Влияние обработки растений карбоксилатами микроэлементов на фотосинтетические пигменты в листьях озимой пшеницы

  • Ольга Сергеевна Капитанская Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, ул. Васильковская, 31/17, 03022, г. Киев, Украина
  • Галина Алексеевна Прядкина Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, ул. Васильковская, 31/17, 03022, г. Киев, Украина
  • Олег Остапович Стасик Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, ул. Васильковская, 31/17, 03022, г. Киев, Украина

Аннотация

Проведено исследование влияния обработки растений микроэлементным комплексом на основе карбоновых кислот, созданным с помощью нанотехнологических методов, на пигментный комплекс различных сортов озимой пшеницы. Установлено, что обработка растений комплексом способствовала увеличению содержания хлорофиллов а и b и общих каротиноидов, по сравнению с контролем, на поздних фазах онтогенетического развития. Большую эффективность внекорневой обработки растений карбоксилатами микроэлементов наблюдали в год с засушливыми условиями в период налива зерна. Содержание обеих форм хлорофилла и их суммы в фазу молочно-восковой спелости зерна при таких условиях возросло на 13–19 %, каротиноидов – на 14 –15 %, тогда как в год с лучшими условиями влагообеспеченности их концентрация повышалась на 4 – 8 и 7–12 % соответственно. Установлено также увеличение соотношения между содержанием хлорофиллов (а + b) и каротиноидов в условиях засухи. Это свидетельствует о том, что обработка растений микроэлементным комплексом способствовала продлению функционирования пигментного комплекса в репродуктивный период развития. В то же время не наблюдали существенных различий между обработанными и контрольными растениями по величине соотношения хлорофиллов a и b. То есть обработка растений карбоксилатами микроэлементов не влияла на стехиометрию между комплексами реакционных центров фотосистем и светособирающими комплексами фотосистемы II. Активация регуляторных механизмов у растений озимой пшеницы под действием исследуемого комплекса связана с наличием в его составе ряда важных микроэлементов.

Биографии авторов

Ольга Сергеевна Капитанская, Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, ул. Васильковская, 31/17, 03022, г. Киев, Украина

аспирантка отдела физиологии и экологии фотосинтеза. Научный руководитель – Г. А. Прядкина

Галина Алексеевна Прядкина, Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, ул. Васильковская, 31/17, 03022, г. Киев, Украина

доктор биологических наук; старший научный сотрудник отдела физиологии и экологии фотосинтеза

Олег Остапович Стасик, Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, ул. Васильковская, 31/17, 03022, г. Киев, Украина

член-корреспондент НАН Украины, доктор биологических наук; заместитель директора по научной работе

