ПРОБЛЕМА СОПРЯЖЕННОЙ СТРЕССОУСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КЛИМАТА В СИБИРИ

На основе литературных данных проанализировано состояние проблемы сопряженной (комбинированной) стрессоустойчивости растений при изменении климата в Сибири. Отмечено, что по результатам исследований Росгидромета Российской Федерации и мониторинга климата Всемирной метеорологической организации региональные изменения климата в России более существенны, чем в других регионах мира и имеют ярко выраженный характер. Последствия изменения климата оказывают наиболее существенное влияние именно на сельское хозяйство, которое в значительной степени зависит от погодных и климатических условий. В растениеводстве к числу адаптационных мер можно отнести повышение стрессоустойчивости растений за счет изменения видового состава возделываемых растений, новых сортов, технологий, средств защиты и других мер. Показано, что в связи с изменением климата возникает необходимость разработки регионально-ландшафтных комплексных программ, моделирование совместного действия стрессоров в лабораторных условиях с учетом повышения стресс-толерантности в полевых условиях. Рассмотрены наиболее интенсивные по повреждающему действию на продуктивность сельскохозяйственных культур комбинации стрессоров. Различные комбинации стрессоров требуют от организма растений новых типов ответных реакций, которые реализуются на молекулярном, клеточном и организменном уровне. Акцентировано внимание на необходимости использования инновационных подходов, учитывающих информацию о микробном сообществе того или иного места обитания (метагеномные технологии), использование современных молекулярно-биологических методов, основанных на применении транскриптомного, метаболомного, протеомного анализа растений.

1. World Meteorological Organization. – WMO, 2017. – № 1189 – [Электронный ресурс]: http://www.wmo.int/pages/themes/WMOclimatechange en.html

2. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2016 год. – М.: Росгидромет, 2017. – 70 с.

3. Стратегический прогноз изменений климата Российской Федерации на период до 2010-2015 гг. и их влияния на отрасли экономики России. – М.: Росгидромет, 2005. – 28 с.

4. Парамонов В.В., Земцев В.А., Копысов С. Г. Климат Западной Сибири в фазу замедления потепления (1986–2015 гг.) и прогнозирование гидроклиматических ресурсов на 2021–2030 гг. // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг ресурсов. – 2017. – Т. 328, № 1. – С. 62–74.

5. Приручить погоду. Глобальное потепление наносит урон аграриям // Агротехника и технология. – 2017. – № 5. – [Электронный ресурс]: http://www.agroinvestor.ru/regions/article/28577-nebesnye-syurprizy/.

6. Кокорин А.О. Изменение климата: обзор Пятого оценочного доклада МГЭИК. – М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2014. – 80 с.

7. Изменение климата Сибири. – [Электронный ресурс]: http://3rm.info/interesnoe/58094-izmenenie-klimata-sibiri.html

8. Ганс Селье. Очерки об адаптационном синдроме. – М.: МЕДГИЗ, 1960. – 253 с.

9. Селье Г. На уровне целого организма. – М.: Наука, 1972. – 122 с.

10. Веселова Т.В., Веселовский В.А., Чернавский Д.С. Стресс у растений (биофизический подход). – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993. – 144 с.

11. Пятыгин С.С. Стресс у растений: физиологический подход // Журн. общей биологии. – 2008. – Т. 69, № 4. – С. 294–298.

12. Растение и стресс (курс лекций). – ГОУ ВПО «Уральский ГУ». – Екатеринбург, 2008. – 40 с.

13. Генкель П.А. О сопряженной и конвергентной устойчивости растений // Физиология растений. – 1979. – Т. 26, вып. 5. – С. 921– 929.

14. Suzuki N., Rivero R.M., Shulaev V., Blumwald E., Mittler R. Abiotic and biotic stress combinations // New Phytologist. – 2014. – Vol. 203, N 1. – P. 32–43.

15. Kuznetsov Vl.V., Rakitin V.Yu., Borisova N. N., Rotscchupkin B.V. Why does heat shock increase salt resistance in cccotton plants? // Plant Physiol. Biochem. – 1993. – Vol. 31, N 2. – P. 181–188.

16. Kuznetsov Vl.V., Rakitin V.Yu., Zholkevich V.N. Effects of preliminary heatshock treatment on accumulation of osmolytes and drought resistance in cotton plants during water defi ciency // Physiologia Plantarum. – 1999. – Vol. 107, N 4. – P. 399–406.

