Ремобілізація резервних водорозчинних вуглеводів (ВРВ) стебла є важливим джерелом асимілятів для наливання зерна. Динаміку накопичення й ремобілізації ВРВ в окремих сегментах стебла за оптимальних умов зволоження та впливу короткочасної посухи досліджували на рослинах озимої м’якої пшениці (Triticum aestivum L.) сортів Подолянка (посухостійкий, екологічно пластичний), Астарта (високоврожайний) і Наталка (чутливий до посухи, високобілковий) в умовах вегетаційного досліду. Посуху тривалістю 7 діб за вологості ґрунту 30 % повної вологоємності (ПВ) створювали обмеженням поливу в фазу цвітіння (BBCH61—69) за вологості ґрунту в контрольному варіанті 60—70 % ПВ. Питомий вміст ВРВ у сухій речовині та валову кількість (добуток питомого вмісту на масу) в частинах стебла головного пагона визначали впродовж періоду репродуктивного розвитку й у фазу повної стиглості разом з обліком зернової продуктивності. Стебло розділяли на частини, почавши згори: верхнє міжвузля, друге, об’єднані третє, четверте і п’яте (нижні) міжвузля та об’єднані листкові піхви. Кількість ремобілізованих ВРВ оцінювали за різницею їхньої максимальної валової кількості й залишкової у фазу повної стиглості. Встановлено, що сорт Подолянка накопичував більше ВРВ, ніж сорти Наталка та Астарта як за умов оптимального, так і обмеженого поливу. За оптимальних умов основна маса запасних ВРВ накопичувалася в стеблі після початку цвітіння впродовж 17 діб. Посуха істотно зменшувала загальну кількість депонованих ВРВ у стеблі, хоча на початку стресу підвищувала їх питомий вміст, пришвидшувала ремобілізацію і скорочувала період накопичення ВРВ у сортів Астарта і Наталка до 8-ї доби після початку цвітіння. У сорту Подолянка часові характеристики динаміки ВРВ у сегментах стебла за дії посухи не змінювалися. В об’єднаній вибірці варіантів кількість депонованих ВРВ у стеблі тісно позитивно корелювала з інтенсивністю фотосинтезу (r = 0,917), проте за оптимального поливу підвищене накопичення ВРВ у сорту Подолянка не було пов’язане з вищою активністю фотосинтезу. Найвищі рівні питомого вмісту і найбільші частки депонованих і ремобілізованих ВРВ за обох режимів поливу виявлено в другому й нижніх міжвузлях. Вмісти ВРВ у цих міжвузлях найтісніше позитивно корелювали з масою зерна з рослини (r = 0,534…0,693) і масою 1000 зернин (r = 0,778…0,897), що дає підставу вважати їх найбільш репрезентативними для оцінювання депонувальної ємності стебла.
Ключові слова: Triticum aestivum L., депонувальна здатність стебла, частини пагона, водорозчинні вуглеводи, посуха, фотосинтез, зернова продуктивність
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Shiferaw, B., Smale, M., Braun, H.J., Duveiller, E., Reynolds, M. & Muricho, G. (2013). Crops that feed the world 10. Past successes and future challenges to the role played by wheat in global food security. Food Sec., 5, pp. 291-317. https://doi.org/10.1007/s12571-013-0263-y
2. Daryanto, S., Wang, L. & Jacinthe, P.A. (2017). Global synthesis of drought effects on cereal, legume, tuber and root crops production: A review. Agricultural Water Management, 179, pp. 18-33. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2016.04.022
3. Senapati, N., Stratonovitch, P., Paul, M.J. & Semenov, M.A. (2019). Drought tolerance during reproductive development is important for increasing wheat yield potential under climate change in Europe. J. Exp. Bot., 70, No. 9, pp. 2549-2560. https://doi.org/10.1093/jxb/ery226
4. Morgun, V.V., Stasik, O.O., Kiriziy, D.A., Sokolovska-Sergiienko, O.G. & Makharynska, N.M. (2019). Effects of drought at different periods of wheat development on the leaf photosynthetic apparatus and productivity. Regul. Mech. Biosyst., 10, No. 4, pp. 406-414. https://doi.org/10.15421/021961
