Физиология растений и генетика 2019, том 51, № 2, 133-146, doi: https://doi.org/10.15407/frg2019.02.133

Фитогормональный статус и фотосинтетическая активность растений мягкой пшеницы при действии биологически активных веществ

Патыка В.Ф.1, Гуляева А.Б.1, Богдан М.М.1, Токовенко И.П.1, Пасичнык Л.А.1, Патыка Н.В.2, Максин В.И.2, Каплуненко В.Г.2

  1. Институт микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного Национальной академии наук Украины, Киев
  2. Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины, Киев

В полевых условиях установлено, что при предпосевной обработке семян яровой пшеницы 1 %-ми растворами препаратов микроэлементов, полученных с помощью нанотехнологий, Ag+Cu и Co+Cu+Zn+Fe+Mn+Mo+Mg (аватар-1), а также I+Se, и при внесении в почву консорциума почвенно-полезных микроорганизмов (экстракон) изменялось соотношение фитогормонов ИУК/АБК при увеличении содержания АБК в листьях по сравнению с контрольными растения­ми в вариантах с инокуляцией в почву биопрепарата (БП) экстракон (фазы ВВСН 31 и 47) и при предпосевной обработке 1 %-ми растворами Ag+Cu (фазы ВВСН 31—54) и I+Se (ВВСН 54). Выяв­лено, что предпосевная обработка семян яровой пшеницы исследуемыми биологически активными веществами (БАВ) способствовала улучшению квантового выхода ФС II (Fv/Fp) у интактных растений пшеницы в начале фазы колошения и несколько подавляла «флюоресценцию на спаде» — Rfd (отражает активность ассимиляции углерода) в вариантах с обработкой I+Se, Ag+Cu и аватар-1, что скорее всего имело адаптивный характер. Существенно угнеталась квантовая эффективность ФС II листьев при искусственном заражении растений возбудителем бактериоза пшеницы P. syringae Д13 в начале фазы колошения. По параметрам фотохимической активности листьев большей адаптивностью в условиях заражения возбудителем базального бактериоза характеризовался фотосинтетический аппарат растений пшеницы при предпосевной обработке семян Ag+Cu и аватар-1. Меньший эффект по сравнению с контролем (без заражения), но лучший по сравнению с зараженными растениями зафиксирован в вариантах БП экстракон и БП экстракон + I+Se. Выявлено изменение соотношения ИУК/АБК и фотохимической активности листьев пшеницы в условиях искусственного заражения фитоплазмой и предпосевной обработки семян исследуемыми БАВ. Отмечено поддержание высокого функционального уровня фотосинтетического аппарата растений пшеницы при искусственном заражении фитоплазмой и предпосев­ной обработке семян растворами наноаквацитратов, а также при влиянии консорциума почвенно-полезных микроорганизмов.

Ключевые слова: Triticum aestivum, консорциум почвенно-полезных микроорганизмов, Acholeplasma laidlawii, фитоплазма, Pseudomonas syringae pv. atrofaciens, фитогормоны, индукция флюоресценции хлорофилла

Физиология растений и генетика
2019, том 51, № 2, 133-146

Полный текст и дополнительные материалы

В свободном доступе: PDF  

Цитированная литература

1. Tarariko, Yu.A. (2007). Formation of sustainable agricultural systems. Kyiv: DIA [in Russian].

2. Montanarella, L., Pennock, D. J., McKenzie, N., Badraoui, M., Chude, V., Baptista, I., Mamo, T., Yemefack, M., Singh Aulakh, M., Yagi, K., Young Hong, S., Vijarnsorn, P., Zhang, G.-L., Arrouays, D., Black, H., Krasilnikov, P., Sobocka, J., Alegre, J., Henriquez, C.R., de Lourdes Mendonca-Santos, M., Taboada, M., Espinosa-Victoria, D., AlShankiti, A., AlaviPanah, S.K., Elsheikh, E.A.E.M., Hempel, J., Camps Arbestain, M., Nachtergaele, F. & Vargas, R. (2016). World's soils are under threat. Soil, 2, pp. 79-82. https://doi.org/10.5194/soil-2-79-2016

3. Hadzalo, Ya.M., Patyka, M.V. & Zaryshniak, A.S. (2017). Agro-ecological engineering in biocontrol of rhizosphere of plants and formation of soil health: naukovo-metodychni rekomendatsii. Kyiv: Ahrar. nauka [in Ukrainian].