17. Тоайма В.И., Радюкина Н.Л., Дмитриева Г.А., Кузнецов Вл.В. Участие антиоксидантной защитной системы базилика в кросс-адаптации при комплексном действии УФ-В и засоления // Вестник РУДН, серия Агрономия и животноводство. – 2010. – № 3. – С. 34–40.

18. Норкулов Н.Х., Давлятназарова З.Б., Шукурова М.Х., Ашуров С.Х., Файзиева С.А., Алиев К.А. Влияние теплового шока и последующей почвенной засухи на активность окислительных систем растений картофеля // Известия академии наук Республики Таджикистан, отделение биологических и медицинских наук. – 2014. – № 4 (188). – С. 29–35.

19. Yongbo Wu, Bo Ye. Effects of combined elevated temperature and drought stress on anti-oxidative enzyme activities and reactive oxygen species metabolism of Broussonetia papyrifera seedlings // Shengtai xuebao. – 2016. – Vol. 36, N 2. – P. 403–410.

20. Ptazek A., Hura K., Zur I., Nimczyk E. Relationship between frost tolerance and coldinduced resistance of spring barley, meadow fescue and winter oilseed rape to fungal pathogens // J. Agron and Grop Sci. – 2003. – Vol. 189, N 5. – P. 333–340.

21. Chang Hong-jun, Qin Yu-qian. Влияние стрессов NaCl и засухи на качество и флуоресценцию хлорофилла мятлика лугового // Acta Bot.boreali-occidenl. Sin. – 2008. – Т. 28, № 9. – С. 1850–1855.

22. Kissoudis C., Chowdhury R., Van Heusden S., Van de Wiel C., Finkers R., Visser R. G., Bai Y., Van der Linden G. Combined biotic and abiotic stress resistance in tomato // Euphytica. – 2015. – Vol. 202, N 2. – P. 317– 332. DOI 10.1007/s10681–015–1363–x

23. Гурова Т.А., Луговская О.С., Свежинцева Е.А. Влияние совместного действия обыкновенной корневой гнили и хлоридного засоления на проростки сортов пшеницы // Успехи современной науки. – 2017. – Т. 2, № 4. – С. 157–159.

24. Кузнецов В.В. Индуцибельные системы и их роль в адаптации растений к стрессорным факторам: автореф. дис…. д-ра биол. наук в форме научного доклада. – Кишинев. – 1992. – 74 с.

25. Карпун Н.Н., Янушевская Э.Б., Михайлова Е.В. Механизмы формирования неспецифического индуцированного иммунитета у растений при биогенном стрессе // Сельскохозяйственная биология. – 2015. – Т. 50, № 5. – С. 540–549.

26. Кузнецов В.В. Общие системы устойчивости и трансдукция стрессорного сигнала при адаптации растений к абиотическим факторам // Вестн. Нижегородского ун-та. – 2001. – Т. 48, № 5 – С. 65–69.

27. Медведев С.С. Физиология растений: Учебник. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. – 336 с.

28. Kreslavski V.D., Allakhverdiev S.I., Los D. A., Kuznetsov V.V. Signaling role of reactive oxygen species in plants under stress Signalingrole of reactive oxygen species in plants under stress // Russian Journal of Plant Physiology. – 2012. – Т. 59, № 2. – С. 141–154.

29. Kashevarov N.I., Osipova G.M., Tyuryukov A.G., Filippova N.I. Investigation of the characteristics of smooth bromegrass (Bromopsis inermis Leys) biological traits for cultivation under extreme environmental conditions // Russian Agricultural Sciences. – 2015. – Vol. 41, № 1. – P. 14–17.

30. Mittler R., Blumwald E. Genetic engineering for modern agriculture: challenges and perspectives // The annual Review of Plant Biology. – 2010. – Vol. 61. – P. 443–462.

31. Методические положения ранней диагностики устойчивости сортов яровой пшеницы и ячменя к совокупному действию стрессоров / Т.А. Гурова, С.Г. Денисюк, О.С. Луговская, Е.А. Свежинцева, В.В. Минеев; СФНЦА РАН.– Новосибирск: СФНЦА РАН, 2017. – 62 с.

32. Гурова Т.А., Осипова Г.М. Инструментальные методы и программно-аппаратные средства при решении проблемы стрессоустойчивости в растениеводстве // Вычислительные технологии. – 2016. – Т. 21, вып. 1. – С. 65–74.

