У вегетаційному досліді із сортами пшениці м’якої озимої Достаток, Астарта, Малинівка, Наталка, Куяльник, Київська остиста створювали різні фони мінерального живлення: 1) високий фон (N160P160K160 діючої речовини на 1кг ґрунту); 2) високий фон із позакореневим підживленням 5 %-м розчином карбаміду наприкінці цвітіння (BBCH 69); 3) низький фон мінерального живлення (N32P32K32); 4) низький фон із позакореневим підживленням карбамідом. Показано, що на функціонування фотосинтетичного апарату позитивно впливають високий фон азотного живлення та позакоренева обробка карбамідом. Виявлено, що у фазу молочної стиглості (BBCH 75) інтенсивність фотосинтезу у рослин окремих сортів тісно позитивно корелювала з продиховою провідністю. Разом з тим, сортоспецифічність кореляційних залежностей свідчить про генотипні відмінності реакції фотосинтетичного апарату рослин різних сортів на умови азотного живлення. Ефективність використання води (ЕВВ) варіювала у досить широкому діапазоні — від 4,14 у рослин сорту Наталка до 7,55 мкмоль СО2/ммоль H2O у сорту Малинівка. Загалом на високому фоні мінерального живлення ЕВВ була вищою, ніж на низькому, а ефективність використання азоту при фотосинтезі (ЕВАФ) навпаки — меншою. Останній показник на високому фоні варіював у діапазоні 76,9—121,5, а на низькому — 115,8—262,8 мкмоль СО2/(моль N · с) залежно від сорту та позакореневого підживлення карбамідом. Цей прийом підвищив ЕВАФ листків як на високому, так і низькому фонах живлення, в останньому випадку ефект був виражений сильніше внаслідок відносно більшого підвищення інтенсивності фотосинтезу. Рослини високопродуктивних сортів в середньому характеризувались вищою ЕВАФ порівняно з високобілковими. Між інтенсивністю фотосинтезу і ЕВАФ виявлено тісний кореляційний зв’язок як на високому (r = 0,89), так і низькому (r = 0,91) фонах мінерального живлення. Виявлена висока генотипна варіабельність за різних умов мінерального живлення таких важливих фізіологічних параметрів рослин озимої пшениці, як ефективність використання води та азоту при фотосинтезі, припускає перспективність поліпшення цих ознак генетичним шляхом з метою оптимізації використання водних і мінеральних ресурсів у продукційному процесі пшениці.
Ключові слова: Triticum aestivum L., озима пшениця, мінеральне живлення, фотосинтез, продихова провідність, транспірація, азот, ефективність використання води, ефективність використання азоту при фотосинтезі
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Morgun, V.V. & Rybalka, O.I. (2017). A strategy for the genetic improvement of cereals in order to ensure food security, medical and preventive nutrition and the needs of the processing industry. Visn. NAN Ukrainy, No. 3, pp. 54-64 [in Ukrainian].
2. Morgun, V.V. & Kiriziy, D.A. (2012). Prospects and modern strategies for improving the physiological traits of wheat to increase productivity. Fiziol. i biokhimiya kult. rast., 44, No. 6, pp. 463-483 [in Ukrainian].
3. Kiriziy, D.A., Stasik, O.O., Pryadkina, H.O. & Shadchyna, T.M. (2014). Photosynthesis. V. 2. CO2 assimilation and mechanisms of its regulation. Kyiv: Logos.
