Фізіологія рослин і генетика 2022, том 54, № 2, 123-133, doi: https://doi.org/10.15407/frg2022.02.123

Фiзiолого-бiохiмiчнi змiни рослин сої за впливу фiтопатогенних мiкроорганiзмiв та передпосiвної обробки насiння нанохелатами молiбдену

Гуляєва Г.Б., Токовенко I.П., Гнатюк Т.Т., Богдан М.М., Патика В.П.

  • Iнститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного Національної академії наук України 03143 Київ, вул. Академіка Заболотного, 154

В умовах вегетаційних дослідів вивчали вплив на фізіолого-біохімічні параметри рослин сої інокуляції різними фітопатогенами (вірус звичайної мозаїки квасолі (ВЗМК), Acholeplasma laidlawii, Xantomonas axonopodis pv. glycines) як окремо, так і за передпосівної обробки насіння нанохелатами молібдену. Виявлено пригнічення фотосинтетичної активності листків рослин у всіх досліджених варіантах. При цьому інтенсивність темнового дихання зростала у варіантах інокуляції ВЗМК і бактеріальним збудником та за передпосівної обробки нанохелатами молібдену й інокуляції ВЗМК. Транспірація листків сої найістотніше зростала за інокуляції X. axonopodis pv. glycines і найбільше знижувалася за інокуляції ВЗМК, а також у варіантах передпосівної обробки Mo + ВЗМК і передпосівної обробки Mo + X. axonopodis pv. glycines. Вміст фітогормонів IОК і АБК знижувався в листках рослин, інфікованих фітоплазмою і бактеріальним збудником, та істотно зростав за ураження ВЗМК. Проте за передпосівної обробки насіння сої нанохелатами молібдену в листках рослин знижувався вміст обох фітогормонів, що можна пояснити тривалою дією підвищеної температури повітря протягом вегетаційного періоду, що вдень сягала 30 °С і більше. Iнокуляція фітоплазмою і ВЗМК за передпосівної обробки насіння сої нанохелатами молібдену спричинювала зниження вмісту IОК і АБК, тоді як за бактеріальної інокуляції вміст IОК у листках рослин сої знижувався, а вміст АБК зростав. Вміст у тканинах листків фенольних сполук підви­щувався в усіх досліджених варіантах. Отже, за умов комбінованого стресу, спричиненого підвищеними температурами і фітопатогенним інфікуванням, передпосівна обробка насіння сої нанохелатами молібдену виконувала регуляторну функцію щодо рослинного метаболізму, сприяла зростанню стійкості до негативної дії інфікування фітопатогенами.

Ключові слова: Acholeplasma laidlawii, фітоплазма, ВЗМК, Xantomonas axonopodis pv. glycines, фотосинтез, фітогормони, фенольні сполуки

Фізіологія рослин і генетика
2022, том 54, № 2, 123-133

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

1. Ohyama, T., Tewari, K., Ishikawa, S., Tanaka, K., Kamiyama, S., Ono, Y., Hatano, S., Ohtake, N., Sueyoshi, K., Hasegawa, H., Sato, T., Tanabata, S., Nagumo, Y., Fujita, Y. & Takahashi, Y. (2017). Role of nitrogen on growth and seed yield of soybean and a new fertilization technique to promote nitrogen fixation and seed yield soybean - the basis of yield, biomass and productivity. Minobu Kasai, Intech Open, pp. 153-185. https://doi.org/10.5772/66743

2. Petrichenko, V.F., Patika, V.P., Pasichnik, L.A., Zhitkevich, N.V., Gulyaeva, G.B., Tokovenko, I.P., Korobkova, K.S., Lazarenko, L.M., Gnatyuk, T.T., Litvinchuk, O.O., Zaharova, O.M., Kirilenko, L.V., Demchenko, O. A., Babenko, L.P., Kirichenko, A.M., KornIychuk, O.V., Ivanyuk, S.V., Kolisnik, S.I., Kobak, S.Ya., Zadorozhniy, V.S. Kots, S.Ya., Mamenko, P.M., Pisarenko, P.V., Bilyavska, L.G., Bilyavskiy, Yu.V., Sherepitko, D.V., Bzhozovska, A., Kalinichenko, A.V., Boyko, O.A. & Pida, S.V. (2016). Hvorobi soyi: monitoring, diagnostika, zahist. Za red. akad. NAAN V.F. Petrichenka, V.P. Patiki. Vinnitsya: Vindruk [in Ukrainian].

