Физиология растений и генетика 2017, том 49, № 5, 434-443, doi: https://doi.org/10.15407/frg2017.05.434

АНТИОКСИДАНТНАЯ И ФОТОПРОТЕКТОРНАЯ СИСТЕМЫ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ МИКРОУДОБРЕНИЯ, ХЕЛАТИРОВАННОГО ЯНТ

Соколовская-Сергиенко О.Г., Капитанская О.С., Прядкина Г.А., Стасик О.О.

  • Институт физиологии растений и генетики Национальной академии наук Украины, Киев

Изучали влияние внекорневой подкормки комплексом микроэлементов, хелатированных янтарной кислотой, на активность антиоксидантных ферментов хлоропластов, общий пул и показатель деэпоксидации пигментов виолаксантинового цикла флагового листа в фазы молочной и молочно-восковой спелости, а также на зерновую продуктивность озимой пшеницы. Установлено, что обработка растений хелатированным микроудобрением активирует супероксиддисмутазу и аскорбатпероксидазу хлоропластов, способствует сохранению высокого содержания хлорофилла в листьях в период налива зерна. В то же время существенные изменения пула и степени деэпоксидации пигментов виолаксантинового цикла не выявлены. Повышение урожайности посевов при подкормке микроудобрением было связано с бульшим количеством продуктивных побегов на единицу площади посева: в необработанном варианте густота побегов у сорта Фаворитка составляла 318±23, у сорта Смуглянка — 301±16 шт/м2, а в обработанном аватаром-1 — соответственно 397±6 и 390±16 шт/м2. Урожайность в контрольном варианте достигала 65,8±2,5 ц/га у Фаворит­ки, 55,5±2,5 ц/га у Смуглянки, а в опытных вариантах — соответственно 80,2±1,8 и 66,9± ±4,5 ц/га. Прибавка урожая при обработке растений сорта Смуглянка и сорта Фаворитка аватаром-1 составила 21 и 22 % по сравнению с соот­ветствующими контрольными вариантами. Обработка растений комплексом микроэлементов, хелатированных янтарной кислотой, способствовала сохранению функционального состояния их фотосинтетического аппарата вследствие повышения содержания хлорофилла и лучшей антиоксидантной защиты флагового листа в период налива зерновок, что обусловливало повышение зерновой продуктивности озимой пшеницы.

Ключевые слова: Triticum aestivum L., winter wheat, chlorophyll content, chelated microfertilizers, superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, xanthophyll cycle

Физиология растений и генетика
2017, том 49, № 5, 434-443

Полный текст и дополнительные материалы

В свободном доступе: PDF  

Цитированная литература

1. Bityutsky, N.P. (2011).Trace elements of higher plants. St. Petersburg: Publishing House of St. Petersburg. University [in Russian].

2. Dospehov, B.A. (1973). Methods of field experiment. Moscow: Kolos [in Russian].

3. Kabata-Pendias A., Pendias H. (1989). Trace elements in soils and plants. Moscow: Mir [in Russian].

4. Kyriziy, D.A., Stasik, O.O., Pryadkina, G.A.& Shadchina, T.M. (2015). Photosynthesis: assimilation of CO2 and mechanisms of its regulation. Vol. 2. Kiev: Logos [in Russian].

5. Kolupaev, Yu.E. (2016). Antioxidants of plant cells, their role in ROS signaling and plant resistance. Uspekhi sovrem. biologii, 136, No. 2, pp. 181-198 [in Russian].

6. Mamenko, P.N., Pryadkina, G.A., Kots, S.Ya.& Stasik, O.O. (2013). Effect of simultaneous inoculation and seed treatment with aquahelates on nitrogen fixation indicators and soybean yield. Proceedings of the Belarusian University, 8, No. 2, pp. 103-106 [in Russian].

7. Pryadkina, G.A., Liholat, D.A. (2006). Determination of xanthophylls by the method of liquid chromatography in isocratic mode. Fiziolohiia i biokhimiia kult. rastenii, 38, No. 1, - pp. 75-82 [in Russian].

9. Pat. 38391 UA, Method for obtaining carboxylates of metals Nanotechnology for the production of metal carboxylates, Kosinov, M.V., Kaplunenko, V.G., Publ. 12.01. 2009 [in Ukrainian].

10. Alscher, R.G., Erturk, N. & Heath, L.S. (2002). Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants. J. Exp. Bot, 53, pp. 1331-1341. https://doi.org/10.1093/jexbot/53.372.1331

11. Arnon, D.I. (1949). Copper enzyme in isolated chloroplasts. Polyphenoxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol, 24, No. 1, pp. 1-15. https://doi.org/10.1104/pp.24.1.1

12. Asada, K. (2006). Production and scavenging of reactive oxygen species in chloroplasts and their functions. Plant Physiol, 141, No. 2, pp. 391-396. https://doi.org/10.1104/pp.106.082040

13. Chen, G.-X., Asada, K. (1989). Ascorbate peroxidase in tea leaves: occurrence of two isozymes and the differences in their enzymatic and molecular properties. Plant Cell Physiol, 30, No. 7, pp. 987-998.

