sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2024-8-2sibvest-1999Research ArticleРАСТЕНИЕВОДСТВО И СЕЛЕКЦИЯPLANT GROWING AND BREEDINGФлуоресценция хлорофилла в листьях проростков сортов пшеницы при совместном действии хлоридного засоления и инфицирования Bipolaris sorokinianaChlorophyll fluorescence in the leaves of wheat seedlings under the combined effect of chloride salinity and infection with Bipolaris sorokinianaГуроваТ. А.GurovaT. A.

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.

Научный сотрудник 

Новосибирская область, пос. Краснообск 

Natalia E. Chesnochenko, Researcher 

Krasnoobsk, Novosibirsk Region 

Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наукРоссияSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024230920245481425Copyright © Гурова Т.А., Чесноченко Н.Е., 20242024Гурова Т.А., Чесноченко Н.Е.Gurova T.A., Chesnochenko N.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibvest.elpub.ru/jour/article/view/1999

Представлены результаты исследований фотосинтетической активности проростков трех сортов яровой мягкой пшеницы и их адаптивных реакций на совместное действие инфицирования возбудителем обыкновенной корневой гнили злаков Bipolaris sorokiniana Shoem. (B. sorokiniana) и хлоридного засоления по параметрам флуоресценции хлорофилла (ФлХ). Проростки выращивали из инфицированных патогеном 3-суточных проросших семян на растворе хлорида натрия (опыт) и на водопроводной воде (контроль) в заданных климатических условиях. ФлХ регистрировали у 10, 12, 14 и 16-суточных проростков флуориметром Dual-PAM-100/F в режиме Slow Kinetics. Исследования проводили в 2022, 2023 гг. Подтверждена информативность параметров ФлХ Y(II), ETR, qP, Y(NPQ), qN и Y(NO) в качестве биомаркеров фотосинтетической активности и оценки устойчивости сортов к совместному действию B. sorokiniana и хлоридного засоления. Параметры Fv /F0 и Fv /Fm оказались менее чувствительными. Максимальные достоверные межсортовые различия (от 1,8 до 4,3 раза) выявлены по шести параметрам ФлХ. Наименьшие изменения параметров ФлХ относительно контроля были у более устойчивого сорта Сибирская 21 по сравнению с менее устойчивыми сортами Новосибирская 41 и Новосибирская 29. Cильное стрессовое состояние на 16-е сутки культивирования проростков сортов Новосибирская 29 и Новосибирская 41 привело к синхронному увеличению параметра нерегулируемого нефотохимического тушения ФлХ Y(NO) на 45,8 и 59,9% и к снижению параметров регулируемого фотохимического тушения Y(NPQ) и qN от 44,5 до 58,9% соответственно. Это указывает на снижение эффективности защитных регулирующих механизмов при фотосинтезе, что может служить диагностическим показателем при оценке стрессоустойчивости сортов. Сделан вывод о возможности применения параметров ФлХ для оценки фотосинтетической активности, выявления адаптивных компонент и фенотипирования сортов пшеницы по устойчивости при совместном действии B. sorokiniana и хлоридного засоления.