4. Busch, F.A., Ainsworth, E.A., Amtmann, A., Cavanagh, A.P., Driever, S.M., Ferguson, J.N., Kromdijk, J., Lawson, T., Leakey, A.D.B., Matthews, J.S.A., Meacham-Hensold, K., Vath, R.L., Vialet-Chabrand, S., Walker, B.J. & Papanatsiou, M. (2024). A guide to photosynthetic gas exchange measurements: Fundamental principles, best practice and potential pitfalls. Plant Cell Environ., 47, No 9, pp. 3344-3364. https://doi.org/10.1111/pce.14815
5. Arab, M.M., Marrano, A., Abdollahi-Arpanahi, R., Leslie, C.A., Cheng, H., Neale, D.B. & Vahdati, K. (2020). Combining phenotype, genotype, and environment to uncover genetic components underlying water use efficiency in Persian walnut. J. Exp. Bot., 71, No. 3, pp. 1107-1127. https://doi.org/10.1093/jxb/erz467
6. Condon, A.G. (2020). Drying times: plant traits to improve crop water use efficiency and yield. J. Exp. Bot., 71, No. 7, pp. 2239-2252. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa002
7. Kang, J., Hao, X., Zhou, H. & Ding, S. (2021). An integrated strategy for improving water use efficiency by understanding physiological mechanisms of crops responding to water deficit: Present and prospect. Agric. Water Manag., 255, 107008. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.107008
8. Wientjes, E. & Seijger, C. (2024). Less water in agriculture? Potential and challenges in optimizing water use efficiency. J. Exp. Bot., 75, No 13, pp. 3754-3757. https://doi.org/10.1093/jxb/erae227
9. Vadez, V., Kholova, J., Medina, S., Kakkera, A. & Anderberg, H. (2014). Transpiration efficiency: new insights into an old story. J. Exp. Bot., 65, No. 21, pp. 6141-6153. https://doi.org/10.1093/jxb/eru040
10. Gobu, R., Dash, G.K., Lal, J.P., Swain, P., Mahender, A., Anandan, A. & Ali, J. (2022). Unlocking the nexus between leaf-level water use efficiency and root traits together with gas exchange measurements in rice (Oryza sativa L.). Plants, 11, No. 9, 1270. https://doi.org/10.3390/plants11091270
11. Bertolino, L.T., Caine, R.S. & Gray, J.E. (2019). Impact of stomatal density and morphology on water-use efficiency in a changing world. Front. Plant Sci., 10, 225. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00225
12. Kimura, H., Hashimoto-Sugimoto, M., Iba, K., Terashima, I. & Yamori, W. (2020). Improved stomatal opening enhances photosynthetic rate and biomass production in fluctuating light. J. Exp. Bot., 71, pp. 2339-2350. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa090
13. Caine, R., Yin, X., Sloan, J., Harrison, E.L., Mohammed, U., Fulton, T., Biswal, A.K., Dionora, J., Chater, C.C., Coe, R.A., Bandyopadhyay, A., Murchie, E.H., Swarup, R., Quick, W.P. & Gray, J.E. (2018). Rice with reduced stomatal density conserves water and has improved drought tolerance under future climate conditions. New Phytol. 221, pp. 371-384. https://doi.org/10.1111/nph.15344
14. Stacey, J., Betts, R., Hartley, A., Mercado, L. & Gedney, N. (2025). Future global water scarcity partially alleviated by vegetation responses to atmospheric CO2 and climate change [preprint]. EGUsphere. https://doi.org/10.5194/egusphere-2025-51
15. Flexas, J., Niinemets, U., Galle, A., Barbour, M.M., Centritto, M., Dias-Espejo, A., Douthe, C., Galmes, J., Ribas-Carbo, M., Rodrigues, P., Rossello, F., Soolana yakanahally, R., Tomas, M., Wright, I.J., Farquhar, G.D. & Medrano, H. (2013). Diffusional conductances to CO2 as a target for increasing photosynthetis and photosynthetic water-use efficiency. Photosynth. Res., 117, pp. 45-49. https://doi.org/10.1007/s11120-013-9844-z