4. Nihorimbere, V., Ongena, M., Smargiassi, M. & Thonart, Ph. (2011). Beneficial effect of the rhizosphere microbial community for plant growth and health. Biotechnol. Agron. Soc. Environ, 15, No. 2, pp. 327-337.

5. Pilet-Nayel, M.-L., Moury, B., Caffier, V., Montarry, J., Kerlan, M.-C., Fournet, S., Durel, C.-E. & Delourme, R. (2017). Quantitative Resistance to Plant Pathogens in Pyramiding Strategies for Durable Crop Protection. Front Plant Sci. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2017.01838/full https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01838

6. Kumar, B.L. & Sai Gopal, D.V.R. (2015). Effective role of indigenous microorganisms for sustainable environment. Biotech., 5, is. 6, pp. 867-876. https://doi.org/10.1007/s13205-015-0293-6

7. Pan, I., Dam, B. & Sen, S.K. (2012). Composting of common organic wastes using microbial inoculants. Biotech., 2, is. 2, pp. 127-134. https://doi.org/10.1007/s13205-011-0033-5

8. Prasad, R., Bhattacharyya, A. & Nguyen, Q.D. (2017). Nanotechnology in Sustainable Agriculture: Recent Developments, Challenges, and Perspectives. Front Microbiol. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2017.01014/full https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01014

9. Patyka, V.P., Pasichnyk, L.A., Dankevych, L.A., Moroz, S.M., Butsenko, L.M., Zhytkevych, N.V., Hnatiuk, T.T., Zakharova, O.M., Savenko, O.A., Shkatula, Yu.M., Kyrylenko, L.V. & Aleksieiev, O.O. (2014). Diagnostics of phytopathogenic bacteria. Guidelines. Kyiv [in Ukrainian].

10 Savinskiy, S.V., Kofman, I.S., Kofanov, V.I. & Stasevskaya, I.L. (1987). Methodological approaches to the determination of phytohormones using spectrodensitometric thin-layer chromatography. Fiziologiya i biohimiya kult. rasteniy, 19, No. 2, pp. 210-215 [in Russian].

11. Korneev, D.Yu. (2002). Informational capabilities of the method of induction of chlorophyll fluorescence. Kyiv: Al'terpres [in Russian].

12. Stirbet, A., Govindjee. (2011). On the relation between the Kautsky effect (chlorophyll a fluorescence induction) and Photosystem II: Basics and applications of the OJIP fluorescence transient. J. Photochem. and Photobiol. In: Biology. 104. iss. 1-2, pp. 236-257. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2010.12.010

13. Papageorgiou, G.C., Govindjee. (2004). Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis. Dordrecht: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-3218-9

14. Portable Fluorometer "Florotest": Operation Manual (2013). In-t kibernetyky im. V.M. Hlushkova NAN Ukrainan [in Ukrainian].

15. Lichtenthaler, H.K., Buschmann, C. & Knapp, M. (2005). How to correctly determine the different chlorophyll fluorescence parameters and the chlorophyll fluorescence decrease ratio Rfd of leaves with the PAM fluorometer. Photosynthetica, 43, iss. 3, pp. 379-393. https://doi.org/10.1007/s11099-005-0062-6

16. Golcev, V.N., Kaladzhi, H.M., Paunov, M., Baba, V., Horachek, T., Mojski, Y.A., Kocel, H. & Allahverdiev, S.I. (2016). The use of chlorophyll variable fluorescence to assess the physiological state of the photosynthetic apparatus of plants. Fiziologiya rastenij, 63, No. 6, pp. 881-907 [in Russian].

17. Lichtenthaler, H.K., Babani, F. & Langsdorf, G. (2007). Chlorophyll fluorescence ima¬ging of photosynthetic activity in sun and shade leaves of trees. Photosynth. Res.,93, pp. 235-244. https://doi.org/10.1007/s11120-007-9174-0

18. Ruth, F. (2013). Abscisic Acid Synthesis and Response. Arabidopsis Book. URL https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3833200/ https://doi.org/10.1199/tab.0166

19. Maksimov, I.V., Maksimova, T.I., Veselova, S.V. & Yarullina, L.G. (2016). Phytohormones in the regulation of plant defense system against pathogens. Tezisy Dok. IV Ros. Simp. s Mezhdunarodn. uch. (Kazan 20-23.09.2016), Kazan, pp. 93-94 [in Russian].

20. Davies, J.P. (2004). Plant Hormones: Biosynthesis, Signal Transduction, Action! Dordrecht Boston London: Kluwer Academic Publishers.