Литература

  1. Marschner P. Marschnerʼs mineral nutrition of higher plants. 3rd ed. London: Academic Press; 2011.
  2. Kumar A, Sebastian A, Prasad MNV, Malec P, Strzalka K. Functional tuning of photosynthetic pigments in response to trace elements. In: Golovko TK, Gruszecki WI, Prasad MNV, Strzalka K (eds.) Photosynthetic pigments: chemical structure, biological function and ecology. Syktyvkar: Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; 2014. p.356 –381.
  3. Zhang F, Chen J. A paradigm of nutrient management for fertilizer industry and global society. In: XVII International Plant Nutrition Colloquium, 21–24 August 2017, Copenhagen, Denmark. Copenhagen: University of Copenhagen faculty of science; 2017. p.79–80.
  4. Verbruggen N, Hermans Ch. Physiological and molecular responses to magnesium nutritional imbalance in plants. Plant and Soil. 2013;368(1–2):87–99. DOI: 10.1007/s11104-013-1589-0.
  5. Kosіnov MV, Kaplunenko VG. Method for obtaining metal carboxylates. Nanotechnology for the production of metal carboxylates: Patent of Ukraine for Utility Model No. 38391; published 12.01.2009. Bulletin No. 1/2009 (in Ukrainian).
  6. Lichtenthaler HK. Chlorophyll and carotenoids: Pigments of photosynthetic membranes. Methods in enzymology. 1987;148:350 –382. DOI: 10.1016/0076-6879(87)48036-1.
  7. Bukhov NG, Bondar’ VV, Drozdova IS. Deistvie nizkointensivnogo sinego i krasnogo sveta na soderzhanie khlorofillov a i b i svetovye krivye fotosinteza u listʼev yachmenya [The effect of low-intensity blue and red light on the content of chlorophylls a and b and the light curves of photosynthesis in barley leaves]. Fiziologiya rastenii. 1998;45(4):507–512 (in Russ.).
  8. Golovko T, Tabalenkova G. Pigments and productivity of the crop plants. In: Golovko TK, Gruszecki WI, Prasad MNV, Strzalka KJ (eds.) Photosynthetic pigments: chemical structure, biological function and ecology. Syktyvkar: Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; 2014. p.207–220.
  9. Sun T, Yuan H, Cao H, Yazdani M, Tadmor Y, Li L. Carotenoid Metabolism in Plants: The Role of Plastids. Molecular Plant. 2018;11(1):58–74. DOI: 10.1016/j.molp.2017.09.010.
  10. Tyutereva EV, Voitsekhovskaja OV. Responses of chlorophyll b-Free chlorina 3613 barley mutant to a prolonged decrease in illuminance. 1. Dynamics of chlorophyll content, growth, and productivity. Fiziologiya rastenii. 2011;58(1):3–11 (in Russ.).
  11. Dymova O, Fiedor L. Chlorophylls and their role in photosynthesis. In: Golovko TK, Gruszecki WI, Prasad MNV, Strzalka KJ (eds.) Photosynthetic pigments: chemical structure, biological function and ecology. Syktyvkar: Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; 2014. p.140 –160.
  12. Peter GF, Thornber GP. Biochemical composition and organization of higher plant photosystem 2 light-harvesting pigment proteins. Journal of Biological Chemistry. 1991;266(25):16745–16754. PMID: 1885603.
  13. Vermaas W. Molecular-biological approaches to analyze photosystem 2 structure and function. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 1993;44:457– 481. DOI: 10.1146/annurev.pp.44.060193.002325.
  14. Reynolds MP, Rajaram S, Sayre KD. Physiological and genetic changes of irrigated wheat in the post-green revolution period and approaches for meeting projected global demand. Crop Science. 1999;39(6):1611–1621. DOI: 10.2135/cropsci1999.3961611x.
  15. Morgun VV, Sanіn ЄV, Shvartau VV, Omeljanenko OA. Klub 100 centneriv. Sorty ta tehnologiiʼ vyroshhuvannja vysokyh urozhaiʼv ozymoiʼ pshenyci [Club 100 centners. Varieties and technologies of growing high winter wheat crops]. Kiev: Logos; 2011 (in Ukrainian).
  16. Kuperman FM. Morfofiziologiya rastenii [Plant morphophysiology]. Moscow: Vysshaya shkola; 1977 (in Russ.).
  17. Wellburn AP. The spectral determination of chlorophyll a and b, as well as carotenoids using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology. 1994;144(3):307–313. DOI: 10.1016/S0176-1617(11)81192-2.
  18. Selyaninov GT. Proiskhozhdenie i dinamika zasukh [The origin and dynamics of droughts]. In: Rudenko AI (eds.) Zasukhi v SSSR. Ikh proiskhozhdenie, povtoryaemostʼ i vliyanie na urozhai. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1958 (in Russ.).
  19. Dospekhov BA. Metodika polevogo opyta [Methodology of field experience]. Moscow: Kolos; 1973 (in Russ.).