16. Yan, S., Wu, Y., Fan, J., Zhang, F., U, K.T.P., Zheng, J., Qiang, S., Guo, J., Zou, H., Xiang, Y. & Wu, L. (2020). A sustainable strategy of managing irrigation based on water productivity and residual soil nitrate in a no-tillage maize system. J. Clean. Prod., 262, 121279. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121279
17. Yan, F., Zhang, F., Fan, X., Fan, J., Wang, Y., Zou, H., Wang, H. & Li, G. (2021). Determining irrigation amount and fertilization rate to simultaneously optimize grain yield, grain nitrogen accumulation and economic benefit of drip-fertigated spring maize in northwest China. Agric. Water Manag., 243, 106440. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106440
18. Bardhan, K., York, L.M., Hasanuzzaman, M., Parekh, V., Jena, S. & Pandya, M.N. (2021). Can smart nutrient applications optimize the plant's hidden half to improve drought resistance? Physiol. Plant., 172, No. 2, pp. 1007-1015. https://doi.org/10.1111/ppl.13332
19. Bilotto, F., Harrison, M.T., Migliorati, M.D.A., Christie, K.M., Rowlings, D.W., Grace, P.R., Smith, A.P., Rawnsley, R.P., Thornburn, P.J. & Eckard, R.J. (2021). Can seasonal soil N mineralisation trends be leveraged to enhance pasture growth? Sci. Total Environ., 772, 145031. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145031
20. Turc, B., Sahay, S., Haupt, J., de Oliveira Santos, T., Bai, G. & Glowacka, K. (2024). Up-regulation of non-photochemical quenching improves water use efficiency and reduces whole-plant water consumption under drought in Nicotiana tabacum. J. Exp. Bot., 75, pp. 3959-3972. https://doi.org/10.1093/jxb/erae113
21. Li, K., Liu, D.-N., Li, L.-Y., Gao, Y., Gao, W.-J., Chen, B.-W., Luo, F. & Yao, Y. (2025). Effects of nitrogen application amount on nitrogen distribution and photosynthesis in tea leaves. Front. Plant Sci., 16:1575317. https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1575317
22. Archontoulis, S.V., Yin, X., Vos, J., Danalatos, N.G. & Struik, P.C. (2012). Leaf photosynthesis and respiration of three bioenergy crops in relation to temperature and leaf nitrogen: how conserved are biochemical model parameters among crop species? J. Exp. Bot., 63, No. 2, pp. 895-911. https://doi.org/10.1093/jxb/err321
23. Wang, Q., Li, S., Li, J. & Huang, D. (2024). The utilization and roles of nitrogen in plants. Forests, 15, No 7, 1191. https://doi.org/10.3390/f15071191
24. Wei, X., Han, L., Xu, N., Sun, M. & Yang, X. (2024). Nitrate nitrogen enhances the efficiency of photoprotection in Leymus chinensis under drought stress. Front. Plant Sci., 15:1348925. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1348925
25. Lei, Z.Y., Wang, H., Wright, I.J., Zhu, X.G., Niinemets, Ґ., Li, Z.L., Sun, D.S., Dong, N., Zhang, W.F., Zhou, Z.L., Liu, F. & Zhang, Y.Li. (2021). Enhanced photosynthetic nitrogen use efficiency and increased nitrogen allocation to photosynthetic machinery under cotton domestication. Photosynth. Res., 150, pp. 239-250. https://doi.org/10.1007/s11120-021-00872-w
26. Nasar, J., Wang, G.-Y., Ahmad, S., Muhammad, I., Zeeshan, M., Gitari, H., Adnan, M., Fahad, S., Khalid, M.H.B., Zhou, X.-B., Abdelsalam, N.R., Ahmed, G.A. & Hasan, M.E. (2022). Nitrogen fertilization coupled with iron foliar application improves the photosynthetic characteristics, photosynthetic nitrogen use efficiency, and the related enzymes of maize crops under different planting patterns. Front. Plant Sci., 13, 988055. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.988055
27. Kiriziy, D.A. (2013). Nitrogen use efficiency during photosynthetic CO2 assimilation in wheat leaves. Fiziol. rosl. genet., 45, No. 4, pp. 296-305 [in Russian].
