Влияние засухи на ростовые параметры и пигментный комплекс линий пшеницы, полученных от межвидовых скрещиваний

  • N. V. Terletskaya
  • A. N. Zorbekova
  • N. A. Altayeva
  • G. T. Bari Институт биологии и биотехнологии растений, Казахстан, г. Алматы
  • U. Erezhetova Казахский национальный университет им. Аль-Фараби, Казахстан, Алматы

Аннотация

Недостаток влаги является ключевым стрессором в условиях глобального изменения климата. Лучшему пониманию процесса адаптации растений к условиям засухи может помочь изучение влияния отношений ядро-цитоплазма.
Целью работы был анализ изменения ростовых параметров и пигментного комплекса проростков гибридов и аллоплазматических линий пшеницы, полученных в результате межвидовых скрещиваний, при воздействии индуцированной засухи. Исследовали 10-дневные проростки, выращенные в оптимальных и стрессовых условиях, моделируемых в водной культуре. Спектрофотометрически в спиртовых экстрактах определяли содержание хлорофилла и каротиноидов листовых пластинок. Показано, что изменение активности роста проростков определяется не только активностью корневой системы в условиях засухи, но может быть связано с оптимизацией в работе фотосинтетического аппарата.  Отмечено, что комбинация ядра и цитоплазмы, принадлежащих разным видам, могут, как улучшить, так и ухудшить важные физиологические параметры стрессоустойчивости и фотосинтетической активности. Идентифицированы наиболее толерантные к засухе аллоплазматические линии D-d-05 b, D-b-05, D-41-05 и наиболее чувствительные формы – аллолиния D-f-05 и гибрид А1.
Ключевые слова: пшеница, межвидовые гибриды, аллоплазматические линии, засухоустойчивость, фотосинтез