The results of the studies of photosynthetic activity of the seedlings of spring soft wheat three varieties and their adaptive responses to the combined effect of infection with the pathogen of common root rot of cereals Bipolaris sorokiniana Shoem. (B. sorokiniana) and chloride salinization on the parameters of chlorophyll fluorescence (ChlF) are presented. The seedlings were grown from pathogen-infected 3-day-old germinated seeds on sodium chloride solution (experiment) and on tap water (control) under specified climatic conditions. ChlF was recorded in 10, 12, 14, and 16-day-old seedlings using a Dual-PAM-100/F fluorimeter in a Slow Kinetics mode. The studies were carried out in 2022, 2023. The informativeness of the ChlF parameters Y(II), ETR, qP, Y(NPQ), qN and Y(NO) as biomarkers of photosynthetic activity and assessment of the resistance of the varieties to the combined effects of B. sorokiniana and chloride salinity was confirmed. The Fv /F0 and Fv /Fm parameters turned out to be less sensitive. The maximum significant intervarietal differences (from 1.8 to 4.3 times) were detected in six parameters of the ChlF. The smallest changes in ChlF parameters relative to the control were found in the more resistant variety Sibirskaya 21 compared to the less resistant varieties Novosibirskaya 41 and Novosibirskaya 29. Severe stress condition on the 16th day of cultivation of the Novosibirskaya 29 and Novosibirskaya 41 seedlings resulted in a synchronous increase in the parameter of unregulated non-photochemical quenching of ChlF Y(NO) by 45.8 and 59.9% and a decrease in the parameters of the regulated photochemical quenching Y(NPQ) and qN from 44.5 to 58.9%, respectively. This indicates a decrease in the efficiency of protective regulatory mechanisms during photosynthesis, which can serve as a diagnostic indicator in assessing the stress tolerance of varieties. It is concluded that it is possible to use ChlF parameters to assess photosynthetic activity, identify adaptive components and phenotyping of wheat varieties for resistance under the combined action of B. sorokiniana and chloride salinity.