28. Stasik, O.O., Kiriziy, D.A. & Pryadkina, H.O. (2016). Photosynthesis and productivity of agricultural plants. Fiziol. rosl. genet., 48, No. 3, pp. 232-251 [in Russian]. https://doi.org/10.15407/frg2016.03.232
29. Zhang, Y., Wang, J., Gong, S., Xu, D. & Sui, J. (2017). Nitrogen fertigation effect on photosynthesis, grain yield and water use efficiency of winter wheat. Agric. Water Manag., 179, pp. 277-287. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2016.08.007
30. Ye, M., Peng, S.B. & Li, Y. (2019). Intraspecific variation in photosynthetic nitrogen-use efficiency is positively related to photosynthetic rate in rice (Oryza sativa L.) plants. Photosynth., 57, No. 1, pp. 311-319. https://doi.org/10.32615/ps.2019.011
31. Hong, M.J. & Kim, D.Y. (2025). Recent advances in nitrogen use efficiency (NUE) research in wheat. Korean J. Breed. Sci., 57, No 3, pp. 251-270. https://doi.org/10.9787/KJBS.2025.57.3.251
32. Lal, S.K., Gaggar, P., Kumar, S., Mallikarjuna, M.G., Vishwakarma, C., Rakshit, S., Pandey, A., Achary, V.M.M. & Mehta, S. (2024). Recent Advancements in Nitrogen Use Efficiency in Crop Plants Achieved by Genomics and Targeted Genetic Engineering Approaches. Plant Mol. Biol. Rep., 42, pp. 435-449. https://doi.org/10.1007/s11105-024-01439-4
33. Ali, A., Jabeen, N., Farruhbek, R., Chachar, Z., Laghari, A.A., Chachar, S., Ahmed, N., Ahmed, S. & Yang, Z. (2025). Enhancing nitrogen use efficiency in agriculture by integrating agronomic practices and genetic advances. Front. Plant Sci., 16: 1543714. https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1543714
34. Ren, W., Li, X., Liu, T., Chen, N., Xin, M., Qi, Q. & Liu, B. (2025). Controlled-release fertilizer affects leaf nitrogen allocation and photosynthesis to improve nitrogen use efficiency and yield in the sunflower field. Front. Plant Sci., 16: 1622766. https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1622766
35. Zhang, Z., Zhang, Y., Shi, Y. & Yu, Z. (2020). Optimized split nitrogen fertilizer increase photosynthesis, grain yield, nitrogen use efficiency and water use efficiency under water-saving irrigation. Sci. Rep., 10: 20310. https://doi.org/10.1038/s41598-020-75388-9
36. Laisk, A. & Oja, V. (1998). Dynamics of leaf photosynthesis: rapid response measurements and their interpretations. Collingwood: CSIRO Publishing. https://doi.org/10.1071/9780643105294
37. Sheheda, I.M., Pochynok, V.M., Kiriziy, D.A. & Mamenko, T.P. (2018). Effect of nitrogen fertilization conditions on photosynthesis, productivity and protein content of winter wheat grain. Fiziol. rosl. genet., 50, No. 2, pp. 105-114 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2018.02.105
38. Endres, L., Silva, J.V., Ferreira, V.M. & De Souza Barbosa, G.V. (2010). Photosynthesis and water relations in brazilian sugarcane. Open Agric. J., No. 4, pp. 31-37. https://doi.org/10.2174/1874331501004010031
39. Li, S., Xie, Y., Liu, G., Wang, J., Lin, H., Xin, Y. & Zhai, J. (2020). Water Use effciency of soybean under water stress in different eroded soils. Water, 12, 373. https://doi.org/10.3390/w12020373
40. Lopez, M.A., Xavier, A. & Rainey, K.M. (2019). Phenotypic variation and genetic architecture for photosynthesis and water use efficiency in soybean (Glycine max L. Merr). Front. Plant Sci., 10, 680. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00680
41. Kiriziy, D.A. & Sheheda, I.M. (2019). Distribution of nitrogen in the donor-acceptor system of plants and its role in the production process. Fiziol. rosl. genet., 51, No. 2, pp. 114-132 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2019.02.114
42. Tian, Z., Chai, H., Guo, H., Lu, Y., Yang, S., Liu, X., Jiang, D., Cao, W. & Dai, T. (2024). Genetic improvement of photosynthetic nitrogen use efficiency of winter wheat in the Yangtze River Basin of China. Field Crops Res., 305, 109199. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.109199
43. Feller, U., Anders, I. & Mae, T. (2008). Rubiscolytics: fate of Rubisco after its enzymatic function in a cell is terminated. J. Exp. Bot., 59, No 7, pp. 1615-1624. https://doi.org/10.1093/jxb/erm242