Литература

Atkin O.K., Macherel D. The crucial role of plant mitochondria in orchestrating drought tolerance // Ann Bot. – 2009. – 103(4) – Р. 581-97. DOI: 10.1093/aob/mcn094. Epub 2008 Jun 13.
Жученко А.А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы): теория и практика.– 2008. – М.: Агрорус. – Т. 1. – 814 с.
Chaves MM, Flexas J, Pinheiro C (2008) Photosynthesis under drought and salt stress: regulation mechanisms from whole plant to cell. Annals of Botany 103 (4): 551-560
Орлов П.А. Взаимодействие ядерных и цитоплазматических генов детерминация развития растения. – Минск, 2001. – С. 170.
Жученко А.А. Роль генетической инженерии в адаптивной системе селекции растений // С. х. биология. – 2003. – № 1. – С. 3–33.
Палилова А. Н., Орлов П.А., Волуевич Е.А. Фундаментальные и прикладные проблемы взаимодействия ядерной и цитоплазматических генетических систем у растений // Вестник. ВОГиС. – 2005. – T. 9, № 4. – С. 499-504.
Ратушняк Я. И., Кочевенко А. С. Эффекты аллоплазматических взаимодействий у реципрокных гибридов высших растений // Біотехнологія, – Т. 5, №1, – 2012. – С. 18-32.
Даниленко Н.Г., Давыденко О.Г. Миры геномов органелл. – Минск: Тэхналогiя, 2003. – С. 494.
Kholodova V.P., Bormotova T.S., Semenov O.G.,. Dmitrieva G.A., Kuznetsov Vl.V. Physiological mechanisms of adaptation of alloplasmic wheat hybrids to soil drought Russian Journal of Plant Physiology - 2007.- Vol. 54, Issue 4, - P. 480–486.
Khailenko NA, Sedlovskiy AI (2003) Development of Alloplasmic Lines of Spring Soft Wheat and Study of Their Resistance to Leaf Rust. 38(3-4): - P.267-273
Udovenko G.V. Diagnostics stability of plant resistance to stress. 1988. Methodical guidance edited by, Leningrad, VIR: 89 p.
Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Method Enzymol148: 1987. - P. 350-382 https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1.
Удольская Н.Л. Введение в биометрию. – Алма-Ата, 1976. – 85 с.
Veselov D.S. Growth by extension and water metabolism in water deficit conditions, Author’s abstract of dissertation of Dr. Boil. Sci., SEI Bashkir State Univ., Ufa, - 2009, p. 47.
Munns R., James R.A., Läuchli A. Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals, Journal of Experimental Botany 57 (2006). -Р.1025-1043.
Aroca R., Porcel R., Ruis-Lozano J. M. Regulation of Root Water Uptake under Drought Stress Conditions. 2011 J Exp Bot 63(1): P.43-57 https://doi.org/10.1093/jxb/err266.
Gewin V. An Underground Revolution. (2010) Food: Nature, 466, - P.552-553. http://dx.doi.org/10.1038/466552a.
Жолкевич В.Н. Энергетика дыхания высших растений в условиях водного дефицита, Mосква: Наука, 1968.; C – 211-213
Kramer P.J., Boyer J.S. Water Relations of Plants and Soils, New York: Academic, 1995.;lum, A., Crop Responses to Drought and the Interpretation of Adaptation, Plant Growth Regul., 1996, vol. 20. -Р. 135–148.
Efeoglu B., Ekmekci Y., Cicek N. Physiological responses of three maize cultivars to drought stress and recovery. South African, 2009. J. Bot., 75: Р. 34–42
Ronzhina E.S. Structural and functional changes of mesophyll as a possible cause of cytokinin-dependent transport of substances in the leaves isolated. Plant Physiol. – 2004. – V. 51 (3). – P. 373-382
Barry P., Evershed R., Young A., Prescott M.C., Britton G. Characterization of carotenoid acyl ester produced in drought-stressed barley seedlings. Phyto-Chemistry. – 1992., 9: Р. 3163-3168.
Xian-He J, Wang J, Guo H, Liang F. Effects of water stress on photochemical function and protein metabolism of photosystem II in wheat leaves. Physiol Plant. – 1995., 93: Р. 771-777.
Fotovat R, Valizadeh M. and Toorchi M. Association between water-use efficiency components and total chlorophyll content (SPAD) in wheat (Triticum aestivum L.) under well-watered and drought stressconditions // Journal of Food, Agriculture & Environment – 2007. Vol.5 (3&4): - Р. 225-227
Gaballah M.S., Abou B., Leila H., El-Zeiny A., Khalil S. Estimating the performance of salt stressed sesame plant treated with antitranspirants. J. Applied Sci. – 2007. Res., 3: - Р. 811-817.
Akram N.A., Ashraf M. Improvement in growth, chlorophyll pigments and photosynthetic performance in salt-stressed plants of sunflower (Helianthus annuus L.) by foliar application of 5-aminolevulinic acid. Agrochimica. – 2011. – V. 55. – P. 94-104;
Santos C.V. Regulation of chlorophyll biosynthesis and degradation by salt stress in sunflower leaves. Sci Hort103: - 2004. – Р.93-99 https://doi.org/10.1016/j.scienta.2004.04.009.
Mauchamp A, Mèthy M. Submergence-induced damage of photosynthetic apparatus in Phragmites australis. Environ Exp Bot51: -2004.– Р. 227–235 https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2003.11.002.
Eckardt N.A. A new chlorophyll degradation pathway. Plant Cell21: - 2009. – Р.700. https://doi.org/10.1105/tpc.109.210313.
Rubin A.B. Mechanisms of regulation of primary processes of photosynthesis // Godnevskie tctenia – Minsk, 1999, - Р.5-25.
Шимкевич А.М., Макаров В.Н., Голоенко И.М., Давыденко О.Г. Функциональное состояние фотосинтетического аппарата у аллоплазматических линий ячменя // Экологическая генетика. – 2006. – Т.4. №2. - С.37-42. http://dx.doi.org/10.17816/ecogen4237-42.
Krinsky N.I., Antioxidant Functions of Carotenoids, Free Radical Biol. Med., 1989, vol. 7, pp. 617–635;
Edge R., McGarvey D.J. and Truscott T.G. The Carotenoids as Antioxidants—A Review, Photochem. Photobiol. Ser. Biol. – 1997. - vol. 41. – Р. 189–200.
Gruszecki W.I., Strzałka K., Does the Xanthophyll Cycle Take Part in the Regulation of Fluidity of the Thylakoid Membrane? Biochim. Biophys. Acta. – 1991. - vol. 1060. - Р. 310–314.
Nakamura C., Kasai K., Kubota Y., Yamagami C., Suzuki T., Mori N. Cytoplasmic diversity in alloplasmic common wheatswith cytoplasms of Triticum and Aegilops revealed by photosyntheticand respiratory characteristics. - 1991. Jpn J Genet 66: - Р.471–483.
Hodaei M., Rahimmalek M., Arzani A. Plasmon analysis in wheat alloplasmic lines using morphological and chloroplast microsatellite markers. Plant Syst Evol – 2014. 300: - Р.1137–1145. DOI: 10.1007/s00606-013-0951-2
Коваль В.С. Влияние цитоплазм некоторых видов злаков на солеустойчивость мягкой пшеницы // Генетика. – 1994. – 30, приложение. – С. 72.
Палилова А.Н. Влияние плазмона на признаки, определяющие продуктивность аллоплазматических линий пшеницы // Цитология и генетика. – 1986, Т.20. № 3. С – 224-229.
Волуевич Е.А., Булойчик А.А. Влияние чужеродного плазмона растения-хозяина на устойчивость мягкой пшеницы к возбудителю твердой головни // Цитология и генетика. – 1999. – Т.33. - №4. – С.43-48.

