vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2025-1-27-37vir-nw-2245Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESОсобенности прорастания семян гороха под действием мицелиально-субстратного экстракта вешенкиFeatures of pea seed germination under the effect of an extract from the mycelium substrate for oyster mushroom cultivationhttps://orcid.org/0000-0001-7774-6968ТарасовС. С.TarasovS. S.

Сергей Сергеевич Тарасов, старший преподаватель

603107 Нижний Новгород, пр. Гагарина, 97

Sergey S. Tarasov, Senior Lecturer

97 Gagarina Ave., Nizhny Novgorod 603107

Tarasov_ss@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4320-8410МихалевЕ. В.MikhalevE. V.

Евгений Васильевич Михалев, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

603107 Нижний Новгород, пр. Гагарина, 97

Evgeniy V. Mikhalev, Cand. Sci. (Agriculture), Associate Professor

97 Gagarina Ave., Nizhny Novgorod 603107

zajakyn1898@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0456-7923КрутоваЕ. К.KrutovaE. K.

Елена Константиновна Крутова, кандидат биологических наук, доцент, заведующая кафедрой

603107 Нижний Новгород, пр. Гагарина, 97

Elena K. Krutova, Cand. Sci. (Biology), Associate Professor, Head of a Department

97 Gagarina Ave., Nizhny Novgorod 603107

elena.krutova@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0008-9023-7592ПредеинаИ. В.PredeinaI. V.

Ирина Викторовна Предеина, ассистент

603104, Нижний Новгород, ул. Гагарина, 70

Irina V. Predeina, Assistant

70 Gagarina Ave., Nizhny Novgorod 603104

job.piv@gmail.comНижегородский государственный агротехнологический университет имени Л.Я. ФлорентьеваРоссияNizhny Novgorod State Agrotechnological UniversityRussian FederationПриволжский исследовательский медицинский университетРоссияPrivolzhsky Research Medical UniversityRussian Federation20251004202518612737Copyright © Тарасов С.С., Михалев Е.В., Крутова Е.К., Предеина И.В., 20252025Тарасов С.С., Михалев Е.В., Крутова Е.К., Предеина И.В.Tarasov S.S., Mikhalev E.V., Krutova E.K., Predeina I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/2245Актуальность

Актуальность. В работе отражены исследования, показывающие способность водного экстракта из отработанного соломенного субстрата вешенки (далее – «экстракт») регулировать рост и развитие гороха.

Материалы и методы

Материалы и методы. Опытные семена гороха сорта ‘Альбумен’ замочили в 10и 100-процентном экстракте, а далее культивировали в течение восьми суток на гидропонной среде в соответствующих растворах экстракта и в почве (серая лесная). Контролем служили растения, которые замачивали в водопроводной воде, культивировали на ней (гидропоника) и поливали водой (почва). Эффективность действия экстракта оценивали по ростовым показателям, содержанию фотосинтетических пигментов, экспрессии одного из генов, кодирующих активазу рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (RCA), и двух генов, кодирующих изоамилазу (ISA-1, ISA-2).

Результаты

Результаты. Показано ингибирование прорастания семян в первые сутки под действием 10и 100-процентного экстракта. В суточных опытных прорастающих семенах отмечалось большее содержание сухого вещества и снижение экспрессии всех генов ISA, что свидетельствует о замедлении инициации прорастания семян. Установлено снижение скорости прорастания у семян, культивируемых с применением 100-процентного экстракта, а у семян, проращиваемых с применением 10-процентного экстракта, данный показатель не отличался от контрольного. Содержание фотосинтетических пигментов в опытных группах растений (100-процентная концентрация экстракта), выращенных на гидропонике, было ниже, а у растений, выращенных в почве, выше, чем у контрольных образцов.

Заключение

Заключение. Экстракт в обоих дозах подавлял прорастание семян гороха и тормозил рост и развитие проростков при культивировании на гидропонной среде, состоящей из экстракта. Однако было выявлено усиление ростовых процессов и экспрессии исследуемых генов при поливе гороха экстрактом в почвенной среде.

Background

Background. The presented study demonstrates the ability of an aqueous extract from the used straw substrate for oyster mushrooms (hereinafter referred to as “the extract”) to regulate pea plant growth and development.

