sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2025-2-1sibvest-2192Research ArticleРАСТЕНИЕВОДСТВО И СЕЛЕКЦИЯPLANT GROWING AND BREEDINGФотосинтетическая активность листьев и продуктивность раннеспелого гибрида кукурузы Дорка в условиях Северного НечерноземьяPhotosynthetic activity of the leaves and productivity of the early-maturing corn hybrid Dorka in the conditions of the northern Non-Chernozem Zonehttps://orcid.org/0000-0002-7993-9541ГоловкоТ. К.GolovkoT. K.

главный научный сотрудник, доктор биологических наук, профессор

167982, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28

Head Researcher, Doctor of Science in Biology, Professor

28, Kommunisticheskaya St., Syktyvkar, 167982

https://orcid.org/0000-0002-1147-2746ТабаленковаГ. Н.TabalenkovaG. N.

ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук, доцент

Сыктывкар

Lead Researcher, Doctor of Science in Biology, Associate Professor

Syktyvkar

https://orcid.org/0000-0001-6716-6118МалышевР. В.MalyshevR. V.

научный сотрудник, кандидат биологических наук

Сыктывкар

Ruslan V. Malyshev, Researcher, Candidate of Science in Biology

Syktyvkar

https://orcid.org/0000-0002-9632-3431СилинаЕ. В.SilinaE. V.

младший научный сотрудник, кандидат биологических наук

Сыктывкар

Ekaterina V. Silina, Junior Researcher, Candidate of Science in Biology

Syktyvkar

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Biology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202508092025552513Copyright © Головко Т.К., Табаленкова Г.Н., Малышев Р.В., Силина Е.В., 20252025Головко Т.К., Табаленкова Г.Н., Малышев Р.В., Силина Е.В.Golovko T.K., Tabalenkova G.N., Malyshev R.V., Silina E.V.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/2192

Работа посвящена изучению фотосинтетической активности и последействия низкой положительной температуры на СО2-газообмен листьев в связи с продуктивностью раннеспелого гибрида кукурузы Дорка в центральном агроклиматическом районе Республики Коми (61°40′ с. ш. 50°49′ в. д.). Опыты проводили в типичный по погодным условиям сезон вегетации на участке со среднеокультуренной подзолистой почвой. Семена высевали в середине июня ручным способом в гряды. К уборке (I декада сентября) сырая масса надземной части растений составляла около 690 г. Основная часть биомассы (около 80%) была представлена стеблями с влагалищами листьев, початки отсутствовали. Средняя за три года урожайность зеленой массы составила 355 ц/га. Установлено, что независимо от возраста растений фотосинтетическая активность листьев возрастает с увеличением освещенности. При интенсивности фотосинтетически активной радиации, близкой к полной солнечной, и температуре 20 оС скорость нетто-фотосинтеза листьев верхнего яруса молодых растений кукурузы составляла около 14 мкмоль СО2/м2с, у зрелых растений этот показатель не превышал 8 мкмоль СО2/м2с. Выдерживание молодых растений (фаза 4–5 листьев) в холодной камере при 6 ºС в течение 7 ч слабо влияло на фотосинтез, но снижало дыхание листьев. Увеличение экспозиции до 12 ч привело к развитию признаков окислительного стресса и подавлению ассимиляции на 40%. Полученные данные дополняют эколого-биологическую характеристику изучаемого гибрида кукурузы. Результаты исследований показывают, что сравнительно низкая ассимиляционная активность и чувствительность СО2-газообмена к снижению температуры ограничивают реализацию фотосинтетического потенциала продуктивности гибрида кукурузы Дорка в холодном климате. 