References
Akram N.A., Ashraf M. (2011) Improvement in growth, chlorophyll pigments and photosynthetic performance in salt-stressed plants of sunflower (Helianthus annuus L.) by foliar application of 5-aminolevulinic acid. Agrochimica. vol. 55, pp. 94-104;
Aroca R., Porcel R., Ruis-Lozano J. M. (2011) Regulation of Root Water Uptake under Drought Stress Conditions. 2011 J Exp Bot. vol. 63, no. 1, pp.43-57.
Atkin O.K., Macherel D. (2009) The crucial role of plant mitochondria in orchestrating drought tolerance. Ann Bot. vol. 103, no. 4, pp. 581-97.
Barry P., Evershed R., Young A., Prescott M.C., (1992) Britton G. Characterization of carotenoid acyl ester produced in drought-stressed barley seedlings. Phyto-Chemistry. vol. 9, pp. 3163-3168.
Chaves M.M., Flexas J., Pinheiro C. (2008) Photosynthesis under drought and salt stress: regulation mechanisms from whole plant to cell. Annals of Botany. vol. 103, no. 4, pp.551-560
Coval’ V.S. (1994) Vliyanie citoplazm nekotoryh vidov zlakov na soleustoichivost myagkoi pshenisy [The effect of cytoplasm of some cereals on the salt tolerance of soft wheat] Genetics. vol.30, pp. 72.
Danilenko, N.G., Davydenko, O.G., (2003) Miry genomov organell [Genomes of Organelles], Minsk: Tekhnalogiya, pp. 494.
Eckardt N.A. (2009) A new chlorophyll degradation pathway. Plant Cell. vol. 21, pp.700.
Edge R., McGarvey D.J., Truscott T.G. (1997) The Carotenoids as Antioxidants—A Review, Photochem. Photobiol. Ser. Biol. vol. 41, pp.189–200.
Efeoglu B., Ekmekci Y., Cicek N. (2009) Physiological responses of three maize cultivars to drought stress and recovery. South African. J. Bot., vol. 75, pp.34–42
Fotovat R, Valizadeh M., Toorchi M. (2007) Association between water-use efficiency components and total chlorophyll content (SPAD) in wheat (Triticum aestivum L.) under well-watered and drought stressconditions. Journal of Food, Agriculture & Environment. vol.5, no. 3&4, pp. 225-227
Gaballah M.S., Abou B., Leila H., El-Zeiny A., Khalil S. (2007) Estimating the performance of salt stressed sesame plant treated with antitranspirants. J. Applied Sci. Res., vol. 3, pp. 811-817.
Gruszecki W.I., Strzałka K. (1991) Does the Xanthophyll Cycle Take Part in the Regulation of Fluidity of the Thylakoid Membrane? Biochim. Biophys. Acta., vol. 1060, pp. 310–314.
Hodaei M., Rahimmalek M., Arzani A. (2014) Plasmon analysis in wheat alloplasmic lines using morphological and chloroplast microsatellite markers. Plant Syst Evol. vol. 300, pp.1137–1145.
Khailenko N.A., Sedlovskiy A.I. (2003) Development of Alloplasmic Lines of Spring Soft Wheat and Study of Their Resistance to Leaf Rust. vol. 38, no. 3-4, pp.267-273
Kholodova V.P., Bormotova T.S.,. Semenov O.G, Dmitrieva G.A., Kuznetsov Vl. V. (2007) Physiological mechanisms of adaptation of alloplasmic wheat hybrids to soil drought Russian Journal of Plant Physiology. vol. 54, issue 4, pp. 480–486.
Kramer P.J., Boyer J.S. (1996) Water Relations of Plants and Soils, New York: Academic, lum, A., Crop Responses to Drought and the Interpretation of Adaptation, Plant Growth Regul., vol. 20, pp. 135–148.
Krinsky N.I. (1989) Antioxidant Functions of Carotenoids, Free Radical Biol. Med., vol. 7, pp. 617–635;
Lichtenthaler H. K. (1987) Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Method Enzymol. vol.148, pp. 350-382
Mauchamp A, Mèthy M. (2004) Submergence-induced damage of photosynthetic apparatus in Phragmites australis. Environ Exp Bot. vol. 51, pp. 227–235
Munns R., James R.A., Läuchli A. (2006) Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals, Journal of Experimental Botany. vol. 57, pp.1025-1043.
Nakamura C., Kasai K., Kubota Y., Yamagami C., Suzuki T., Mori N. (1991) Cytoplasmic diversity in alloplasmic common wheatswith cytoplasms of Triticum and Aegilops revealed by photosyntheticand respiratory characteristics. Jpn J Genet. vol. 66, pp.471–483.