Materials and methods

Materials and methods. Experimental seeds of the pea cultivar ‘Albumen’ were soaked in 10% and 100% extracts and then cultivated for eight days on a hydroponic medium in the respective extract solutions and on soil (gray forest). The control plants were soaked in tap water, cultivated in it (hydroponics), and watered (soil). The extract’s effectiveness was assessed according to growth indicators, the content of photosynthetic pigments, and the expression of one of the genes encoding ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase activase (RCA) and two genes encoding isoamylase (ISA-1 and ISA-2).

Results

Results. Inhibition of seed germination on the first day under the effect of 10% and 100% extracts was shown. Higher dry matter content and a decrease in the expression of all ISA genes were observed in the day-old germinating experimental seeds, indicating a slowdown in the initiation of seed germination. A decrease in the germination rate was recorded in the seeds cultivated with the 100% extract, while for those germinated with the 10% extract, this indicator did not differ from the control. The content of photosynthetic pigments in the experimental plant groups (100% concentration of the extract) grown in hydroponics was lower, and in those grown on soil, it was higher than in the control samples.

Conclusion

Conclusion. The extract in both doses suppressed the germination of pea seeds and inhibited the growth and development of seedlings when cultivated on a hydroponic medium consisting of the extract. However, enhanced growth processes and increased expression of the studied genes were observed when pea plants were watered with the extract in a soil environment.