33. Mittler R. Abiotic stress, the fi eld environment and stress combination // Trends in Plant Science. – 2006. – Vol. 11. – P. 15–19.

34. Bandurska H., Niedziela J., Chadzinikolau T. Separate and combined responses to water defi cit and UV-B radiation // Plant Science. – 2013. – Vol. 213. – P. 98–105.

35. Cherif J., Mediouni C., Ben Ammar W., Jemal F. Interactions of zinc and cadmium toxicity in their effects on growth and in antioxidative systems in tomato plants (Solanum lycoopersicum) // J. of Environmental Sciences (China). – 2011. – Vol. 23. – P. 837–844.

36. De Silva ND., Cholewa E., Ryser P. Effects of combined drought and heavy metal stresses on xylem structure and hydraulic conductivity in red maple (Acer rubrum L.) // J. of Experimental Botany. – 2012. – Vol. 63. – P. 5957– 5966.

37. Ahmed IM., Dai H., Zheng W., Gao F., Zhang G., Sun D., Wu F. Genotypic differences in physiological characteristics in the tolerance to drought and salinity combined stress between Tibetan wild and cultivated barley // Plant Physiology and Biochemistry. – 2013. – Vol. 63. – P. 49–60.

38. Atkinson N.J., Urwin P.E. The interaction of plant biotic and abiotic stresses: from genes to the fi eld // J. of Experimental Botany. – 2012. – Vol. 63. – P. 3523–3543.

39. Carter AH, Chen XM, Garland-Campbell K., Kidwell K.K. Identifying QTL or high-temperature adult-plant resistance to stripe rust (Puccinia striiformis f. sp. tritici ) in the spring wheat ( Triticum aestivum L.) cultivar ‘Louise’. TAG. // Theoretical and Applied Genetics. – 2009. – Vol. 119. – P. 1119–1128.

40. Bowler C., Fluhr R. The role of calcium and activated oxygens as signals for controlling cross-tolerance // Trends in Plant Science. – 2000. – Vol. 5. – P. 241–246.

41. Rouhier N., Jacquot J.P. Getting sick may help plants overcome abiotic stress // New Phytologist . – 2008. – Vol. 180. – P. 738–741.

42. Пшибытко Н.Л., Зеневич Л.А., Жаворонкова Н.Б., Лысенко Е.А., Кабашникова Л. Ф. Засуха как кострессор при фузариозном увядании томатов (Solanum Lycopersicum) // Вестник национальной академии наук Беларуси. – 2012. – № 1. – С. 80–84.

43. Юшкевич Т.И. Кросс-адаптация и устойчивость проростков сахарной свеклы при действии сверх сильных стрессоров // Современная микология в России. – 2015.– Т. 5. – С. 160.

44. Anderson JP, Badruzsaufari E, Schenk PM, Manners JM, Desmond OJ, Ehlert C, Maclean DJ., Ebert PR, Kazan K. Antagonistic interaction between abscisic acid and jasmonate-ethylene signaling pathways modulates defense gene expression and disease resistance in Arabidopsis // Plant Cell. – 2004. – Vol. 16. – P. 3460–3479.

45. Amtmann A., Trouffl ard S., Armengaud P. The effect of potassium nutrition on pest and disease resistance in plants // Physiologia Plantarum. – 2008. – Vol. 133. – P. 682–691.

46. Zhu Y., Qian W., Hua J. Temperature modulates plant defense responses through NB-LRR proteins // PLoS Pathogens. – 2010. – Vol. 6. e100084.

47. Atkinson NJ, Lilley CJ, Urwin PE. Identifi cation of genes involved in the response of Arabidopsis to simultaneous biotic and abiotic stresses // Plant Physiology. – 2013. – Vol. 162. – P. 2028–2041.

48. Schenke D., Bottcher C., Scheel D. Crosstalk between abiotic ultraviolet-B stress and biotic (fl g22) stress signaling in Arabidopsis prevents fl avonol accumulation in favor of pathogen defence compound production // Plant, Cell & Environment. – 2011. – Vol. 34. – P. 1849–1864.

49. Prasad P.V., Pisipati S.R., Momčilović I, Ristic Z. Independent and combined effects of high temperature and drought stress during grain fi lling on plant yield and chloroplast EF-Tu expression in spring wheat // Journal of Agronomy and Crop Science. – 2011. – Vol. 197. – P. 430–441.

50. Demirevska K., Simova-Stoilova L., Fedina I., Georgieva K., Kunert K. Response of oryzacystatin I transformed tobacco plants to drought, heat and light stress // Journal of Agronomy and Crop Science. – 2010. – Vol. 196. – P. 90–99.