The paper is devoted to the study of photosynthetic activity and aftereffect of low positive temperature on CO2-gas exchange of the leaves in connection with the productivity of early maturing corn hybrid Dorka in the central agroclimatic region of the Komi Republic (61°40′ N, 50°49′ E). The experiments were conducted in a typical growing season in a plot with a medium-cultivated podzolic soil. The seeds were sown in mid-June by hand in the ridges. By harvesting (I ten-day period of September), the raw weight of the above-ground part of the plants was about 690 g. The main part of the biomass (about 80%) was represented by stems with leaf sheaths, the cobs were absent. The three-year average yield of the green mass amounted to 355 c/ha. It was found that regardless of the age of the plants photosynthetic activity of the leaves increases with increasing illumination. At the intensity of photosynthetically active radiation close to full solar radiation and temperature 20 oC, the net photosynthesis rate of the upper tier leaves of young corn plants was about 14 μmol CO2/m2s, in mature plants this index did not exceed 8 μmol CO2/m2s. Keeping young plants (phase of 4–5 leaves) in a cold chamber at 6 ºC for 7 h had little effect on photosynthesis, but reduced leaf respiration. Increasing the exposure to 12 h resulted in the development of the signs of oxidative stress and suppression of assimilation by 40%. The obtained data complete the ecological and biological characterization of the studied corn hybrid. The results of the research show that relatively low assimilatory activity and sensitivity of CO2 gas exchange to temperature decrease restrain the realization of photosynthetic productivity potential of corn hybrid Dorka in cold climate.