регуляторы роста и развития растенийэлиситорыгрибные экстрактыпрорастание семянфотосинтетические пигментыэкспрессия генов RCAISA-1ISA-2plant growth and development regulatorselicitorsfungal extractsseed germinationphotosynthetic pigmentsRCAISA-1ISA-2 gene expressionАвторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesArnon D.I. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology. 1949;24(1):115. DOI: 10.1104/pp.24.1.1Arnon D.I. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology. 1949;24(1):115. DOI: 10.1104/pp.24.1.1Colman S.L., Salcedo M.F., Mansilla A.Y., Iglesias M.J., Fiol D.F., Martín-Saldaña S. et al. Chitosan microparticles improve tomato seedling biomass and modulate hormonal, redox and defense pathways. Plant Physiology and Biochemistry. 2019;143:203-211. DOI: 10.1016/j.plaphy.2019.09.002Colman S.L., Salcedo M.F., Mansilla A.Y., Iglesias M.J., Fiol D.F., Martín-Saldaña S. et al. Chitosan microparticles improve tomato seedling biomass and modulate hormonal, redox and defense pathways. Plant Physiology and Biochemistry. 2019;143:203-211. DOI: 10.1016/j.plaphy.2019.09.002De Britto S., Joshi S.M., Jogaiah S. Trehalose: A mycogenic cell wall elicitor elicit resistance against leaf spot disease of broccoli and acts as a plant growth regulator. Biotechnology Reports. 2021;32:e00690. DOI: 10.1016/j.btre.2021.e00690De Britto S., Joshi S.M., Jogaiah S. Trehalose: A mycogenic cell wall elicitor elicit resistance against leaf spot disease of broccoli and acts as a plant growth regulator. Biotechnology Reports. 2021;32:e00690. DOI: 10.1016/j.btre.2021.e00690Elsakhawy T., AlKahtani M.D.F., Sharshar A.A.H., Attia K.A., Hafez Y.M., Abdelaal K.A.A. Efficacy of mushroom metabolites (Pleurotus ostreatus) as a natural product for the suppression of broomrape growth (Orobanche crenata Forsk) in faba bean. Plants (Basel). 2020;9(10):1265. DOI: 10.3390/plants9101265Elsakhawy T., AlKahtani M.D.F., Sharshar A.A.H., Attia K.A., Hafez Y.M., Abdelaal K.A.A. Efficacy of mushroom metabolites (Pleurotus ostreatus) as a natural product for the suppression of broomrape growth (Orobanche crenata Forsk) in faba bean. Plants (Basel). 2020;9(10):1265. DOI: 10.3390/plants9101265Faugeron-Girard C., Gloaguen V., Koçi R., Célérier J., Raynaud A., Moine C. Use of a Pleurotus ostreatus complex cell wall extract as elicitor of plant defenses: from greenhouse to field trial. Molecules. 2020;25(5):1094. DOI: 10.3390/molecules25051094Faugeron-Girard C., Gloaguen V., Koçi R., Célérier J., Raynaud A., Moine C. Use of a Pleurotus ostreatus complex cell wall extract as elicitor of plant defenses: from greenhouse to field trial. Molecules. 2020;25(5):1094. DOI: 10.3390/molecules25051094Гланц С. Медико-биологическая статистика. Москва: Практика; 1999. URL: https://medstatistic.ru/articles/glantz.pdf [дата обращения: 12.02.2014].Glanz S.A. Primer of Biostatistics. Moscow: Praktika; 1999. [in Russian] URL: https://medstatistic.ru/articles/glantz.pdf [дата обращения: 12.02.2014].Gong M., Guan Q., Lin T., Lan J., Liu S. Effects of fungal elicitors on seed germination and tissue culture of Cymbidium goeringii. AIP Conference Proceedings. 2018;1956:020045. DOI: 10.1063/1.5034297Gong M., Guan Q., Lin T., Lan J., Liu S. Effects of fungal elicitors on seed germination and tissue culture of Cymbidium goeringii. AIP Conference Proceedings. 2018;1956:020045. DOI: 10.1063/1.5034297ГОСТ 12038-84. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Москва: Стандартинформ; 1986. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-12038-84 [дата обращения: 22.05.2024].GOST 12038-84. Interstate standard. Agricultural seeds. Methods for determination of germination. Moscow: Standartinform; 1986. [in Russian] URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-12038-84 [дата обращения: 22.05.2024].ГОСТ 12041-82. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения влажности. Москва: Стандартинформ; 1982. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-12041-82 [дата обращения: 22.05.2024].GOST 12041-82. Interstate standard. Seed of farm crops. Method for determination of moisture content. Moscow: Standartinform; 1982. [in Russian] URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-12041-82 [дата обращения: 22.05.2024].Изосимов А.