5. Leng, G. & Hall, J. (2019). Crop yield sensitivity of global major agricultural countries to droughts and the projected changes in the future. Science of the Total Environment, 654, pp. 811-821. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.434
6. Lopes, M.S., Rebetzke, G.J. & Reynolds, M. (2014). Integration of phenotyping and genetic platforms for a better understanding of wheat performance under drought. J. Exp. Bot., 65, No. 21, pp. 6167-6177. https://doi.org/10.1093/jxb/eru384
7. Tshikunde, N.M., Mashilo, J., Shimelis, H. & Odindo, A. (2019). Agronomic and physiological traits, and associated quantitative trait loci (QTL) affecting yield response in wheat (Triticum aestivum L.): a review. Front. Plant Sci., 10, p.1428. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01428
8. Reynolds, M., Foulkes, J., Slafer, G.A., Berry, P., Parry, M.J., Snape, J.W. & Angus, W.J., (2009). Raising yield potential in wheat. J. Exp. Bot., 60, No. 7, pp. 1899-1918. https://doi.org/10.1093/jxb/erp016
9. Schnyder, H. (1993). The role of carbohydrate storage and redistribution in the source-sink relations of wheat and barley during grain filling: a review. New Phytol., 123, pp. 233-245. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1993.tb03731.x
10. Zhang, J., Chen, W., Dell, B., Vergauwen, R., Zhang, X., Mayer, J.E. & Van den Ende, W. (2015). Wheat genotypic variation in dynamic fluxes of WSC components in different stem segments under drought during grain filling. Front. Plant Sci., 6, p. 624. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00624
11. Slewinski, T.L. (2012). Non-structural carbohydrate partitioning in grass stems: a target to increase yield stability, stress tolerance, and biofuel production. J. Exp. Bot., 63, No. 13, pp. 4647-4670. https://doi.org/10.1093/jxb/ers124
12. Feller, U. (2016). Drought stress and carbon assimilation in a warming climate: Reversible and irreversible impacts. J. Plant Physiol., 203, pp. 84-94. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2016.04.002
13. Kiriziy, D.A., Stasik, O.O., Pryadkina, G.A. & Shadchina, T.M. (2014). Photosynthesis, Vol. 2, Assimilation of CO2 and the mechanisms of its regulation. Kyiv: Logos [in Russian].
14. Asseng, S. & van Herwaarden, A.F. (2003). Analysis of the benefits to wheat yield from assimilates stored prior to grain filling in a range of environments. Plant and Soil, 256, pp. 217-229. https://doi.org/10.1023/A:1026231904221
15. Ehdaie, B., Alloush, G. & Waines, J. (2008). Genotypic variation in linear rate of grain growth and contribution of stem reserves to grain yield in wheat. Field Crop Res., 106, pp. 34-43. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2007.10.012
16. Ehdaie, B., Alloush, G., Madore, M. & Waines, J. (2006). Genotypic variation for stem reserves and mobilization in wheat: II. Postanthesis changes in internode water-soluble carbohydrates. Crop Sci., 46, pp. 2093-2103. https://doi.org/10.2135/cropsci2006.01.0013
17. Rebetzke, G.J., van Herwaarden, A.F., Jenkins, C., Weiss, M., Lewis, D., Ruuska, S., Tabe, L., Fettell, N.A. & Richards, R.A. (2008). Quantitative trait loci for water-soluble carbohydrates and associations with agronomic traits in wheat. Australian Journal of Agricultural Research, 59, pp. 891-905. https://doi.org/10.1071/AR08067
18. Chrungoo, S.K., Munja, R., Pooja & Suresh. (2020). Genetic variation of stem characters in wheat and their relation to physiological characters and yield under drought. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding, 80, No. 4, pp. 365-374. https://doi.org/10.31742/IJGPB.80.4.1
19. Saint Pierre, C., Trethowan, R. & Reynolds, M. (2010). Stem solidness and its relationship to water-soluble carbohydrates: association with wheat yield under water deficit. Funct. Plant Biol., 37, pp. 166-174. https://doi.org/10.1071/FP09174
