O.G. Root rot in new cultivars of spring wheat depending on sowing dates. Sibirskii vestnik sel'skokhozyaistvennoi nauki = Siberian Herald of Agricultural Science, 2020, vol. 50, no. 2, pp. 39–46. (In Russian). DOI: 10.26898/0370-8799-2020-2-5.Торопова Е.Ю., Пискарев В.В., Сухомлинов В.Ю. Корневая гниль на сортах яровой пшеницы в северной лесостепи Приобья // Аграрная наука. 2019. № 1. С. 162–164. DOI: 10.32634/0869-8155-2019-326-1-162-165.Toropova E.Yu., Piskarev V.V., Sukhomlinov V.Yu. Root rot on spring wheat varieties in the Ob region northern forest-steppe. Agrarnaya nauka = Agrarian science, 2019, no. 1, pp. 162–164. (In Russian). DOI: 10.32634/0869-8155-2019-326-1-162-165.Ступко В.Ю., Зобова Н.В., Сидоров А.В. Гаевский Н.А. Перспективные способы оценки яровой мягкой пшеницы на чувствительность к эдафическим стрессам // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 10. С. 45–50.Stupko V.Yu., Zobova N.V., Sidorov A.V. Gaevskii N.A. Promising methods for assessing spring common wheat for sensitivity to edaphic stress. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC, 2019, vol. 33, no. 10, pp. 45–50. (In Russian).Spyroglou I., Rybka K., Rodriguez R.M., Stefański P., Valasevich N.M. Quantitative estimation of water status in field-grown wheat using beta mixed regression modelling based on fast chlorophyll fluorescence transients: A method for drought tolerance estimation // Journal of Agronomy and Crop Science. 2021. Vol. 207. Is. 4. P. 577–781.Spyroglou I.| Rybka K., Rodriguez R.M., Stefański P., Valasevich N.M. Quantitative estimation of water status in field-grown wheat using beta mixed regression modelling based on fast chlorophyll fluorescence transients: A method for drought tolerance estimation. Journal of Agronomy and Crop Science, 2021, vol. 207, is. 4, pp. 577–781.Kalaji H.M., Schansker G., Brestic M. Frequently asked questions about chlorophyll fluorescence, the sequel // Photosynthesis Research. 2017. Vol. 132. Is. 1. P. 13–66.Kalaji H.M., Schansker G., Brestic M. Frequently asked questions about chlorophyll fluorescence, the sequel. Photosynthesis Research, 2017, vol. 132, is. 1, pp. 13–66.Lyu H., Lazár D. Modeling the light-induced electric potential difference (ΔΨ), the pH difference (ΔpH) and the proton motive force across the thylakoid membrane in C3 leaves // Journal of Theoretical Biology. 2017. Vol. 413. P. 11–23.Lyu H., Lazár D. Modeling the light-induced electric potential difference (ΔΨ), the pH difference (ΔpH) and the proton motive force across the thylakoid membrane in C3 leaves. Journal of Theoretical Biology, 2017, vol. 413, pp. 11–23.Нестеренко Т.В., Шихов В.Н., Тихомиров А.А. Флуоресцентный метод определения реактивности фотосинтетического аппарата листьев растений // Журнал общей биологии. 2019. Т. 80. № 3. С. 187–199.Nesterenko T.V., Shikhov V.N., TikhomirovA.A. The fluorescence method for determiningof photosynthetic apparatus reactivity in plant leaves. Zhurnal obshchei biologii = Journal of General Biology, 2019, vol. 80, no. 3, pp. 187–199. (In Russian).Sherstneva O., Khlopkov A., Gromova E., Yudina L., Vetrova Ya., Pecherina A., Kuznetsova D., Krutova E., Sukhov V., Vodeneev V. Analysis of chlorophyll fluorescence parameters as predictors of biomass accumulation and tolerance to heat and drought stress of wheat (Triticum aestivum) plants // Functional Plant Biology. 2021. Vol. 49 (2). P. 155–169. DOI: 10.1071/FP21209.Sherstneva O., Khlopkov A., Gromova E., Yudina L., Vetrova Ya., Pecherina A., Kuznetsova D., Krutova E., Sukhov V., Vodeneev V. Analysis of chlorophyll fluorescence parameters as predictors of biomass accumulation and tolerance to heat and drought stress of wheat (Triticum aestivum) plants. Functional Plant Biology, 2021, vol. 49 (2), pp. 155–169. DOI: 10.1071/FP21209.Saddiq M.S., Iqbal S., Hafeez M.B., Ibrahim A.M.H., Raza A., Fatima E.M., Baloch H., Jahanzaib, Woodrow P., Ciarmiello L.F. Effect of Salinity Stress on Physiological Changes in Winter and Spring Wheat // Agronomy. 2021. Vol. 11. P. 1193. DOI: 10.3390/ agronomy11061193.Saddiq M.S., Iqbal S., Hafeez M.B., Ibrahim A.M.H., Raza A., Fatima E.M., Baloch H., Jahanzaib, Woodrow P., Ciarmiello L.F. Effect of Salinity Stress on Physiological Changes in Winter and Spring Wheat. Agronomy, 2021, vol. 11, p. 1193. DOI: 10.3390/ agronomy11061193.Todorova D., Aleksandrov V., Anev S., Sergiev I. Photosynthesis Alterations in Wheat Plants Induced by Herbicide, Soil Drought or Flooding // Agronomy. 