А. Физико-химические свойства, биологическая активность и детоксицирующая способность гуминовых препаратов, отличающихся генезисом органического сырья: дис. … канд. биол. наук. Москва: Московский государственный университет; 2016.Izosimov A.A. Physico-chemical properties, biological activity and detoxifying ability of humic preparations differing in the genesis of organic raw materials (Fisiko-khimicheskiye svoystva, biologicheskaya aktivnost i detoksitsiruyushchaya sposobnost guminovykh preparatov, otlichayushchikhsya genezisom organicheskogo syrya) [dissertation]. Moscow: Moscow State University; 2016. [in Russian]Keypour S., Hassani S.B., Motevalli S., Irankhahi P. Aqueous extracts of medicinal mushrooms Ganoderma lucidum and Pleurotus eryngii (Agaricomycetes) can affect seed germination and seedling survival. International Journal of Medicinal Mushrooms. 2022;24(4):75-81. DOI: 10.1615/intjmedmushrooms.2022043470Keypour S., Hassani S.B., Motevalli S., Irankhahi P. Aqueous extracts of medicinal mushrooms Ganoderma lucidum and Pleurotus eryngii (Agaricomycetes) can affect seed germination and seedling survival. International Journal of Medicinal Mushrooms. 2022;24(4):75-81. DOI: 10.1615/intjmedmushrooms.2022043470Куликова Н.А., Перминова И.В., Лебедева Г.Ф., Маторин Д.Н. Влияние органического вещества водной и щелочной вытяжек торфа на фотосинтез растений. Вестник Московского университета. Серия 16, Биология. 1997;(2):36-41.Kulikova N.A., Perminova I.V., Lebedeva G.F., Matorin D.N. The influence of organic matter in aqueous and alkaline peat extracts on plant photosynthesis (Vliyaniye organicheskogo veshchestva vodnoy i shchelochnoy vytyazhek torfa na fotosintez rasteniy). Moscow University Bulletin. Series 16, Biology. 1997;(2):36-41. [in Russian]Li R., He J., Xie H., Wang W., Bose S.K., Sun Y. et al. Effects of chitosan nanoparticles on seed germination and seedling growth of wheat (Triticum aestivum L.). International Journal of Biological Macromolecules. 2019;126:91-100. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2018.12.118Li R., He J., Xie H., Wang W., Bose S.K., Sun Y. et al. Effects of chitosan nanoparticles on seed germination and seedling growth of wheat (Triticum aestivum L.). International Journal of Biological Macromolecules. 2019;126:91-100. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2018.12.118Ling Y., Zhao Y., Cheng B., Tan M., Zhang Y., Li Z. Seed priming with chitosan improves germination characteristics associated with alterations in antioxidant defense and dehydration-responsive pathway in white clover under water stress. Plants (Basel). 2022:11(15):2015. DOI: 10.3390/plants11152015Ling Y., Zhao Y., Cheng B., Tan M., Zhang Y., Li Z. Seed priming with chitosan improves germination characteristics associated with alterations in antioxidant defense and dehydration-responsive pathway in white clover under water stress. Plants (Basel). 2022:11(15):2015. DOI: 10.3390/plants11152015Nardi S., Pizzeghello D., Muscolo A., Vianello A. Physiological effects of humic substances on higher plants. Soil Biology and Biochemistry. 2002;34(11):1527-1536. DOI: 10.1016/S0038-0717(02)00174-8Nardi S., Pizzeghello D., Muscolo A., Vianello A. Physiological effects of humic substances on higher plants. Soil Biology and Biochemistry. 2002;34(11):1527-1536. DOI: 10.1016/S0038-0717(02)00174-8Обручева Н.В., Антипова О.В. Морфология и физиология прорастания семян. В кн.: Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции: в 3-х томах. Т. 2 / под ред. Т.Б. Батыгиной. Санкт-Петербург: Мир и семья; 1997. С.667-681.Obrucheva N.V., Antipova O.V. Morphology and physiology of seed germination (Morfologiya i fiziologiya prorastaniya semyan). In: T.B. Batygina (ed.). Embryology of Flowering Plants. Terminology and Concepts: In 3 Volumes. Vol. 2. St. Petersburg: Mir i Semya; 1997. p.667-681. [in Russian] (Обручева Н.В., Антипова О.В. Морфология и физиология прорастания семян. В кн.: Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции: в 3-х томах. Т. 2 / под ред. Т.Б. Батыгиной. Санкт-Петербург: Мир и семья; 1997. С.667-681).Olaetxea M., De Hita D., Garcia C.A., Fuentes M., Baigorri R., Mora V. et al. Hypothetical framework integrating the main mechanisms involved in the promoting action of rhizospheric humic substances on plant rootand shootgrowth. Applied Soil Ecology. 2018;123:521-537. DOI: 10.1016/j.apsoil.2017.06.007Olaetxea M., De Hita D., Garcia C.A., Fuentes M., Baigorri R., Mora V. et al. Hypothetical framework integrating the main mechanisms involved in the promoting action of rhizospheric humic substances on plant rootand shootgrowth. Applied Soil Ecology. 2018;123:521-537. DOI: 10.1016/j.apsoil.2017.06.007Olaetxea M., Mora V., Bacaicoa E., Baigorri R., Garnica M., Fuentes M. et al. Root ABA and H+-ATPase are key players in the root and shoot growth-promoting action of humic acids. Plant Direct. 