пшеницасортустойчивостькомбинированный стрессфотосинтезпараметры флуоресценции хлорофиллаwheatvarietyresistancecombined stressphotosynthesischlorophyll fluorescence parametersReferencesMamrutha H.M., Khobra R., Sendhil R., Munjal R., Prasad S.V.S., Biradar S., Mavi G.S., Dhar T., Bahadur R., Bhagwan J.H., Prakash S., Singh H., Shukla R.S., Srivastava M., Singh C., Gosavi A.B., Salunke V.D., Dhyani V.C., Singh G.P. Developing stress intensity index and prioritizing hotspot locations for screening wheat genotypes under climate change scenario // Ecological Indicators. 2020. Vol. 118. P. 106714. DOI: 10.1016/jecolind.2020.106714.Mamrutha H.M., Khobra R., Sendhil R., Munjal R., Prasad S.V.S., Biradar S., Mavi G.S., Dhar T., Bahadur R., Bhagwan J.H., Prakash S., Singh H., Shukla R.S., Srivastava M., Singh C., Gosavi A.B., Salunke V.D., Dhyani V.C., Singh G.P. Developing stress intensity index and prioritizing hotspot locations for screening wheat genotypes under climate change scenario. Ecological Indicators, 2020, vol. 118, p. 106714. DOI: 10.1016/jecolind.2020.106714.Шешегова Т.К., Волкова Л.В., Щеклеина Л.М. Источники комплексной устойчивости яровой мягкой пшеницы из коллекции ВИР // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2023. Т. 16. № 2 (77). С. 49–58.Sheshegova T.K., Volkova L.V., Shchekleina L.M. Sources of complex resistance of spring soft wheat from the collection of the N.I. Vavilov All-Russian Research Institute of Plant Industry (VIR). Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Vestnik of Voronezh State Agrarian University, 2023, vol. 16, no. 2 (77), pp. 49–58. (In Russian).Le Gouis J., Oury F.-X., CharmetG.How changes in climate andagricultural practices influenced wheat production in Western Europe // Journal of Cereal Science. 2020. Vol. 93. P. 102960. DOI: 10.1016/j.jcs.2020.102960/.Le Gouis J., Oury F.-X., Charmet G. How changes in climate andagricultural practices influenced wheat production in Western Europe. Journal of Cereal Science, 2020, vol. 93, p. 102960. DOI: 10.1016/j.jcs.2020.102960/.Кононенко Н.В., Диловарова Т.А., Канавский Р.В., Лебедев С.В., Баранова Е.Н., Федореева Л.И. Оценка морфологических и биохимических параметров устойчивости различных генотипов пшеницы к хлоридному засолению // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2019. Т. 14. № 1. С. 18–39. DOI: 10.22363/2312-797Х-2019-14-1-18-39.Kononenko N.V., Dilovarova T.A., Kanavskii R.V., Lebedev S.V., Baranova E.N., Fedoreeva L.I. Evaluation of morphological and biochemical resistance parameters to chloride salination in different wheat genotypes. Vestnik Rossiiskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Agronomiya i zhivotnovodstvo = RUDN Journal of Agronomy and Animal Industries, 2019, vol. 14, no. 1, pp. 18–39. (In Russian). DOI: 10.22363/2312-797Kh-2019-14-1-18-39.Lama S., Leiva F., Vallenback P., Chawade A., Kuktaite R. Impacts of heat, drought, and combined heat-drought stress on yield, phenotypic traits, and gluten protein traits: capturing stability ofspring wheat in excessive environments // Frontieres Plant Science. 2023. Vol. 14. P. 1179701. DOI: 10.3389/fpls.2023.1179701.Lama S., Leiva F., Vallenback P., Chawade A., Kuktaite R. Impacts of heat, drought, and combined heat–drought stress on yield, phenotypic traits, and gluten protein traits: capturing stability ofspring wheat in excessive environments. Frontieres Plant Science, 2023, vol. 14, p. 1179701. DOI: 10.3389/fpls.2023.1179701.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).Холопцева Е.С., Венжик Ю.В. Раздельное и последовательное действие стресс-факторов разной природы на фотосинтетический аппарат пшеницы // Агрохимия. 2022. № 3. С. 59–68.Kholoptseva E.S., Venzhik Yu.V. Separate and consistent effect of stress factors of different nature on photosynthetic apparatus of wheat. Agrokhimiya = Eurasian Soil Science, 2022, no. 3, pp. 59–68. (In Russian).Romero J.M., Torres R., Ospina C.B., Diz V.E., Iriel A. Photochemistry and photophysics of biological systems: chlorophyll fluorescence and photosynthesis // Journal of Argentine Chemical Society. 