У лабораторних умовах досліджено вплив короткотривалих (2 год) теплового (+40 °С) і холодового (+4 °С) температурних стресів та помірної ґрунтової посухи (4 доби без поливу) на пігментний комплекс 14- та 18-добових рослин озимої пшениці сорту Подолянка, спельти сорту Франкенкорн та жита сорту Богуславка. Короткотривалий тепловий стрес індукував зменшення вмісту хлорофілів у всіх досліджених видів, найвиразніші зміни відбулись у листках жита. Показники співвідношення хлорофілів a/b та суми хлорофілів (a+b) до каротиноїдів зросли у листках спельти та жита і не змінилися у пшениці. Найстійкішим до дії високої температури виявився пігментний комплекс пшениці. За дії холодового стресу в листках жита істотно знизився вміст хлорофілу b та загальних каротиноїдів. Показник співвідношення суми хлорофілів (a+b) до каротиноїдів значно підвищився у листках пшениці. Пігментний комплекс жита виявився найчутливішим до дії низької позитивної температури, а спельти — найстійкішим. Після помірної ґрунтової посухи у листках 18-добових рослин спельти і жита зменшився вміст хлорофілів і загальних каротиноїдів, а також величина співвідношення (a+b)/каротиноїди. Найстійкішим до помірної ґрунтової посухи був пігментний комплекс пшениці. Отримані результати засвідчують, що до формування відповіді на дію температурних стресів та помірної ґрунтової посухи залучені адаптаційні перебудови пігментного комплексу культурних злакових рослин.
Ключові слова: пшениця, спельта, жито, фотосинтетичні пігменти, хлорофіл, каротиноїди, температурний стрес, посуха
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Ashraf, M. & Harris, P.J.C. (2013). Photosynthesis under stressful environments: an overview. Photosynthetica, 51, pp. 163-190. https://doi.org/10.1007/s11099-013-0021-6
2. Efeoglu, B. & Terzioglu, S. (2009). Photosynthetic responses of two wheat varieties to high temperature. Eur. Asian. J. Bio. Sci., 3, pp. 97-106. https://doi.org/10.5053/ejobios.2009.3.0.13
3. Balouchi, H.R. (2010). Screening wheat parents of mapping population for heat and drought tolerance, detection of wheat genetic variation. Int. J. Biol. Life Sci., 6, pp. 56-66.
4. Bijanzadeh, E. & Emam, Y. (2010). Effect of defoliation and drought stress on yield components and chlorophyll content of wheat. Pak. J. Biol. Sci., 13, pp. 699-705. https://doi.org/10.3923/pjbs.2010.699.705
5. Reda, F. & Mandoura, H.M.H. (2011). Response of enzymes activities, photosynthetic pigments, proline to low or high temperature stressed wheat plant (Triticum aestivum L.) in the presence or absence of exogenous proline or cysteine. Int. J. Acad. Res., 3, pp. 108-115.
6. Dutta, S., Mohanty, S. & Tripathy, B.C. (2009). Role of temperature stress on chloroplast biogenesis and protein import in pea. Plant Physiol., 150, pp. 1050-1061. https://doi.org/10.1104/pp.109.137265
7. Jaleel, C.A., Manivannan, P., Wahid, A., Farooq, M., Al-Juburi, H.J., Somasundaram, R. & Panneerselvam, R. (2009). Drought stress in plants: a review on morphological characteristics and pigments composition. Int. J. Agr. Biol., 11, pp. 100-105.