2019;3(10):e00175. DOI: 10.1002/pld3.175Olaetxea M., Mora V., Bacaicoa E., Baigorri R., Garnica M., Fuentes M. et al. Root ABA and H+-ATPase are key players in the root and shoot growth-promoting action of humic acids. Plant Direct. 2019;3(10):e00175. DOI: 10.1002/pld3.175Пищик В.Н., Бойцова Л.В., Воробьев Н.И. Влияние гуминовых веществ на растения и ризосферные микроорганизмы в растительно-микробных системах. Агрохимия. 2019;(3):85-95. DOI: 10.1134/S0002188119030116Pishchik V.N., Boytsova L.V., Vorob’ev N.I. Effect of humic substances on plants and rhizosphere microorganisms in plant–microbial systems. Agricultural Chemistry. 2019;(3):85-95. [in Russian] DOI: 10.1134/S0002188119030116Попов А.И. Возможные механизмы действия гуминовых веществ при их попадании в растения. В кн.: Гуминовые вещества в биосфере. Труды IV Всероссийской научной конференции; 19–21 декабря 2007 г.; г. Москва. Москва; 2007. С.509-514.Popov A.I. Possible mechanisms of the effect of humic substances when they enter plants (Vozmozhnye mekhanizmy deystviya guminovykh veshchestv pri ikh popadanii v rasteniya). In: Humic Substances in the Biosphere. Proceedings of the 4th All-Russian Scientific Conference; December 19–21, 2007; Moscow. Moscow; 2007. p.509-514. [in Russian]ПЦР в реальном времени / под ред. Д.В. Ребрикова. 2-е изд. Москва: Лаборатория знаний; 2009.Rebrikov D.V. (ed.). Real-time PCR (PTsR v realnom vremeni). 2nd ed. Moscow: Laboratoriya Znaniy; 2009. [in Russian]Sakr M.T., El-Sarkassy N.M., Fuller M.P. Exogenously applied antioxidants and biostimulants counteract the adverse effect of biotic stress in wheat plant. Agricultural Research and Technology. 2017;12(4):555853. DOI: 10.19080/artoaj.2017.12.555853Sakr M.T., El-Sarkassy N.M., Fuller M.P. Exogenously applied antioxidants and biostimulants counteract the adverse effect of biotic stress in wheat plant. Agricultural Research and Technology. 2017;12(4):555853. DOI: 10.19080/artoaj.2017.12.555853Smolikova G., Medvedev S. Seed-to-seedling transition: novel aspects. Plants (Basel). 2022;11(15):1988. DOI: 10.3390/plants11151988Smolikova G., Medvedev S. Seed-to-seedling transition: novel aspects. Plants (Basel). 2022;11(15):1988. DOI: 10.3390/plants11151988Smythers A.L., McConnell E.W., Lewis H.C., Mubarek S.N., Hicks L.M. Photosynthetic metabolism and nitrogen reshuffling are regulated by reversible cysteine thiol oxidation following nitrogen deprivation in Chlamydomonas. Plants (Basel). 2020;9(6):784. DOI: 10.3390/plants9060784Smythers A.L., McConnell E.W., Lewis H.C., Mubarek S.N., Hicks L.M. Photosynthetic metabolism and nitrogen reshuffling are regulated by reversible cysteine thiol oxidation following nitrogen deprivation in Chlamydomonas. Plants (Basel). 2020;9(6):784. DOI: 10.3390/plants9060784Song J., Shang L., Wang X., Xing Y., Xu W., Zhang Y. et al. MAPK11 regulates seed germination and ABA signaling in tomato by phosphorylating SnRKs. Journal of Experimental Botany. 2021:72(5):1677-1690. DOI: 10.1093/jxb/eraa564Song J., Shang L., Wang X., Xing Y., Xu W., Zhang Y. et al. MAPK11 regulates seed germination and ABA signaling in tomato by phosphorylating SnRKs. Journal of Experimental Botany. 2021:72(5):1677-1690. DOI: 10.1093/jxb/eraa564Tarasov S.S., Krutova E.K. Oxidative homeostasis in germinating pea seeds (Pisum sativum L.) depending on ultrasonic exposure duration. Biophysics. 2023;68:435-442. DOI: 10.1134/S0006350923030211Tarasov S.S., Krutova E.K. Oxidative homeostasis in germinating pea seeds (Pisum sativum L.) depending on ultrasonic exposure duration. Biophysics. 2023;68:435-442. DOI: 10.1134/S0006350923030211Тарасов С.С., Михалёв Е.В., Речкин А.В., Крутова Е.К. Регуляторы роста и развития растений: классификация, природа и механизм действия. Агрохимия. 2023;(9):65-80. DOI: 10.31857/S0002188123090120Tarasov S.S., Mikhalev E.V., Rechkin A.V., Krutova E.K. Plant growth and development regulators: classification, nature and mechanism of action. Agricultural Chemistry. 2023;(9):65-80 [in Russian] DOI: 10.31857/S0002188123090120To J.P.C., Reiter W.D., Gibson S.I. Mobilization of seed storage lipid by Arabidopsis seedlings is retarded in the presence of exogenous sugars. BMC Plant Biology. 2002;2:4. DOI: 10.1186/1471-2229-2-4To J.P.C., Reiter W.D., Gibson S.I. Mobilization of seed storage lipid by Arabidopsis seedlings is retarded in the presence of exogenous sugars. BMC Plant Biology. 2002;2:4. DOI: 10.1186/1471-2229-2-4

The authors declare that there are no conflicts of interest present.