20. Liu, Y., Zhang, P., Li, M., Chang, L., Cheng, H., Chai, S. & Yang, D. (2020). Dynamic responses of accumulation and remobilization of water soluble carbohydrates in wheat stem to drought stress. Plant Physiol. Biochem., 155, pp. 262-270. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.07.024
21. Gaur, A., Jindal, Y., Singh, V., Tiwari, R., Kumar, D., Kaushik, D., Singh, J., Narwal, S., Jaiswal, S., Iquebal, M.A., Angadi, U.B., Singh, G., Rai, A., Singh, G.P. & Sheoran, S. (2022). GWAS to identify novel QTNs for WSCs accumulation in wheat peduncle under different water regimes. Front. Plant Sci., 13, p. 825687. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.825687
22. Yanez, A., Tapia, G., Guerra, F. & del Pozo, A. (2017). Stem carbohydrate dynamics and expression of genes involved in fructan accumulation and remobilization during grain growth in wheat (Triticum aestivum L.) genotypes with contrasting tolerance to water stress. PLoS One, 12, No. 5, p. e0177667. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0177667
23. Hou, J., Huang, X., Sun, W., Du, C., Wang, C., Xie, Y., Ma, Y. & Ma, D. (2018). Accumulation of water-soluble carbohydrates and gene expression in wheat stems correlates with drought resistance. J. Plant Physiol., 231, pp. 182-191. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.09.017
24. Zhang, P., Liu, Y., Li, M., Ma, J., Wang, C., Su, J. & Yang, D. (2020). Abscisic acid associated with key enzymes and genes involving in dynamic flux of water soluble carbohydrates in wheat peduncle under terminal drought stress. Plant Physiol. Biochem., 151, pp. 719-728. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.04.018
25. Khoshro, H.H., Taleei, A., Bihamta, M.R., Shahbazi, M., Abbasi, A. & Ramezanpour, S.S. (2014). Expression analysis of the genes involved in accumulation and remobilization of assimilates in wheat stem under terminal drought stress. Plant Growth Regul., 74, pp. 165-176. https://doi.org/10.1007/s10725-014-9908-x
26. Li, W., Zhang, B., Li, R., Chang, X. & Jing, R. (2015). Favorable alleles for stem water-soluble carbohydrates identified by association analysis contribute to grain weight under drought stress conditions in wheat. PLoS One, 10, No. 3, p. e0119438. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119438
27. Morgun, V.V., Tarasiuk, M.V., Priadkina, G.O. & Stasik, O.O. (2022). Depositing capacity of winter wheat stem segments under natural drought during grain filling in Ukrainian forest steppe conditions. Biosystems Diversity, 30, No. 2, pp. 163-172. https://doi.org/10.15421/012217
28. Zborivska, O.V., Tarasiuk, M.V. & Stasik, O.O. (2021). Storage capacity of stem segments in winter wheat varieties of different period of release. Fiziol. rast. genet., 53, No. 6, pp. 501-512. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2021.06.501
29. Foulkes, M.J., Snape, J.W., Shearman, V.J., Reynolds, M.P., Gaju, O. & Sylverstar-Bradley, R. (2007). Genetic progress in yield potential in wheat: recent advances and future prospects. J. Agric. Sci., 145, pp. 17-29. https://doi.org/10.1017/S0021859607006740
30. Morgun, V.V., Priadkina, G.A. & Zborivska, O.V. (2019). Depositing ability of stem of winter wheat varieties of different periods of selection. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 10, No. 2, pp. 239-244. https://doi.org/10.15421/021936
31. Hoogmoed, M. & Sadras, V.O. (2016). The importance of water-soluble carbohydrates in the theoretical framework for nitrogen dilution in shoot biomass of wheat. Field Crops Research, 193, pp. 196-200. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2016.04.009
