Фізіологія рослин і генетика 2019, том 51, № 2, 133-146, doi: https://doi.org/10.15407/frg2019.02.133

Фітогормональний статус і фотосинтетична активність рослин м'якої пшениці за дії біологічно активних речовин

Патика В.П.1, Гуляєва Г.Б.1, Богдан М.М.1, Токовенко І.П.1, Пасічник Л.А.1, Патика М.В.2, Максін В.І.2, Каплуненко В.Г.2

  1. Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного Національної  академії наук України  03143, Київ, вул. Академіка Заболотного, 154
  2. Національний університет біоресурсів і природокористування України 03041, Київ, вул. Героїв Оборони, 15

У польових умовах встановлено, що за передпосівної обробки насіння ярої пшениці 1%-ми розчинами препаратів мікроелементів, отриманих за допомогою нанотехнологій, Ag+Cu та Co+Cu+Zn+Fe+Mn+Mo+Mg (аватар-1) і I+Se, та внесення у ґрунт консорціуму ґрунтово-корисних мікроорганізмів (екстракон) змінювалось співвідношення фітогормонів ІОК/АБК за збільшення вмісту АБК у листках порівняно з контрольними рослинами у варіантах з іно­куляцією у ґрунт біопрепарату (БП) екстракон (фази ВВСН 31 і 47) та за по­закореневої обробки 1%-ми розчинами Ag+Cu (фази ВВСН 31—54) й I+Se (ВВСН 54). Виявлено, що передпосівна обробка насіння ярої пшениці досліджуваними біологічно активними речовинами (БАР) сприяла поліпшенню квантового виходу ФС II (Fv/Fp) в інтактних рослин пшениці на початку фази колосіння та дещо пригнічувала «флуоресценцію на спаді» — Rfd (відбиває активність асиміляції вуглецю) у варіантах з обробкою I+Se, Ag+Cu і аватар-1, що швидше за все мало адаптивний характер. Істотно пригнічувалась квантова ефективність ФС II листків за штучного зараження рослин збудни­ком бактеріозу пшениці P. syringae Д13 на початку фази колосіння. За параметрами фотохімічної активності листків більшою адаптивністю до умов зараження збудником базального бактеріозу характеризувався фотосинтетичний апарат рослин пшениці за передпосівної обробки насіння Ag+Cu і аватар-1. Менший ефект порівняно з контролем (без зараження), але ліпший порівняно із зара­женими рослинами зафіксовано у варіантах БП екстракон і БП екстракон + + I+Se. Виявлено зміну співвідношення ІОК/АБК і фотохімічної активності листків пшениці за умов штучного зараження фітоплазмою й передпосівної обробки насіння досліджуваними БАР. Відмічено підтримання високого функціонального рівня фотосинтетичного апарату рослин пшениці за штучного зараження фітоплазмою й передпосівної обробки насіння розчинами наноаквацитратів та впливу консорціуму ґрунтово-корисних мікроорганізмів.

Ключові слова: Triticum aestivum, консорціум ґрунтово-корисних мікроорганізмів, Acholeplasma laidlawii, фітоплазма, Pseudomonas syringae pv. atrofaciens, фітогормони, індукція флуоресценції хлорофілу

Фізіологія рослин і генетика
2019, том 51, № 2, 133-146

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

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