3. Cardoso, B.M., Lazarini, E., Moreira, A., Moraes, L.A.C., Santos, F.L.D. & Dameto, L.S. (2021). Effect of foliar molybdenum application on seed quality of soybean cultivars. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 52, No. 6, pp. 666-672. https://doi.org/10.1080/00103624.2020.1862164

4. Kaiser, B.N., Gridley, K.L., Brady, J.N., Phillips, T. & Tyerman, S.D. (2005). The role of molybdenum in agricultural plant production. Ann. Bot., 96, Is. 5, pp. 745-754. https://doi.org/10.1093/aob/mci226

5. Rana, M.S., Bhantana, P., Imran, M., Saleem, M.H., Moussa, M.G., Khan, Z., Khan, I., Alam, M., Abbas, M., Binyamin, R., Afzal, J., Syaifudin, M., Din, I.U., Younas, M., Ahmad, I., Shah, Md. A. & Hu, Ch. (2020). Molybdenum potential vital role in plants metabolism for optimizing the growth and development. Ann Environ. Sci. Toxicol., 4, No. 1, pp. 32-44. https://doi.org/10.17352/aest.000024

6. Kaplunenko, V.G., Kosinov, N.V., Bovsunovskiy, A.N. & Chernyiy, S.A. (2008). Nanotehnologii v selskom hozyaystve. Zhurnal Zerno, No. 4, pp. 47-55 [in Russian].

7. Fotosintez i bioproduktivnost: metodyi opredeleniya (1989). Pod. red. A.T. Mokronosova. Moskov: Agropromizdat [in Russian].

8. Savinskiy, S.V., Kofman, I.Sh., Kofanov, V.I. & Stasevskaya, I.L. (1987). Metodicheskie podhody k opredeleniyu fitogormonov s pomoschyu spektrodensitometricheskoy tonkosloynoy hromatografii. Fiziol. i biohim. kult. rast., 19, No. 2, pp. 210-215 [in Russian].

9. Folin, O. & Ciocalteu, V. (1927). On tyrosine and tryptophane determinations in proteins. J. Biol. Chem., 73, No. 2, pp. 627-650. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)84277-6

10. Singleton, V.L. & Rossi, J.A. (1965). Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdicphoungstic acid reagent. Amer. J. Enol. Vitic., 16, pp. 144-158.

11. Dospekhov, B.A. (1985). Metodika polevogo opyta. Moskov: Kolos [in Russian].

12. Shadchina, T.M., Gulyaev, B.I., Kiriziy, D.A., Stasik, O.O., Pryadkina, G.O. & Storozhenko, V.O. (2006). Regulation of photosynthesis and productivity of plants. Physiological and ecological aspects. Kyiv: Ukrainian Phytosociological Center [in Ukrainian].

13. Ohnishi, M., Furutani, R., Sohtome, T., Suzuki, T., Wada, S., Tanaka, S., Ifuku, K., Ueno, D. & Miyake, C. (2021). Photosynthetic parameters show specific responses to essential mineral deficiencies. Antioxidants (Basel), 10, No. 7, p. 996. https://doi.org/10.3390/antiox10070996

14. Imran, M., Hu, C., Hussain, S., Rana, M.S., Javaria, M.R., Aziz, A.O., Elyamine, A.M., Farag, M.A. & Sun, I.X. (2019). Molybdenum-induced effects on photosynthetic efficacy of winter wheat (Triticum aestivum L.) under different nitrogen sources are associated with nitrogen assimilation. Plant Physiol. Biochem., 141, pp. 154-163. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.05.024

15. Bambara, S. & Ndakidemi, P.A. (2009). Effects of Rhizobium inoculation, lime and molybdenum on photosynthesis and chlorophyll content of Phaseolus vulgaris L. Afr. J. Microbiol. Res., 3, No. 11, pp. 791-798. Available online http://www.academicjournals.org/ajmr

16. Qin, S., Hu, C., Tan, Q. & Sun, X. (2017). Effect of molybdenum levels on photosynthetic characteristics, yield and seed quality of two oilseed rape (Brassica napus L.) cultivars. Soil Science and Plant Nutrition, 63, No. 2, pp. 137-144. https://doi.org/10.1080/00380768.2017.1286232

17. Wu, S., Hu, C., Tan, Q., Nie, Z. & Sun, X. (2014). Effects of molybdenum on water utilization, antioxidative defense system and osmotic-adjustment ability in winter wheat (Triticum aestivum L.) under drought stress. Plant Physiol. Biochem., 83, pp. 365-374. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.08.022

18. Aspinwall, M.J., Drake, J.E., Courtney, Campany, Varhammar A., Ghannoum, O., Tissue, D.T., Reich, P.B. & Tjoelker, M.G. (2016). Convergent acclimation of leaf photosynthesis and respiration to prevailing ambient temperatures under current and warmer climates in Eucalyptus tereticornis. New Phytologist, 212, Is. 2, pp. 354-367. https://doi.org/10.1111/nph.14035