21. Davies, J.P. (2010). Plant Hormones: Biosynthesis, Signal Transduction, Action! Dordrecht; Heidelberg; London; New York: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-2686-7

22. Lam-Son, Tran & Sikander, P. (2014). Phytohormones: A Window to Metabolism, Signaling and Biotechnological Applications. New York; Heidelberg; Dordrecht; London: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0491-4

23. Kodru, S., Malavath, T., Devadasu, E., Nellaepalli, S., Stirbet, A. & Govindjee, S.R. (2015). The slow S to M rise of chlorophyll a fluorescence reflects transition from state 2 to state 1 in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. Photosynth. Res., 125, iss. 1-2, pp. 219-231. https://doi.org/10.1007/s11120-015-0084-2

24. Boris Sreznevsky Central Geophysical Observatory (2018). Climatic data on the city of Kiev. Deviation from the average monthly temperature and monthly rainfall in Kyiv. Retrieved from http://cgo-sreznevskyi.kiev.ua/index.php?fn=k_klimat&f=kyiv [in Ukrainian].

25. Stasik, O.O. & Jones, H.G. (2011). The role of photorespiration in response of photosynthesis to temperature increase in wheat leaves. Fiziologiya i biokhimiya kult. rastenij, 43, No. 1, pp. 38-46 [in Ukrainian].

26. Green, B.R. & Parson, W.W. (2003). Light-Harvesting Antennas in Photosynthesis. USA: Springer Science & Business Media. https://doi.org/10.1007/978-94-017-2087-8

27. Aliyev, J.A. (2012). Photosynthesis, photorespiration and productivity of wheat and soybean genotypes. Physiol. Plant., 145, iss. 3, pp. 369-383. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2012.01613.x

1. Tarariko, Yu.A. (2007). Formation of sustainable agricultural systems. Kyiv: DIA [in Russian].

2. Montanarella, L., Pennock, D. J., McKenzie, N., Badraoui, M., Chude, V., Baptista, I., Mamo, T., Yemefack, M., Singh Aulakh, M., Yagi, K., Young Hong, S., Vijarnsorn, P., Zhang, G.-L., Arrouays, D., Black, H., Krasilnikov, P., Sobocka, J., Alegre, J., Henriquez, C.R., de Lourdes Mendonca-Santos, M., Taboada, M., Espinosa-Victoria, D., AlShankiti, A., AlaviPanah, S.K., Elsheikh, E.A.E.M., Hempel, J., Camps Arbestain, M., Nachtergaele, F. & Vargas, R. (2016). World's soils are under threat. Soil, 2, pp. 79-82. https://doi.org/10.5194/soil-2-79-2016

3. Hadzalo, Ya.M., Patyka, M.V. & Zaryshniak, A.S. (2017). Agro-ecological engineering in biocontrol of rhizosphere of plants and formation of soil health: naukovo-metodychni rekomendatsii. Kyiv: Ahrar. nauka [in Ukrainian].

4. Nihorimbere, V., Ongena, M., Smargiassi, M. & Thonart, Ph. (2011). Beneficial effect of the rhizosphere microbial community for plant growth and health. Biotechnol. Agron. Soc. Environ, 15, No. 2, pp. 327-337.

5. Pilet-Nayel, M.-L., Moury, B., Caffier, V., Montarry, J., Kerlan, M.-C., Fournet, S., Durel, C.-E. & Delourme, R. (2017). Quantitative Resistance to Plant Pathogens in Pyramiding Strategies for Durable Crop Protection. Front Plant Sci. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2017.01838/full https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01838

6. Kumar, B.L. & Sai Gopal, D.V.R. (2015). Effective role of indigenous microorganisms for sustainable environment. Biotech., 5, is. 6, pp. 867-876. https://doi.org/10.1007/s13205-015-0293-6

7. Pan, I., Dam, B. & Sen, S.K. (2012). Composting of common organic wastes using microbial inoculants. Biotech., 2, is. 2, pp. 127-134. https://doi.org/10.1007/s13205-011-0033-5

8. Prasad, R., Bhattacharyya, A. & Nguyen, Q.D. (2017). Nanotechnology in Sustainable Agriculture: Recent Developments, Challenges, and Perspectives. Front Microbiol. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2017.01014/full https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01014

9. Patyka, V.P., Pasichnyk, L.A., Dankevych, L.A., Moroz, S.M., Butsenko, L.M., Zhytkevych, N.V., Hnatiuk, T.T., Zakharova, O.M., Savenko, O.A., Shkatula, Yu.M., Kyrylenko, L.V. & Aleksieiev, O.O. (2014). Diagnostics of phytopathogenic bacteria. Guidelines. Kyiv [in Ukrainian].