2020. Vol. 107. Is. 2. P. 1–32.Romero J.M., Torres R., Ospina C.B., Diz V.E., Iriel A. Photochemistry and photophysics of biological systems: chlorophyll fluorescence and photosynthesis. Journal of Argentine Chemical Society. 2020, vol. 107, is. 2, pp. 1–32.Гурова Т.А., Свежинцева Е.А., Чесноченко Н.Е. Показатель проницаемости клеточных мембран проростков в оценке стрессоустойчивости сортов пшеницы // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2021. T. 51. № 3. С. 31–43. DOI: 10.26898/0370-8799-2021-3-4.Gurova T.A., Svezhintseva E.A., Chesnochenko N.E. The indicator of cell membrane permeability of wheat seedlings in assessing stress resistance of wheat varieties. Sibirskii vestnik sel'skokhozyaistvennoi nauki = Siberian Herald of Agricultural Science, 2021, vol. 51, no. 3, pp. 31–43. (In Russian). DOI: 10.26898/0370-8799-2021-3-4.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.Xiong Y., McCarthy C., Humpa J., Percy C. A review on common root rot of wheat and barley in Australia // Plant Pathology. 2023. Vol. 72. P. 1347–1364. DOI: 10.1111/ppa.13777.Xiong Y., McCarthy C., Humpa J., Percy C. A review on common root rot of wheat and barley in Australia. Plant Pathology, 2023, vol. 72, pp. 1347–1364. DOI: 10.1111/ppa.13777.Панкова Е.И., Горохова И.Н. Анализ сведений о площади засоленных почв России на конец XX и начало XXI веков // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2020. Т. 103. С. 5–33.Pankova E.I., Gorokhova I.N. Analysis of information about the alkaline soil areas in Russia at the end of the XX and beginning of the XXI centuries. Bulleten' Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva = Dokuchaev Soil Bulletin, 2020, vol. 103, pp. 5–33. (In Russian).Гурова Т.А., Чесноченко Н.Е. Флуоресцентная реакция проростков пшеницы на инфицирование Bipolaris sorokiniana // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2023. Т. 53. № 12. С. 23–34.Gurova T.A., Chesnochenko N.E. Fluorescent reaction of wheat seedlings when infected by Bipolaris sorokiniana. Sibirskii vestnik sel'skokhozyaistvennoi nauki = Siberian Herald of Agricultural Science, 2023, vol. 53, no. 12, pp. 23– 34. (In Russian).Saddiq M.S, Iqbal S., Hafeez M.B., Ibrahim A.M.H., Raza A., Fatima E.M., Baloch H., Jahanzaib, Woodr ow P., Ciarmiello L.F. Effect of Salinity Stress on Physiological Changes in Winter and Spring Wheat // Agronomy. 2021. Vol. 11 (6). 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, Woodr ow P., Ciarmiello L.F. Effect of Salinity Stress on Physiological Changes in Winter and Spring Wheat. Agronomy, 2021, vol. 11 (6), p. 1193. DOI: 10.3390/agronomy11061193/.Нестеренко Т.В., Тихомиров А.А., Шихов В.Н. Физиологический (интеграционный) подход при использовании параметров флуоресценции хлорофилла листьев растений // Физиология растений. 2022. Т. 69. № 3. С. 306–316.Nesterenko T.V., Tikhomirov A.A., Shikhov V.N. Physiological (integral) approach to the use of chlorophyll fluorescence parameters of plant leaves. Fiziologiya rastenii = Russian Journal of Plant Physiology, 2022, vol. 69, no. 3, pp. 306–316. (In Russian).Pérez-Bueno M.L, Pineda M., Barón M. Phenotyping Plant Responses to Biotic Stress by Chlorophyll Fluorescence Imaging // Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 10. 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. 10, p. 1135. DOI: 10.3389/fpls.2019.01135.Moustakas M., Guidi L., Calatayud A. Editorial: Chlorophyll fluorescence analysis in biotic and abiotic stress, volume II // Fronierest Plant Scitnce. 2022. Vol. 13. P. 1066865. DOI: 10.3389/fpls.2022.1066865.Moustakas M., Guidi L., Calatayud A. Editorial: Chlorophyll fluorescence analysis in biotic and abiotic stress, volume II. Fronieres Plant Scitnce, 2022, vol. 13, pp. 1066865. DOI: 10.3389/fpls.2022.1066865.Qian Xia, Jinglu Tan, Shengyang Cheng, Yongnian Jiang, Ya Guo. Sensing Plant Physiology and Environmental Stress by Automatically Tracking Fj and Fi Features in PSII Chlorophyll Fluorescence Induction // Photochemistry and Photobiology. 