19. Ayub, G., Smith, R.A., Tissue, D.T. & Atkin, O.K. (2011). Impacts of drought on leaf respiration in darkness and light in Eucalyptus saligna exposed to industrial-age atmospheric CO2 and growth temperature. New Phytologist, 190, Is. 4, pp. 1003-1018. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2011.03673.x

20. Sadok, W., Lopez, J.R. & Smith, K.P. (2021). Transpiration increases under high-temperature stress: Potential mechanisms, trade-offs and prospects for crop resilience in a warming world. Plant, Cell & Environment. Special Issue: Heat Waves, 44, No. 7, pp. 2102-2116. https://doi.org/10.1111/pce.13970

21. Murray, R.R., Emblow, M.S., Hetherington, A.M. & Foster, G.D. (2016). Plant virus infections control stomatal development. Sci Rep., 6, p. 34507. https://doi.org/10.1038/srep34507

22. McLachlan, D.H., Kopischke, M. & Robatzek, S. (2014). Gate control: guard cell regulation by microbial stress. New Phytol., 203, Is. 4, pp. 1049-1063. https://doi.org/10.1111/nph.12916

23. Zeng, W., Melotto, M. & He, S.Y. (2010). Plant stomata: a checkpoint of host immunity and pathogen virulence. Curr Opin Biotechnol., 21, No. 5, pp. 599-603. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2010.05.006

24. Emenecker, R.J. & Strader, L.C. (2020). Auxin-abscisic acid interactions in plant growth and development. Biomolecules, 10, No. 2, p. 281. https://doi.org/10.3390/biom10020281

25. Haruta, M., Gray, W.M. & Sussman, M.R. (2015). Regulation of the plasma membrane proton pump (H+-ATPase) by phosphorylation. Curr Opin Plant Biol., 28, pp. 68-75. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2015.09.005

26. Takahashi, K., Hayashi, K. & Kinoshita, T. (2012). Auxin activates the plasma membrane H+-ATPase by phosphorylation during hypocotyl elongation in Arabidopsis. Plant Physiol., 159, No. 2, pp. 632-641. https://doi.org/10.1104/pp.112.196428

27. Denance, N., Sanchez-Vallet, A., Goffner, D. & Molina, A. (2015). Disease resistance or growth: The role of plant hormones in balancing immune responses and fitness costs. Frontiers in Plant Science, 4, p. 155. https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00155

28. Balfagon, D., Zandalinas, S.I. & Gomez-Cadenas, A. (2019). High temperatures change the perspective: Integrating hormonal responses in citrus plants under co-occurring abiotic stress conditions. Physiol. Plant, 165, Is. 2, Special Issue: Stress Combination, pp.183-197. https://doi.org/10.1111/ppl.12815

29. Suzuki, N., Rivero, R.M., Shulaev, V., Blumwald, E. & Mittler, R. (2014). Abiotic and biotic stress combinations. New Phytol., 203, No. 1, pp. 32-43. https://doi.org/10.1111/nph.12797

30. Suzuki, N., Bassil, E., Hamilton, J.S., Inupakutika, M.A., Zandalinas, S.I., Tripathy, D., Luo, Y., Dion, E., Fukui, G., Kumazaki, A., Nakano, R., Rivero, R.M., Verbeck, G.F., Azad, R.K., Blumwald, E. & Mittler, R. (2016). ABA is required for plant acclimation to a combination of salt and heat stress. PLoS One, 11, No. 1, e0147625. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0147625

31. Babenko, L.M., Smirnov, O.E., Romanenko, K.O., Trunova, O.K. & Kosakivska, I.V. (2019). Phenolic compounds in plants: biogenesis and functions. Ukr. Biochem. J., 91, Is. 3, pp. 5-18. https://doi.org/10.15407/ubj91.03.005

32. Kumar, S., Abedin, M.M., Singh, A.K. & Das, S. (2020). Role of phenolic compounds in plant-defensive mechanisms. In: Lone, R., Shuab, R., Kamili, A. (eds.). Plant Phenolics in Sustainable Agriculture. Springer, Singapore, pp. 517-532. https://doi.org/10.1007/978-981-15-4890-1_22

33. Smirnov, O.E., Kosyan, A.M., Pryimak, Yu., Kosyk, O.I. & Taran, N.Yu. (2021). Organo-specific accumulation of phenolic compounds in a buckwheat seedlings under aluminium-acid stress. Ukr. Biochem. J., 93, Is. 1, pp. 75-81. https://doi.org/10.15407/ubj93.01.075