Генотипическая реакция ячменя на повышенное содержание кадмия в почве

   Представлены результаты сравнительной оценки на контрольном и провокационном почвенном фоне по кадмию сортов ярового ячменя (Hordeum vulgare L.), полученных различными методами. Всего изучено 10 сортов: Родник Прикамья, Новичок, Дина, Зазерский 85, Triumph, Tallon (гибридизация и отбор); Форвард, Бионик, Витрум (клеточная селекция); Памяти Дудина (мутагенез). Исследования проводили в 2021 г. в климатических условиях Кировской области. Семена растений каждого сорта высевали в вегетационные емкости, наполненные дерново-подзолистой почвой. Провокационный почвенный фон по кадмию (6,4 ± 0,5 мг/кг) создавали путем внесения в почву ацетата кадмия. Среднее значение урожайности сортов ячменя в контроле (почвенный фон без кадмия) составило 279 г/м², на провокационном фоне – 216 г/м². В условиях кадмиевого стресса урожайность гибридов снижалась по сравнению с контролем на 12,2 %, регенерантов – на 29,6, мутанта – на 42,4 %. Среди исследованных сортов стабильно высокую урожайность как на контрольном (334 г/м²), так и на кадмиевом фоне (263 г/м²) показал сорт Бионик, имеющий регенерантное происхождение. Продуктивная кустистость гибридных сортов ячменя на контрольном фоне варьировала от 2,8 до 4,1 шт., у регенерантов – от 3,4 до 4,8, сорта-мутанта – 4,3 шт. В условиях кадмиевого стресса продуктивная кустистость снижалась в среднем на 2,7 шт. – у гибридов, на 3,4 – у регенерантов, на 2,6 шт. – у мутанта. Бионик независимо от почвенного фона по сравнению с другими сортами имел наибольшую продуктивную кустистость. Значимых различий в содержании полифенолов в зерне исследуемых сортов на контрольном и провокационном почвенном фоне по кадмию не выявлено. В условиях кадмиевого стресса отмечено снижение содержания флавоноидов в зерне, а также накопление кадмия (0,29–0,92 мг/кг). Сорта гибридного происхождения в большей степени проявляли способность к накоплению кадмия в зерне.

1. Wang X., Cui W., Wang M., Liang Y., Liang Y., Zhu G., Jin T., Chen X. The association between life-time dietary cadmium intake from rice and chronic kidney // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2021. Vol. 211. P. 111933. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2021.111933.

2. Bracher C., Frossard E., Bigalke M., Imseng M., Mayer J., Wiggenhauser M. Tracing the fate of phosphorus fertilizer derived cadmium in soil-fertilizer-wheat systems using enriched stable isotope labeling // Environmental Pollution. 2021. Vol. 287. P. 117314. DOI: 10.1016/j.envpol.2021.117314.

3. McDowell R.W., Graya C.W. Do soil cadmium concentrations decline after phosphate fertiliser application is stopped: A comparison of long-term pasture trials in New Zealand? // Science of The Total Environment. 2022. Vol. 804. P. 150047. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.150047.

4. Широких И.Г., Шуплецова О.Н., Товстик Е.В., Огородникова С.Ю., Назарова Я.И., Березин Г.И. Комплексная оценка растений ячменя, полученных путем клеточной селекции на устойчивость к кадмию // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2018. № 4 (65). С. 19–29. DOI: 10.30766/2072-9081.2018.65.4.19-29.

5. Kruglova N.N., Seldimirova O.A., Zinatullina A.E. In vitro Callus as a Model System for the Study of Plant Stress-Resistance to Abiotic Factors (on the Example of Cereals) // Biology Bulletin Reviews. 2018. Vol. 8. P. 518–526. DOI: 10.1134/S2079086418060063.

6. Yang X.-J., Dang B., Fan M.-T. Free and Bound Phenolic Compound Content and Antioxidant Activity of Different Cultivated Blue Highland Barley Varieties from the Qinghai-Tibet Plateau // Molecules. 2018. Vol. 23 (4). P. 879. DOI: 10.3390/molecules23040879.

7. Irfan M., Dar M.I., Raghib F., Ahmad B., Raina A., Khan F.A., Naushin F. Role and regulation of plants phenolics in abiotic stress tolerance: an overview // In book: Plant Signaling Molecules. 2019. Ch. 9. Р. 157–168. DOI: 10.1016/B978-0-12-816451-8.00009-5.

8. Zhang by Y., Bai B., Yan Y., Liang J., Guan X. Bound Polyphenols from Red Quinoa Prevailed over Free Polyphenols in Reducing Postprandial Blood Glucose Rises by Inhibiting α-Glucosidase Activity and Starch Digestion // Nutrients. 2022. Vol. 14. Is. 4. Р. 728. DOI: 10.3390/nu14040728.

9. Gong K., Chen L., Li X., Linlin S., Liu K. Effects of germination combined with extrusion on the nutritional composition, functional properties and polyphenol profile and related in vitro hypoglycemic effect of whole grain corn // Journal of Cereal Science. 2018. Vol. 83. P. 1–8. DOI: 10.1016/j.jcs.2018.07.002.

10. Melotto M., Brandl M.T., Jacob C., Jay-Russell M.T., Micallef S.A., Warburton M.L., Van Deynze A. Breeding Crops for Enhanced Food Safety // Frontiers in Plant Science. 2020. Vol. 11. Р. 428. DOI: 10.3389/fpls.2020.00428.

11. Гераськин С.А., Дикарев А.В., Лыченкова М.А. Дифференциация сортов ячменя по устойчивости к кадмию сохраняется на протяжении всего жизненного цикла растений // Агрохимия. 2021. № 2. С. 78–85. DOI: 10.31857/S0002188121020071.

12. Kowalczewski P.Ł., Radzikowska D., Ivanišová E., Szwengiel A., Kačániová M., Sawinska Z. Influence of Abiotic Stress Factors on the Antioxidant Properties and Polyphenols Profile Composition of Green Barley (Hordeum vulgare L.) // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21 (2). P. 397. DOI: 10.3390/ijms21020397.

13. Полонский В.И., Лоскутов И.Г., Сумина А.В. Селекция на содержание антиоксидантов в зерне как перспективное направление для получения продуктов здорового питания // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. Т. 22. № 3. С. 343–352. DOI: 10.18699/VJ18.370.

14. Zhang L., García-Pérez P., Martinelli E., Giuberti G., Trevisan M., Lucini L. Different fractions from wheat flour provide distinctive phenolic profiles and different bioaccessibility of polyphenols following in vitro digestion // Food Chemistry. 2023. Vol. 404. P. 134540. DOI: 10.1016/j.foodchem.2022.134540.

15. Shen N., Wang T., Gan Q., Liu S., Wang L., Jin B. Plant flavonoids: Classification, distribution, biosynthesis, and antioxidant activity // Food Chemistry. 2022. Vol. 383. P. 132531. DOI: 10.1016/j.foodchem.2022.132531.