14. Choudhury, N.K., Choe, H.T.& Huffaker, R.C. (1993). Ascorbate induced zeaxanthin formation in wheat leaves and photoprotection of pigment and photochemical activities during aging of chloroplasts in light. J. Plant Physiol, 141, No. 5, pp. 551-556. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)80455-4

15. Demmig-Adams, B., Adams III ,W.W. (2000). Harvesting sunlight safely. Nature, 403, pp. 371-374. https://doi.org/10.1038/35000315

16. Foyer, C.H., Noctor, G. (2005). Redox homeostasis and antioxidant signaling: a metabolic interface between stress perception and physiological responses. Plant Cell, 17, No. 7, pp. 1866-1875. https://doi.org/10.1105/tpc.105.033589

17. Foyer, C.H., Shigeoka, S. (2011). Understanding of oxidative stress and antioxidant functions to enhance photosynthesis. Plant Physiol, 155, No. 1, pp. 93-100. https://doi.org/10.1104/pp.110.166181

18. Giannopolitis, C.N., Ries, S.K.(1977). Superoxide dismutase. Occurrence in higher plants. Plant Physiol, 59, No. 2, pp. 309-314. https://doi.org/10.1104/pp.59.2.309

19. Gill, S.S., Tuteja, N.(2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiol. Biochem, 48, pp. 909-930. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2010.08.016

20. Horton, P., Ruban, A.V.& Walters, R.G. (1996). Regulation of light harvesting in green plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Biol, 47, pp. 655-684. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.47.1.655

21. Horton, P., Ruban, A.& Wentworth, M. (2000). Allosteric regulation of the light harvesting system of photosystem II. Phil. Trans. Royal. Soc. London. B, 355, pp. 1361-1370. https://doi.org/10.1098/rstb.2000.0698

22. Mohammadi, A., Habibi, D., Rohami, M., Mafakheri, S. Effect of drought stress on antioxidant enzymes activity of some Chickpea cultivars (2011). Amer.-Eurasian J. Agr. Environ. Sci, 11, No. 6, pp. 782-785.

23. Munne-Bosch, S., Queval, G. & Foyer, C.H. The impact of global change factors on redox signaling underpinning stress tolerance (2013). Plant Physiol, 161, No. 1, pp. 5-19. https://doi.org/10.1104/pp.112.205690

24. Murchie, E.H., Niyogi, K.K. Manipulation of photoprotection to improve plant photosynthesis (2011). Plant Physiol, 155, No. 1, p. 86-92. https://doi.org/10.1104/pp.110.168831

25. Demmig-Adams, B., Garab, G., Adams, W.W. III, Govindgee (Eds.). (2014). Non-photochemical quenching and energy dissipation in plants, algae and cyanobacteria. Dordrecht: Springer.

26. Pospisil, P. (2014). The role of metals in production and scavenging of reactive oxygen species in photosystem II. Plant Cell Physiol, 55, No. 7, pp. 1224-1232. https://doi.org/10.1093/pcp/pcu053

27. Rahimizadeh, M., Habibi, D., Madani, H., Mohammadi, G.N., Mehraban, A.& Sabet, A.M. (2007). The effect of micronutrients on antioxidant enzymes metabolism in sunflower (Helianthus annuus L.) under drought stress. Helia, 30, No. 47, pp. 167-174. https://doi.org/10.2298/HEL0747167R

28. Ruban, A.V. (2016). Non-photochemical chlorophyll fluorescence quenching: mechanism and effectiveness in protecting plants from photodamage. Plant Physiol, 170, No. 4, pp. 1903-1916. https://doi.org/10.1104/pp.15.01935

29. Sadak, M.Sh., Orabi, S.A. (2015).Improving thermo tolerance of wheat plant by foliar application of citric acid or oxalic acid. Int. J. ChemTech. Res, 8, No. 1, pp. 333-345.

30. Sajedi, N.A., Ardakani, M.R., Madani, H., Naderi, A. & Miransari, M.(2011). The effects of selenium and other micronutrients on the antioxidant activities and yield of corn (Zea mays L.) under drought stress. Physiol. Mol. Biol. Plants, 17, No. 3, pp. 215-222. https://doi.org/10.1007/s12298-011-0067-5

31. Wellburn, A.P. (1994). The spectral determination of chlorophyll a and b, as well as carotenoids using various solvents with spectrophotometers of different resolution. J. Plant Physiol, 144, No. 3. pp. 307-313. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2

32. Zhu, X.G., Long, S.P.& Ort, D.R. (2010). Improving photosynthetic efficiency for greater yield. Annu. Rev. Plant Biol, 61, pp. 235-261. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112206