СО2-газообментемператураокислительный стресспродуктивностькукурузахолодный климатCO2-gas exchangetemperatureoxidative stressproductivitycorncold climаteThe work was carried out within the framework of the theme of state-funded Research and Technological Development "Photosynthesis, respiration and bio-energetics of plants and phototrophic organisms (physiological, biochemical, molecular-genetic and environmental aspects)" (No. 122040600021-4).ReferencesLiu D., Jia Q., Li J., Zhang P., Ren X., Jia Z. Increased photosynthesis and grain yields in maize grown with less irrigation water combined with density adjustment in semiarid regions // Peer Journal. 2020. Vol. 8. P. e9959. DOI: 10.7717/peerj.9959.Liu D., Jia Q., Li J., Zhang P., Ren X., Jia Z. Increased photosynthesis and grain yields in maize grown with less irrigation water combined with density adjustment in semiarid regions. Peer Journal, 2020, vol. 8, р. e9959. DOI: 10.7717/ peerj.9959.Ahmad M.I., Shah A.N., Sun J., Song Y. Comparative study on leaf gas exchange, growth, grain yield, and water use efficiency under irrigation regimes for two maize hybrids // Agriculture. 2020. Vol. 10. N 9. P. 369. DOI: 10.3390/agriculture10090369.Ahmad M.I., Shah A.N., Sun J., Song Y. Comparative study on leaf gas exchange, growth, grain yield, and water use efficiency under irrigation regimes for two maize hybrids. Agriculture, 2020, vol. 10, no. 9, p. 369. DOI: 10.3390/ agriculture10090369.Дёмин Е.А., Ерёмина Д.В. Влияние минеральных удобрений и сроков посева на урожайность зеленой массы кукурузы в лесостепной зоне Зауралья // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2020. № 10. C. 27–33. DOI: 10.36718/1819-4036-2020-10-27-33.Demin E.A., Eremina D.V. The influence of mineral fertilizers and sowing terms on the yield of green mass of corn in the forest-steppe zone of the Trans-Urals. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta = Bulletin of the Krasnoyarsk State Agrarian University, 2020, no. 10, pp. 27–33. (In Russian). DOI: 10.36718/1819-4036-2020-10-27-33.Головко Т.К., Далькэ И.В., Шморгунов Г.Т., Триандафилов А.Ф., Тулинов А.Г. Рост растений и продуктивность кукурузы в холодном климате // Российская сельскохозяйственная наука. 2019. № 2. С. 19–23. DOI: 10.31857/ S2500-26272019219-23.Golovko T.K., Dal’ke I.V., Shmorgunov G.T., Triandafilov A.F., Tulinov A.G. Growth of plants and productivity of corn in cold climate. Rossiyskaya sel’skokhoziaystvennaya nauka = Russian Agricultural Sciences, 2019, no. 2, pp. 19–23. (In Russian). DOI: 10.31857/S250026272019219-23.Табаленкова Г.Н., Силина Е.В., Дымова О.В., Далькэ И.В., Головко Т.К. Формирование урожая и качество зеленой массы кукурузы в условиях центрального агроклиматического района Республики Коми // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021. Т. 22. № 5. C. 689–697. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.5.689697.Tabalenkova G.N., Silina E.V., Dymova O.V., Dal’ke I.V., Golovko T.K. Crop formation and green mass quality of maize under the conditions of central agroclimatic region of Komi Republic. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East, 2021, vol. 22, no. 5, pp. 689–697. (In Russian). DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.5.689-697.Табаленкова Г.Н., Дымова О.В., Головко Т.К. Продуктивность и состав биомассы кукурузы в условиях центрального агроклиматического района Республики Коми // Аграрный вестник Урала. 2020. № 03 (194). C. 57–65. DOI: 10.32417/1997-4868-2020-194-3-57-65.Tabalenkova G.N., Dymova O.V., Golovko T.K. Productivity and composition of maize biomass in the central agroclimatic region of the Komi Republic. Agrarniy vestnik Urala = Agrarian Bulletin of the Urals, 2020, no. 03 (194), pp. 57–65. (In Russian). DOI: 10.32417/19974868-2020-194-3-57-65.Heying L., Zhiqiang R., Noor H. Genome-wide association functional studies (GWAFS) of candidate genes for germination-related traits of low temperature tolerance in maize (Zea mays L.) // Journal of Food and Nutrition Research. 2024. Vol. 12. N 5. P. 318–326. DOI: 10.12691/jfnr-12-5-11.Heying L., Zhiqiang R., Noor H. Genome-wide association functional studies (GWAFS) of candidate genes for germination-related traits of low temperature tolerance in maize (Zea mays L.). Journal of Food and Nutrition Research, 2024, vol. 12, no. 5, pp. 318–326. DOI: 10.12691/jfnr-12-5-11.Grzybowski M., Adamczyk J., Jończyk M., Sobkowiak A., Szczepanik J., Frankiewicz K., Fronk J., Sowiński P. Increased photosensitivity at early growth as possible mechanism of maize adaptation to cold springs // Journal of Experimental Botany. 