Флуоресценция хлорофилла в листьях проростков сортов пшеницы при совместном действии хлоридного засоления и инфицирования Bipolaris sorokiniana

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 F_v /F₀ и F_v /F_m 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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/.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Холопцева Е.С., Венжик Ю.В. Раздельное и последовательное действие стресс-факторов разной природы на фотосинтетический аппарат пшеницы // Агрохимия. 2022. № 3. С. 59–68.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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/.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. 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.