10 Savinskiy, S.V., Kofman, I.S., Kofanov, V.I. & Stasevskaya, I.L. (1987). Methodological approaches to the determination of phytohormones using spectrodensitometric thin-layer chromatography. Fiziologiya i biohimiya kult. rasteniy, 19, No. 2, pp. 210-215 [in Russian].

11. Korneev, D.Yu. (2002). Informational capabilities of the method of induction of chlorophyll fluorescence. Kyiv: Al'terpres [in Russian].

12. Stirbet, A., Govindjee. (2011). On the relation between the Kautsky effect (chlorophyll a fluorescence induction) and Photosystem II: Basics and applications of the OJIP fluorescence transient. J. Photochem. and Photobiol. In: Biology. 104. iss. 1-2, pp. 236-257. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2010.12.010

13. Papageorgiou, G.C., Govindjee. (2004). Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis. Dordrecht: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-3218-9

14. Portable Fluorometer "Florotest": Operation Manual (2013). In-t kibernetyky im. V.M. Hlushkova NAN Ukrainan [in Ukrainian].

15. Lichtenthaler, H.K., Buschmann, C. & Knapp, M. (2005). How to correctly determine the different chlorophyll fluorescence parameters and the chlorophyll fluorescence decrease ratio Rfd of leaves with the PAM fluorometer. Photosynthetica, 43, iss. 3, pp. 379-393. https://doi.org/10.1007/s11099-005-0062-6

16. Golcev, V.N., Kaladzhi, H.M., Paunov, M., Baba, V., Horachek, T., Mojski, Y.A., Kocel, H. & Allahverdiev, S.I. (2016). The use of chlorophyll variable fluorescence to assess the physiological state of the photosynthetic apparatus of plants. Fiziologiya rastenij, 63, No. 6, pp. 881-907 [in Russian].

17. Lichtenthaler, H.K., Babani, F. & Langsdorf, G. (2007). Chlorophyll fluorescence ima¬ging of photosynthetic activity in sun and shade leaves of trees. Photosynth. Res.,93, pp. 235-244. https://doi.org/10.1007/s11120-007-9174-0

18. Ruth, F. (2013). Abscisic Acid Synthesis and Response. Arabidopsis Book. URL https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3833200/ https://doi.org/10.1199/tab.0166

19. Maksimov, I.V., Maksimova, T.I., Veselova, S.V. & Yarullina, L.G. (2016). Phytohormones in the regulation of plant defense system against pathogens. Tezisy Dok. IV Ros. Simp. s Mezhdunarodn. uch. (Kazan 20-23.09.2016), Kazan, pp. 93-94 [in Russian].

20. Davies, J.P. (2004). Plant Hormones: Biosynthesis, Signal Transduction, Action! Dordrecht Boston London: Kluwer Academic Publishers.

21. Davies, J.P. (2010). Plant Hormones: Biosynthesis, Signal Transduction, Action! Dordrecht; Heidelberg; London; New York: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-2686-7

22. Lam-Son, Tran & Sikander, P. (2014). Phytohormones: A Window to Metabolism, Signaling and Biotechnological Applications. New York; Heidelberg; Dordrecht; London: Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0491-4

23. Kodru, S., Malavath, T., Devadasu, E., Nellaepalli, S., Stirbet, A. & Govindjee, S.R. (2015). The slow S to M rise of chlorophyll a fluorescence reflects transition from state 2 to state 1 in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. Photosynth. Res., 125, iss. 1-2, pp. 219-231. https://doi.org/10.1007/s11120-015-0084-2

24. Boris Sreznevsky Central Geophysical Observatory (2018). Climatic data on the city of Kiev. Deviation from the average monthly temperature and monthly rainfall in Kyiv. Retrieved from http://cgo-sreznevskyi.kiev.ua/index.php?fn=k_klimat&f=kyiv [in Ukrainian].

25. Stasik, O.O. & Jones, H.G. (2011). The role of photorespiration in response of photosynthesis to temperature increase in wheat leaves. Fiziologiya i biokhimiya kult. rastenij, 43, No. 1, pp. 38-46 [in Ukrainian].

26. Green, B.R. & Parson, W.W. (2003). Light-Harvesting Antennas in Photosynthesis. USA: Springer Science & Business Media. https://doi.org/10.1007/978-94-017-2087-8

27. Aliyev, J.A. (2012). Photosynthesis, photorespiration and productivity of wheat and soybean genotypes. Physiol. Plant., 145, iss. 3, pp. 369-383. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2012.01613.x