2019. Vol. 70. N 10. P. 2887–2904. DOI: 10.1093/jxb/erz096.Grzybowski M., Adamczyk J., Jończyk M., Sobkowiak A., Szczepanik J., Frankiewicz K., Fronk J., Sowiński P. Increased photosensitivity at early growth as possible mechanism of maize adaptation to cold springs. Journal of Experimental Botany, 2019, vol. 70, no. 10, pp. 2887– 2904. DOI: 10.1093/jxb/erz096.Ding Y., Shi Y., Yang S. Advances and challenges in uncovering cold tolerance regulatory mechanisms in plants // New Phytologist. 2019. Vol. 222. P. 1690–1704. DOI: 10.1111/ nph.15696.Ding Y., Shi Y., Yang S. Advances and challenges in uncovering cold tolerance regulatory mechanisms in plants. New Phytologist, 2019, vol. 222, pp. 1690–1704. DOI: 10.1111/nph.15696.Zeng R., Li Z., Shi Y., Fu D., Yin P., Cheng J., Jiang C., Yang S. Natural variation in a type-A response regulator confers maize chilling tolerance // Nature Communications. 2021. Vol. 12. Р. 4713. DOI: 10.1038/s41467-02125001-y.Zeng R., Li Z., Shi Y., Fu D., Yin P., Cheng J., Jiang C., Yang S. Natural variation in a type-A response regulator confers maize chilling tolerance. Nature Communications, 2021, vol. 12, р. 4713. DOI: 10.1038/s41467-021-25001-y.Yu T., Zhang J., Cao J., Cai Q., Li X., Sun Y., Li S., Li Y., Hu G., Cao S., Liu C., Wang G., Wang L. Leaf transcriptomic response mediated by cold stress in two maize inbred lines with contrasting tolerance levels // Genomics. 2021. Vol. 113. P. 782–794. DOI: 10.1016/j.ygeno.2021.01.018.Yu T., Zhang J., Cao J., Cai Q., Li X., Sun Y., Li S., Li Y., Hu G., Cao S., Liu C., Wang G., Wang L. Leaf transcriptomic response mediated by cold stress in two maize inbred lines with contrasting tolerance levels. Genomics, 2021, vol. 113, pp. 782–794. DOI: 10.1016/j. ygeno.2021.01.018.Hussain H.A., Shengnan M., Hussain S., Ashraf U., Zhang Q., Anjum S.A., Ali I., Wang L. Individual and concurrent effects of drought and chilling stresses on morpho-physiological characteristics and oxidative metabolism of maize cultivars // bioRxiv. 2019. Р. 829309. DOI: 10.1101/829309.Hussain H.A., Shengnan M., Hussain S., Ashraf U., Zhang Q., Anjum S.A., Ali I., Wang L. Individual and concurrent effects of drought and chilling stresses on morpho-physiological characteristics and oxidative metabolism of maize cultivars. bioRxiv, 2019, р. 829309. DOI: 10.1101/829309.Zhou X., Muhammad I., Lan H., Xia C. Recent advances in the analysis of cold tolerance in maize // Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13. Р. 866034. DOI: 10.3389/fpls.2022.866034.Zhou X., Muhammad I., Lan H., Xia C. Recent advances in the analysis of cold tolerance in maize. Frontiers in Plant Science, 2022, vol. 13, p. 866034. DOI: 10.3389/fpls.2022.866034.Waqas M.A., Wang X., Zafar S.A., Noor M.A., Hussain H.A., Azher Nawaz M., Farooq M. Thermal stresses in maize: Effects and management strategies // Plants. 2021. Vol. 10. Р. 293. DOI: 10.3390/plants10020293.Waqas M.A., Wang X., Zafar S.A., Noor M.A., Hussain H.A., Azher Nawaz M., Farooq M. Thermal stresses in maize: Effects and management strategies. Plants, 2021, vol. 10, p. 293. DOI: 10.3390/plants10020293.Meng A., Wen D., Zhang C., Maize S. Germination under low-temperature stress impacts seedling growth under normal temperature by modulating photosynthesis and antioxidant metabolism // Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13. Р. 843033. DOI: 10.3389/fpls.2022.843033.Meng A., Wen D., Zhang C., Maize S. Germination under low-temperature stress impacts seedling growth under normal temperature by modulating photosynthesis and antioxidant metabolism. Frontiers in Plant Science, 2022, vol. 13, p. 843033. DOI: 10.3389/ fpls.2022.843033.Unc A., Altdorff D., Abakumov E., Adl S., Baldursson S., Bechtold M., Cattani D.J., Firbank L.G., Grand S., Guðjónsdóttir M., Kallenbach C., Kedir A.J., Li P., McKenzie D.B., Misra D., Nagano H., Neher D.A., Niemi J., Oelbermann M., Overgаrd Lehmann J., Parsons D., Quideau S., Sharkhuu A., Smreczak B., Sorvali J., Vallotton J.D., Whalen J.K., Young E.H., Zhang M., Borchard N. Expansion of agriculture in northern cold-climate regions: a cross-sectoral perspective on opportunities and challenges // Frontiers Sustainable. Food Systems. 2021. Vol. 5. Р. 663448. DOI: 10.3389/fsufs.2021.663448.Unc A., Altdorff D., Abakumov E., Adl S., Baldursson S., Bechtold M., Cattani D.J., Firbank L.G., Grand S., Guðjónsdóttir M., Kallenbach C., Kedir A.J., Li P., McKenzie D.B., Misra D., Nagano H., Neher D.A., Niemi J., Oelbermann M., Overgard Lehmann J., Parsons D., Quideau S., Sharkhuu A., Smreczak B., Sorvali J., Vallotton J.D., Whalen J.K., Young E.H., Zhang M., Borchard N. Expansion of agriculture in northern cold-climate regions: a cross-sectoral perspective on opportunities and challenges. Frontiers Sustainable. Food Systems, 2021, vol. 5, p. 663448. DOI: 10.3389/ fsufs.2021.663448.

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