32. Gao, F., Ma, D., Yin, G., Rasheed, A., Dong, Y., Xiao, Y., Xia, X., Wu, X. & He, Z. (2017). Genetic progress in grain yield and physiological traits in Chinese wheat cultivars of southern Yellow and Huai Valley since 1950. Crop Sci., 57, pp. 760-773. https://doi.org/10.2135/cropsci2016.05.0362
33. Ruuska, S.A., Rebetzke, G.J., van Herwaarden, A.F., Richards, R.A., Fettell, N.A., Tabe, L. & Jenkins, C.L.D. (2006). Genotypic variation in water-soluble carbohydrate accumulation in wheat. Functional Plant Biology, 33, pp. 799-809. https://doi.org/10.1071/FP06062
34. Fu, L., Wu, J., Yang, S., Jin, Y., Liu, J., Yang, M., Rasheed, A., Zhang, Y., Xia, X., Jing, R., He, Z. & Xiao, Y. (2020). Genome-wide association analysis of stem water-soluble carbohydrate content in bread wheat. Theor. Appl. Genet., 133, pp. 2897-2914. https://doi.org/10.1007/s00122-020-03640-x
35. Ovenden, B., Milgate, A., Lisle, C., Wade, L.J., Rebetzke, G.J. & Holland, J.B. (2017). Selection for water-soluble carbohydrate accumulation and investigation of genetic ' environment interactions in an elite wheat breeding population. Theor. Appl. Genet., 130, No. 11, pp. 2445-2461. https://doi.org/10.1007/s00122-017-2969-2
36. Islam, M.A., De, R.K., Hossain, M.A., Haque, M.S., Uddin, M.N., Fakir, M.S.A., Kader, M.A., Dessoky, E.S., Attia, A.O., El-Hallous, E.I. & Hossain, A. (2021). Evaluation of the tolerance ability of wheat genotypes to drought stress: dissection through culm-reserves contribution and grain filling physiology. Agronomy, 11, p. 1252. https://doi.org/10.3390/agronomy
37. Stasik, O.O., Kiriziy, D.A., Sokolovska-Sergiienko, O.G. & Bondarenko, O.Yu. (2020). Influence of drought on the photosynthetic apparatus activity, senescence rate, and productivity in wheat plants. Fiziol. rast. genet., 52, No. 5, pp. 371-387. https://doi.org/10.15407/frg2020.05.371
38. Mokronosov, A.T. & Kovalev, A.G. (Eds.). (1989). Photosynthesis and Bioproductivity: Methods of Determination. Moskow: Agropromizdat [in Russian].
39. Ermakov, A.I., Arasimovich, V.V., Smirnova-Ikonnikova, M.I., Yarosh, N.P. & Lukovnikova, G.A. (1972). Methods of biochemical research of plants. Leningrad: Kolos [in Russian].
40. Zadoks, J.C., Chang, T.T. & Konzak, C.F. (1974). A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Research., 14, No. 4, pp. 15-21. https://doi.org/10.1111/j.1365-3180.1974.tb01084.x
41. Morgun, V.V., Stasik, O.O., Kiriziy, D.A. & Pryadkina, G.O. (2016). Relations between reactions of photosynthetic traits and grain productivity on soil drought in winter wheat varieties contrasting in their tolerance. Fiziol. rast. genet., 48, No. 5, pp. 371-381 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2016.05.371
42. Kaur, H., Manna, M., Thakur, T., Gautam, V. & Salvi, P. (2021). Imperative role of sugar signaling and transport during drought stress responses in plants. Physiol. Plant., 171, pp. 833-848. https://doi.org/10.1111/ppl.13364
43. Krupa, N.M. & Kiriziy, D.A. (2011). The deposite function of the stem as constituent of the production process of winter wheat. Fiziol. rast. genet., 43, No. 4, pp. 324-331 [in Ukrainian].
44. del Pozo, A., Yanez, A., Matus, I.A., Tapia, G., Castillo, D., SanchezJardon, L. & Araus, J.L. (2016). Physiological traits associated with wheat yield potential and performance under water-stress in a Mediterranean environment. Front. Plant Sci., 7, p. 987. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00987
45. Thapa, S.l., Rudd, J.C., Jessup, K.E., Liu, Sh., Baker, J.A., Devkota, R.N. & Xue, Q. (2021). Middle portion of the wheat culm remobilizes more carbon reserve to grains under drought. J. Agr. Crop Sci., pp. 1-10. https://doi.org/10.1111/jac.12508