8. Jain, M., Tiwary, S. & Gadre, R. (2010). Sorbitol-induced changes in various growth and biochemical parameters in maize. Plant Soil Envir., 56, pp. 263-267. https://doi.org/10.17221/233/2009-PSE
9. Adam, S. & Murthy, S.D.S. (2014). Effect of cold stress on photosynthesis of plants and possible protection mechanisms. In Gaur, R. & Sharma, P. (Eds.) Approaches to plant stress and their management (pp. 219-226), Springer, New Delhi. https://doi.org/10.1007/978-81-322-1620-9_12
10. Gomez-Sagasti, M.T., Lopez-Pozo, M., Artetxe, U., Becerril, J.M., Hernandez, A., Garcia-Plazaola, J.I. & Esteban, R. (2023). Carotenoids and their derivatives: a «Swiss Army knife-like» multifunctional tool for fine-tuning plant-environment interactions. Envir. Exp. Bot., 207, p. 105229. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2023.105229
11. Bailey, S., Horton, P. & Walters, R.G. (2004). Acclimation of Arabidopsis thaliana to the light environment: the relationship between photosynthetic function and chloroplast composition. Planta, 218, No. 5, pp. 793-802. https://doi.org/10.1007/s00425-003-1158-5
12. Yang, Y.-Z., Li, T., Teng, R.-M., Han, M.-H. & Zhuang, J. (2021). Low temperature effects on carotenoids biosynthesis in the leaves of green and albino tea plant (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze). Sci. Hort., 285, 110164. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110164
13. Johnston, M., Grof, C.P.L. & Brownell, P.F. (1989). Chlorophyll a/b ratios and photosystem activity of mesophyll and bundle sheath fractions from sodium-deficient C4 plants. Aust. J. Plant Physiol., 16, pp. 449-457. https://doi.org/10.1071/PP9890449
14. Loggini, B., Scartazza, A., Brugnoli, E. & Navari-Izzo, F. (1999). Antioxidant defense system, pigment composition and photosynthetic efficiency in two wheat cultivars subjected to drought. Plant Physiol., 119, No. 3, pp. 1091-1099. https://doi.org/10.1104/pp.119.3.1091
15. Kosakivska, I.V., Babenko, L.M., Romanenko, K.O. & Futorna, O.A. (2020). Effects of exogenous bacterial quorum sensing signal molecule (messenger) N-hexanoyl-L-homoserine lactone (C6-HSL) on morphological and physiological responses of winter wheat under simulated acid rain. Dopov. Nac. Akad. nauk Ukr., No. 8, pp. 92-100. https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.08.092
16. Wellburn, A. (1994). The spectral determination of chlorophyll a and chlorophyll b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. J. Plant Physiol., 144, No. 3, pp. 307-313. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2
17. Berry, J. & Bjorkman, O. (1980). Photosynthetic response and adaptation to temperature in higher plants. Annu. Rev. Plant Physiol., 31, No. 1, pp. 491-543. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.31.060180.002423
18. Li, D. (2018). The plant functional traits of arid and semiarid grassland plants under warming and precipitation change. In: Ratnadewi, D. & Hamim (Eds.). Plant growth and regulation-alterations to sustain unfavorable conditions. Intech Open. https://doi.org/10.5772/intechopen.79744
19. Liu, Y. (2020). Optimum temperature for photosynthesis: from leaf- to ecosystem-scale. Sci. Bull. (Beijing), 65, No. 8, pp. 601-604. https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.01.006
20. Gong, C.M., Ning, P.B. & Wang, G.X.A. (2009). Review of adaptable variations and evolution of photosynthetic carbon assimilating pathway in C3 and C4 plants. Chin. J. Plant Ecol., 33, pp. 206-221.
21. Cui, L., Li, J., Fan, Y., Xu, S. & Zhang, Z. (2006). High temperature effects on photosynthesis, PSII functionality and antioxidant activity of two Festuca arundinacea cultivars with different heat susceptibility. Bot. Stud., 47, No. 1, pp. 61-69.
22. Simkin, A.J., Kapoor, L., Doss, C.G.P., Hofmann, T.A., Lawson, T. & Ramamoorthy, S. (2022). The role of photosynthesis related pigments in light harvesting, photoprotection and enhancement of photosynthetic yield in planta. Photosynth. Res., 152, No. 1, pp. 23-42. https://doi.org/10.1007/s11120-021-00892-6
23. Anjum, S.A., Xie, X., Wang, L.C., Muhammad, S.F., Man, C. & Lei, W. (2011). Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. Afr. J. Agric. Res., 6, pp. 2026-2032. https://doi.org/10.5897/AJAR10.027
24. Almeselmani, M., Abdullah, F., Hareri, F., Naaesan, M., Adel Ammar, M., ZuherKanbar, O. & Alrzak Saud, A. (2011). Effect of drought on different physiological characters and yield component in different varieties of Syrian durum wheat. J. Agr. Sci., 3, pp. 127-133. https://doi.org/10.5539/jas.v3n3p127
25. Fotovat, R., Valizadeh, M. & Toorchi, M. (2007). Association between water-use efficiency components and total chlorophyll content (SPAD) in wheat (Triticum aestivum L.) under well-watered and drought stress conditions. J. Food Agr. Env., 5, pp. 225-227.
26. Ashraf, M.Y., Azmi, A.R., Khan, A.H. & Ala, S.A. (1994). Effect of water stress on total phenol, peroxidase activity and chlorophyll contents in wheat (Triticum aestivum L.). Acta Physiol. Plant., 16, pp. 185-191.