2019. Vol. 95. Is. 6. P. 1495–1503.Qian Xia, Jinglu Tan, Shengyang Cheng, Yongnian Jiang, Ya Guo. Sensing Plant Physiology and Environmental Stress by Automatically Tracking Fj and Fi Features in PSII Chlorophyll Fluorescence Induction. Photochemistry and Photobiology, 2019, vol. 95, is. 6, p. 1495–1503.Shanker A.K., Amirineni S., Bhanu D., Yadav S.K., Jyothilakshmi N., Vanaja M., Singh J., Sarkar B., Maheswari M., Singh V.K. High-resolution dissection of photosystem II electron transport reveals dierential response to water deficit and heat stress in isolation and combination in pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.] // Fronierest Plant Scitnce. 2022. Vol. 13. P. 892676. DOI: 10.3389/fpls.2022.89267.Shanker A.K., Amirineni S., Bhanu D., Yadav S.K., Jyothilakshmi N., Vanaja M., Singh J., Sarkar B., Maheswari M., Singh V.K. High-resolution dissection of photosystem II electron transport reveals dierential response to water deficit and heat stress in isolation and combination in pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.]. Fronieres Plant Scitnce, 2022, vol. 13, p. 892676. DOI: 10.3389/fpls.2022.89267.Pei You Ming, Rui Tian, Barbetti Martin J. Plant genotype and temperature impact simultaneous biotic and abiotic stress-related gene expression in Pythium-infected plants // Plant Pathology. 2020. Vol. 69. P. 655–668. DOI: 10.1111/ppa.13149.Pei You Ming, Rui Tian, Barbetti Martin J. Plant genotype and temperature impact simultaneous biotic and abiotic stress-related gene expression in Pythium-infected plants. Plant Pathology, 2020, vol. 69, p. 655–668. DOI: 10.1111/ppa.13149.Chatterjee A., Dey T., Galiba G., Kocsy G., Dey N., Kumar Kar R. Effect of combination of light and drought stress on physiology andoxidative metabolism of rice plants // Plant science today. 2021. Vol. 8 (4). P. 762–777.Chatterjee A., Dey T., Galiba G., Kocsy G., Dey N., Kumar Kar R. Effect of combination of light and drought stress on physiology andoxidative metabolism of rice plants. Plant science today, 2021, vol. 8 (4), pp. 762–777.Ribeiro D.G., Bezerra A.C.M., Santos I.R., Grynberg P., Fontes W., de Souza Castro M., de Sousa M.V., Lisei-de-Sá M.E., Grossi-de-Sá M.F., Franco O.L. Proteomic Insights of Cowpea Response to Combined Biotic and Abiotic Stresses // Plants. 2023. Vol. 12. P. 1900. DOI: 10.3390/plants12091900.Ribeiro D.G., Bezerra A.C.M., Santos I.R., Grynberg P., Fontes W., de Souza Castro M., de Sousa M.V., Lisei-de-Sá M.E., Grossi-de-Sá M.F., Franco O.L. Proteomic Insights of Cowpea Response to Combined Biotic and Abiotic Stresses. Plants, 2023, vol. 12, p. 1900. DOI: 10.3390/plants12091900.Garcia-Molina A., Pastor V. Systemic analysis of metabolome reconfiguration in Arabidopsis after abiotic stressors uncovers metabolites that modulate defense against pathogens // Plant Communications. 2024. Vol. 5. P. 100645.Garcia-Molina A., Pastor V. Systemic analysis of metabolome reconfiguration in Arabidopsis after abiotic stressors uncovers metabolites that modulate defense against pathogens. Plant Communications, 2024, vol. 5, p. 100645.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.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).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.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.Пшибытко Н.Л. Флуоресценция как индикатор состояния фотосинтетического аппарата растений в условиях абиотического стресса // Журнал прикладной спектроскопии. 2023. Т. 90. № 1. С. 67–73. DOI: 10.1007/s10812-023-01503-z.Pshibytko N.L. Non-Photochemical Quenching of Chlorophyll a Fluorescence as an Indicator of the State of a Plant Photosynthetic Apparatus under Abiotic Stress. Zhurnal prikladnoi spektroskopii = Journal of Applied Spectroscopy, 2023, vol. 90, no. 1, pp. 67–73. (In Russian). DOI: 10.1007/s10812-023-01503-z.Silveira P.R., Milagres P.O., Corrêa E.F., Aucique-pérez C.E., Wordell Filho J.A., Rodrigues F.A. Changes in leaf gas exchange, chlorophyll a fluorescence, and antioxidants in maize leaves infected by Exserohilum turcicum // Biologia Plantarum. 2019. Vol. 63. P. 643–653.Silveira P.R., Milagres P.O., Corrêa E.F., Aucique-pérez C.E., Wordell Filho J.A., Rodrigues F.A. Changes in leaf gas exchange, chlorophyll a fluorescence, and antioxidants in maize leaves infected by Exserohilum turcicum. Biologia Plantarum, 2019, vol. 63, pp. 643–653.

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