Orlov P.A. (2001) Vzaimodeystvie yadernyh i citoplazmaticheskih genov determinaciya razviriya rasteniya [The interaction of nuclear and cytoplasmic genes in the determination of plant development]. – Minsk. pp. 170.
Palilova A.N. (1986) Vliyanie plazmona na priznaki, opredelyaushie produktivnost alloplazmaticheskih linii pshenisy [The effect of plasmon on the signs that determine the productivity of wheat alloplasmic lines] Cytology and genetics. vol.20, no. 3, pp. 224-229.
Palilova A.N., Orlov P.A., Voluyevich E.A. (2005) Phundamental`nye i pricladnye problemy vzaimodeistviya yadernoi i citoplazmaticheskih geneticheskih system u rastenii [Fundamental and applied problems of interaction of nuclear and cytoplasmic genetic systems in plants. Vestn. VOGiS. vol. 9, no. 4, pp. 499-504
Ratushnyak Ya.I., Kochevenko AS (2012) Effects of alloplasmic interactions in reciprocal cybrids of higher plants. Biotechnology. vol. 5, no.1, pp. 18-32
Ronzhina E.S. (2004) Structural and functional changes of mesophyll as a possible cause of cytokinin-dependent transport of substances in the leaves isolated. Plant Physiol. vol. 51, no. 3. pp. 373-382
Rubin A.B. (1999) Mechanisms of regulation of primary processes of photosynthesis. Godnevskie chtenia, Minsk, pp.5-25.
Santos C.V. (2004) Regulation of chlorophyll biosynthesis and degradation by salt stress in sunflower leaves. Sci Hort. vol.103, pp.93-99.
Shymkevich A.M., Makarov V.N., Goloenko I.M., Davydenko O.G. (2006) Phunkcional`noe sostoyanie photosinteticheskogo apparata u alloplazmaticheskih linii yachmenya [Functional state of fotosynthetic system in barley alloplasmic lines] Ecological genetics, vol. IV, no. 2, pp. 37-42
Udol`skaya N.L. (1976) Vvedenie v biometriu [Introduction to Biometrics] Almaty, 85 p.
Udovenko G.V. (1988) Diagnostics stability of plant resistance to stress. Methodical guidance edited by, Leningrad, VIR, 89 p.
Veselov D.S. (2009) Growth by extension and water metabolism in water deficit conditions, Author’s abstract of dissertation of Dr. Boil. Sci., SEI Bashkir State Univ., Ufa, pp. 47.
Voluevich E.A., Buloichik A.A. (1999) Vliyanie chuzherodnogo plazmona rasteniya-hozyaina na ustoichovost` myagkoi pshenicy k vozbuditelu tverdoi golovni [The influence of alien plasmon host plant on the resistance of soft wheat to the causative agent of hard smut] Cytologiya and genetics. vol.33, no.4, pp.43-48.
Xian-He J, Wang J, Guo H, Liang F. (1995) Effects of water stress on photochemical function and protein metabolism of photosystem II in wheat leaves. Physiol Plant., vol. 93, pp. 771-777.
Zholkevich, V.N. (1968) Energetika dykhaniya vysshikh rastenii v usloviyakh vodnogo defitsita [Energetics of Higher Plant Respiration under Water Deficit], Moscow: Nauka, pp. 211-213
Zhuchenko A.A. (2008) Adaptive plant growing (ecologo-genetic basis): theory and practice. Moscow: Agrorus. vol. 1, pp. 814
Zhuchenko A.A. (2003) Rol` geneticheskoi inzhenerii v adaptivnoi sisteme selekcii rastenii [The role of genetic engineering in the adaptive system of plant breeding]. Agricultural Biology. no. 1, pp. 3–33
Опубликована
2018-11-17
Как цитировать
TERLETSKAYA, N. V. et al. Влияние засухи на ростовые параметры и пигментный комплекс линий пшеницы, полученных от межвидовых скрещиваний. Experimental Biology, [S.l.], v. 76, n. 3, p. 130-139, nov. 2018. ISSN 2617-7498. Доступно на: <http://bb.kaznu.kz/index.php/biology/article/view/1345>. Дата доступа: 16 dec. 2018
Раздел
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

Особенность: этот модуль требует, что бы был включен хотя бы один модуль статистики/отчетов. Если ваши модули статистики возвращают больше одной метрики, то пожалуйста также выберите главную метрику на странице настроек сайта администратором и/или на страницах настройки управляющего журналом.