2022. Vol. 12. P. 390. DOI: 10.3390/agronomy 12020390.Todorova D., Aleksandrov V., Anev S., Sergiev I. Photosynthesis Alterations in Wheat Plants Induced by Herbicide, Soil Drought or Flooding. Agronomy, 2022, vol. 12, p. 390. DOI: 10.3390/agronomy 12020390.Saja D., Janeczko A., Barna B., Skoczowski A., Ziurka M., Kornaś A., Gullner G. Powdery Mildew-Induced Hormonal and Photosynthetic Changes in Barley Near Isogenic Lines Carrying Various Resistant Genes // Intеrnational Jornal Molecular Sciences. 2020. Vol. 21. Is. 12. P. 4536. DOI: 10.3390/ijms21124536.Saja D., Janeczko A., Barna B., Skoczowski A., Ziurka M., Kornaś A., Gullner G. Powdery Mildew-Induced Hormonal and Photosynthetic Changes in Barley Near Isogenic Lines Carrying Various Resistant Genes. International Journal Molecular Sciences, 2020, vol. 21, is. 12, p. 4536. DOI: 10.3390/ijms21124536.Nesterenko T.V., Shikhov V.N., Tikhomirov A.A. Estimation of changes in the activity of photosynthetic apparatus of plant leaves based on half-time of fluorescence intensity decrease // Photosynthetica. 2019. Vol. 57. N 1. P. 132–136.Nesterenko T.V., Shikhov V.N., TikhomirovA.A. Estimation of changes in the activity of photosynthetic apparatus of plant leaves based on half-time of fluorescence intensity decrease. Photosynthetica, 2019, vol. 57, no. 1, pp. 132–136.Тимофеев Н.П., Маторин Д.Н., Глинушкин А.П. Индукция флуоресценции хлорофилла у зараженной корневой гнилью озимой пшеницы // Естественные и технические науки. 2017. № 3 (105). С. 17–19.Timofeev N.P., Matorin D.N., Glinushkin A.P. Induction of chlorophyll fluorescence in winter wheat infected with root rot. Estestvennye i tekhnicheskie nauki = Natural and technical sciences, 2017, no. 3 (105), pp. 17–19. (In Russian).Маторин Д.Н., Тимофеев Н.П., Глинушкин А.П. Исследование влияния грибковой инфекции Bipolaris sorokoniana на световые реакции фотосинтеза пшеницы с использованием флуоресцентного метода // Вестник Московского университета. Сер. 16. Биология. 2018. № 4. С. 247–253.Matorin D.N., Timofeev N.P., Glinushkin A.P. Application of the fluorescence method for investigating the influence of root rot pathogen Bipolaris sorokiniana on photosynthetic light reactions in wheat plants. Vestnik Moskovskogo universiteta = Herald of Moscow University. Series. 16. Biology, 2018, no. 4, pp. 247–253. (In Russian).Гурова Т.А., Свежинцева Е.А., Чесноченко Н.Е. Адаптация сортов пшеницы при гипертермии, хлоридном засолении и инфицировании Bipolaris sorokiniana Shoem. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2020. Т. 50. № 6. С. 12–25. DOI: 10.26898/0370-8799-2020-6-2.Gurova T.A., Svezhintseva E.A., Chesnochenko N.E. Adaptation of wheat varieties to hyperthermia, chloride salinity and Bipolaris sorokiniana Shoem. infection. Sibirskii vestnik sel'skokhozyaistvennoi nauki = Siberian Herald of Agricultural Science, 2020, vol. 50, no. 6, pp. 12–25. (In Russian). DOI: 10.26898/0370-8799-2020-6-2.Oláh V., Hepp A., Irfan M., Mészáros I. Chlorophyll Fluorescence Imaging-Based Duckweed Phenotyping to Assess Acute Phytotoxic Effects // Plants 2021. Vol. 10 (12). P. 2763. DOI: 10.3390/plants10122763.Oláh V., Hepp A., Irfan M., Mészáros I. Chlorophyll Fluorescence Imaging-Based Duckweed Phenotyping to Assess Acute Phytotoxic Effects. Plants, 2021, vol. 10 (12), p. 2763. DOI: 10.3390/plants10122763.Гурова Т.А., Чесноченко Н.Е. Флуоресценция хлорофилла листьев пшеницы при инфицировании Bipolaris sorokiniana, хлоридном засолении и гипертермии семян // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2022. Т. 52. № 6. С. 12–28. DOI: 10.26898/0370-8799-2022-6-2.Gurova T.A., Chesnochenko N.E. Chlorophyll fluorescence of wheat leaves when infected with Bipolaris sorokiniana, chloride salinity, and seed hyperthermia. Sibirskii vestnik sel'skokhozyaistvennoi nauki = Siberian Herald of Agricultural Science, 2022, vol. 52, no. 6, pp. 12–28. (In Russian). DOI: 10.26898/0370-8799-2022-6-2.Pérez-Bueno M.-L., Pineda M., Barón M. Phenotyping Plant Responses to Biotic Stress by Chlorophyll Fluorescence Imaging // Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 43. P. 1135. DOI: 10.3389/fpls.2019.01135.Pérez-Bueno M.-L., Pineda M., Barón M. Phenotyping Plant Responses to Biotic Stress by Chlorophyll Fluorescence Imaging. Frontiers in Plant Science, 2019, vol. 43, p. 1135. DOI: 10.3389/fpls.2019.01135.Katanić Z., Mlinarić S., Katanić N., Ćosić J., Španić V. Photosynthetic Efficiency in Flag Leaves and Ears of Winter Wheat during Fusarium Head Blight Infection // Agronomy. 2021. Vol. 11 (12). P. 2415. DOI: 10.3390/agronomy11122415.Katanić Z., Mlinarić S., Katanić N., Ćosić J., Španić V. Photosynthetic Efficiency in Flag Leaves and Ears of Winter Wheat during Fusarium Head Blight Infection. Agronomy, 2021, vol. 11 (12), p. 2415. DOI: 10.3390/agronomy11122415.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.