51. Perez-Lopez U., Miranda-Apodaca J., Munoz-Rueda A., Mena-Petite A. Lettuce production and antioxidant capacity are differentially modifi ed by salt stress and light intensity under ambient and elevated CO2 // Journal of Plant Physiology. – 2013. – Vol. 170. – P. 1517–1525.

52. Sales C.R., Ribeiro R.V., Silveira J.A., Machado E.C., Martins M.O., Lagoa A.M. Superoxide dismutase and ascorbate peroxidase improve the recovery of photosynthesis in sugarcane plants subjected to water defi cit and low substrate temperature // Plant Physiology and Biochemistry. – 2013. – Vol. 73. – P. 326–336.

53. Arbona V., Manzi M., Ollas C., GуmezCadenas A. Metabolomics as a tool to investigate abiotic stress tolerance in plants // International Journal of Molecular Sciences – 2013. – ol. 14(3), P. 4885-4911. DOI: 10.3390/ijms14034885

54. Bo Peng, Hui Li, Xuan-Xian Eng. Functional metabolomics: from biomarker discovery to metabolome reprogramming // Protein & Cell. – 2015. – Vol. 6, N 9. – P. 628–637, DOI. ORG/10.1007/s13238-015-0185-x

55. Drapal M., Vignolo E.R.F., Rosales R.O.G., Bonierbale M., Mihovilovich E., Fraser P. D. Identifi cation of metabolites associated with water stress responses in Solanum tuberosum L. clones. // Phytochemistry. – 2017. – Vol. 135. – P. 24–33. DOI 10.1016/j.phytochem.2016.12.003

56. Пузанский Р.К., Емельянов В.В., Гавриленко Т.А., Шишова М.Ф. Метаболомика — современный подход при изучении адаптации растений картофеля к биотическому и абиотическому стрессу (обзор) // Сельскохозяйственная биология. – 2018. – Т. 53, № 1. – С. 15–28. DOI: 10.15389/agrobiology.2018.1.15rus

57. Sun CX, Li MQ, Gao XX, Liu LN, Wu X.F, Zhou J.H. Metabolic response of maize plants to multi-factorial abiotic stresses // Plant Biol (Stuttg). – 2016 Jan. – Vol. 18. – Suppl 1. – P. 120–129. DOI 10.1111/plb.12305. Epub 2015 Jan 26

58. Koussevitzky S., Suzuki N., Huntington S., Armijo L., Sha W., Cortes D., Shulaev V., Mittler R. Ascorbate peroxidase 1 plays a key role in the response of Arabidopsis thaliana to stress combination // Journal of Biological Chemistry. – 2008. – Vol. 283. – P. 34197– 34203.

59. Prasch C.M., Sonnewald U. Simultaneous application of heat, drought, and virus to Arabidopsis plants reveals signifi cant shifts in signaling networks // Plant Physiology. – 2013. – Vol. 162. – P. 1849–1866.

60. Rasmussen S, Barah P, Suarez-Rodriguez MC, Bressendorff S, Friis P, Costantino P, Bones AM, Nielsen HB, Mundy J. Transcriptome responses to combinations of stresses in Arabidopsis // Plant Physiology. – 2013. – Vol. 161. – P. 1783–1794.

61. Тихонович И.А., Иванова Е.А., Першина Е.В., Андронов Е.Е. Мета геномные технологии выявления генетических ресурсов микроорганизмов // Вестн. РАН. – 2017. – № 4. – С. 31–35.

62. Чеботарь В.К., Щербаков А.В., Щербакова Е.Н., Масленникова С. Н., Заплаткин А.Н., Мальфанова Н.В. Эндофитные бактерии как перспективный биотехнологический ресурс и их разнообразие // Сельскохозяйственная биология. – 2015. – Т. 50, № 5. – С. 648–654.

63. Baltruschaft H., Fodor J., Harrach B.D. et al. Salt tolerance of barley induced by the root endophyte Piriformospora indica is associated with a strong increase in antioxidants // New Phytologist. – 2008. – Vol. 180, N 2. – P. 501–510.

64. Penuelas J., Sardans J., Estiarte M., Ogaya R., Carnicer J. et al. Evidance of current impact of climate change on life: a walk from genes to the biosphere // Clobal Change Biology. – 2013. – Vol. 19, N 8. – P. 2303–2338.