  20. Melis A. Dynamics of photosynthetic membrane composition. Biochimica et Biophysica Acta. 1991;1058(2):87–106. DOI: 10.1016/s0005-2728(05)80225-7.
  21. Biswal AK, Pattanayak GK, Pandey SS, Leelavathi S, Reddy VS, Govindjee, et al. Light intensity-dependent modulation of chlorophyll b biosynthesis and photosynthesis by overexpression of chlorophyllide a oxygenase in tobacco. Plant Physiology. 2012;159(1):433– 449. DOI: 10.1104/pp.112.195859.
  22. Eggink LL, Park H, Hoober JK. The role of chlorophyll b in photosynthesis: Hypothesis. BMC Plant Biology. 2001;1: 450 – 465. DOI: 10.1186/1471-2229-1-2.
  23. Indira TK, Lakshmi PK. Magnetic nanoparticles – a review. Internatinal Journal of Pharmaceutical Sciences and Nanotechnology. 2010;3(3):1035–1042.
  24. Habib M. Effect of foliar application of Zn and Fe on wheat yield and quality. Journal of Biotechnology. 2009;8(24):6795– 6798. DOI: 10.4314/ajb.v8i24.68671.
  25. Janmohammadi M, Sabaghnia N, Dashti Sh, Nouraein M. Investigation of foliar application of nano-micronutrient fertilizers and a nano-titanium dioxide on some traits of barley. Biologija. 2016;62(2):148 –156. DOI: 10.6001/biologija.v62i2.3340.
  26. Raliya R, Nair R, Chavalmane S, Wang WN, Biswas P. Mechanistic evaluation of translocation and physiological impact of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles on the tomato (Solanum lycopersicum L.) plant. Metallomics. 2015;7(12):1584 –1594. DOI: 10.1039/C5MT00168D.
  27. Pariona N, Martinez AI, Hdz-García HM, Cruz LA, Hernandez-Valdesa A. Effect of hematite and ferrihydrite nanoparticles on germination and grown of maize seedlings. Saudi Journal of Biological Sciences. 2017;24(7):1547–1554. DOI: 10.1016/j.sjbs.2016.06.004.
  28. Taran N, Storozhenko V, Svietlova N, Batsmanova L, Shvartau V, Kovalenko M. Effect of Zinc and Copper Nanoparticles on Drought Resistance of Wheat Seedlings. Nanoscale Research Letters. 2017;12:60. DOI: 10.1186/s11671-017-1839-9.
  29. Mirzajani F, Askari H, Hamzelou S, Farzaneh M, Ghassempour A. Effect of silver nanoparticles on Oryza sativa L. and its rhizosphere bacteria. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2013;88:48–54. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2012.10.018.
  30. Tripathi DK, Singh VP, Prasad SM, Chauhan DK, Dubey NK. Silicon nanoparticles (SiNp) alleviate chromium (VI) phytotoxicity in Pisum sativum (L.) seedlings. Plant Physiology and Biochemistry. 2015;96:189 –198. DOI: 10.1016/j.plaphy.2015.07.026.
  31. Kobayashi M, Mutoh T, Matoh T. Boron nutrition of cultured tobacco BY-2 cells. IV. Genes induced under low boron supply. Journal of Experimental Botany. 2004;55(401):1441–1443. DOI: 10.1093/jxb/erh142.
  32. Ma D, Sun D, Wang Ch, Ding H, Qin H, Hou J, et al. Physiological responses and yield of wheat plants in Zinc-mediated alleviation of drought stress. Frontiers in Plant Science. 2017;8:860. DOI: 10.3389/fpls.2017.00860.
  33. Sokolovs’ka-Sergієnko OG, Pryadkіna GO, Kapіtans’ka OS. Aktyvnist’ fotosyntetychnogo aparatu ta produktyvnist’ ozymoi’ pshenyci za obrobky helatovanym mikrodobryvom i stymuljatorom rostu [The activity of the photosynthetic apparatus and the productivity of winter wheat for treatment with chelated micronutrient fertilizer and growth stimulator]. Fiziologiya rastenii i genetika. 2015;47(4):321–329 (in Ukrainian).
  34. Kapіtans’ka OS, Pryadkіna GO, Stasik OO. Vplyv obrobky roslyn kompleksom karboksylativ mikroelementiv na fotosyntetychni pokaznyky ta vrozhaj ozymoi’ pshenyci [Influence of plant treatment with carboxylate complex of trace elements on photosynthetic indices and winter wheat harvest]. Fiziologiya rastenii i genetika. 2017;48(3):248–255 (in Ukrainian).
Опубликован
2019-01-18
Ключевые слова: Triticum aestivum L., комплекс микроэлементов, хлорофилл, каротиноиды, соотношение
Как цитировать
Капитанская, О. С., Прядкина, Г. А., & Стасик, О. О. (2019). Влияние обработки растений карбоксилатами микроэлементов на фотосинтетические пигменты в листьях озимой пшеницы. Экспериментальная биология и биотехнология, 2, 85-94. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/biology/article/view/2512
Выпуск
№ 2 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Биология
Раздел
Клеточная биология и биотехнология растений

Copyright (c) 2018 Журнал Белорусского государственного университета. Биология

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).