Активность фотосинтетических пигментов и антиоксидантной системы у подсолнечника в условиях стресса от засухи
https://doi.org/10.30901/2227-8834-2024-3-71-77
Аннотация
Актуальность. Исследование имеет особое значение ввиду усиливающихся темпов мировой аридизации климата. Статья посвящена результатам эксперимента по влиянию засухи на физиологический статус проростков сорта ‘Посейдон 625’ важной продовольственной культуры – подсолнечника (Helianthus annuus L.).
Материалы и методы. Эксперимент включал группу контрольных образцов, выращенных при достаточном увлажнении, и четыре импактных группы, подвергавшихся осмотическому стрессу. Интенсивность накопления продуктов перикисного окисления липидов (ПОЛ) определяли по реакции малонового диальдегида (МДА) с тиобарбетуровой кислотой; активность каталазы – фотоколориметрическим методом, основанном на взаимодействии перекиси водорода с йодистым калием; содержание пигментов (Хл а, Хл b, Кар) – спектрофотометрически в ацетоновом экстракте.
Результаты. Выяснено, что у импактных групп опыта степень накопления ПОЛ многократно превышает значения контрольных, что подтверждается быстрым нарастанием концентрации МДА в ответ на усиливающийся дефицит воды. Накопление свободных радикалов кислорода запускает механизмы антиоксидантной защиты проростков путем синтеза каталазы, концентрация которой нарастает пропорционально накоплению ПОЛ. Одновременно быстрое накопление ПОЛ в условиях отсутствия полива и осмотического стресса 3 и 5 атм приводит к супрессии низкомолекулярных компонентов защиты – каротиноидов и активации их синтеза только при достижении критических значений осмотического стресса.
Заключение. В результате проведенного эксперимента установлено, что каталаза является основным компонентом антиоксидантной защиты у проростков подсолнечника. За счет активации ее синтеза происходит снижение концентраций Хл а и Хл b, что является свидетельством как активации механизмов защиты фотосинтетической активности проростков, так и их антиоксидантного статуса.
Ключевые слова
Об авторах
Д. Г. ФедороваРоссия
Дарья Геннадьевна Федорова, кандидат биологических наук, директор ботанического сада
460018, Оренбург, пр. Победы, 13
Н. М. Назарова
Россия
Наталья Михайловна Назарова, кандидат биологических наук, руководитель научной группы ботанического сада
460018, Оренбург, пр. Победы, 13
Б. С. Укенов
Россия
Булат Сирикбаевич Укенов, кандидат биологических наук, доцент
460018, Оренбург, пр. Победы, 13
Список литературы
1. Batra N.G., Sharma V., Kumari N. Drought-induced changes in chlorophyll fluorescence, photosynthetic pigments, and thylakoid membrane proteins of Vigna radiata. Journal of Plant Interactions. 2014;9(1):712-721. DOI: 10.1080/17429145.2014.905801
2. Carvalho M., Castro I., Moutinho-Pereira J., Correia C., EgeaCortines M., Matos M. et al. Evaluating stress responses in cowpea under drought stress. Journal of Plant Physiology. 2019;241:153001. DOI: 10.1016/j.jplph.2019.153001
3. Chen J., Zhao X., Zhang Y., Li Y., Luo Y., Ning Z. et al. Effects of drought and rehydration on the physiological responses of Artemisia halodendron. Water. 2019;11(4):793. DOI: 10.3390/w11040793
4. Chowdhury M.K., Hasan M.A., Bahadur M.M., Islam M.R., Hakim M.A., Iqbal M.A. et al. Evaluation of drought tolerance of some wheat (Triticum aestivum L.) genotypes through phenology, growth, and physiological Indices. Agronomy. 2021;11(9):1792. DOI: 10.3390/agronomy11091792
5. Demidchik V. Mechanisms of oxidative stress in plants: From classical chemistry to cell biology. Environmental and Experimental Botany. 2015;109:212-228. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2014.06.021
6. Дейнека В.И., Шапошников А.А., Дейнека Л.А., Гусева Т.С., Вострикова С.М., Шенцева Е.А. и др. Каротиноиды: строение, биологические функции и перспективы применения. Актуальные проблемы медицины. 2008;6-2(46):19-25.
7. Đurić M., Subotić A., Prokić L., Trifunović-Momčilov M., Cingel A., Vujičić M. et al. Morpho-physiological and molecular evaluation of drought and recovery in Impatiens walleriana grown ex vitro. Plants. 2020;9(11):1559. DOI: 10.3390/plants9111559
8. Гагаринский Е.Л., Филимонов В.В., Касаткин М.Ю. Влияние осмотического стресса на развитие проростков мягкой пшеницы. Бюллетень Ботанического сада Саратовского государственного университета. 2014;(12):162-171.
9. Heath R.L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics. 1968;125(1):189-198. DOI: 10.1016/0003-9861(68)90654-1
10. Kapoor D., Bhardwaj S., Landi M., Sharma A., Ramakrishnan M., Sharma A. The impact of drought in plant metabolism: How to exploit tolerance mechanisms to increase crop production. Applied Sciences. 2020;10(16):5692. DOI: 10.3390/app10165692
11. Maehly A.C., Chance B. The assay of catalases and peroxidases. In: D. Glick (ed.). Methods of Biochemical Analysis. Vol. 1. New York: Interscience Publications; 1954. p.358-424. DOI: 10.1002/9780470110171.ch14
12. Mahmood T., Khalid S., Abdullah M., Ahmed Z., Shah M.K.N., Ghafoor A. et al. Insights into drought stress signaling in plants and the molecular genetic basis of cotton drought tolerance. Cells. 2020;9(1):105. DOI: 10.3390/cells9010105
13. Miller G., Suzuki N., Ciftci-Yilmaz S., Mittler R. Reactive oxygen species homeostasis and signalling during drought and salinity stresses. Plant, Cell and Environment. 2010;33(4):453-467. DOI: 10.1111/j.1365-3040.2009.02041.x
14. Nikolaeva M.K., Maevskaya S.N., Shugaev A.G., Bukhov N.G. Effect of drought on chlorophyll content and antioxidant enzyme activities in leaves of three wheat cultivars varying in productivity. Russian Journal of Plant Physiology. 2010;57(1):87-95. DOI: 10.1134/S1021443710010127
15. Saha S., Begum H.H.; Nasrin S., Samad R. Effects of drought stress on pigment and protein contents and antioxidant enzyme activities in five varieties of rice (Oryza sativa L.). Bangladesh Journal of Botany. 2020;49(4):997-1002. DOI: 10.3329/bjb.v49i4.52516
16. Sharma A., Kumar V., Shahzad B., Ramakrishnan M., Sidhu G.P.S., Bali A.S. et al. Photosynthetic response of plants under different abiotic stresses: a review. Journal of Plant Growth Regulation. 2020;39(2):509-531. DOI: 10.1007/s00344-019-10018-x
17. Шлык А.А. О спектрофотометрическом определении хлорофиллов a и b. Биохимия. 1968;33(2):275-285.
18. Тютерева Е.В., Дмитриева В.А., Войцеховская О.В. Хлорофилл b как источник сигналов, регулирующих развитие и продуктивность растений (обзор). Сельскохозяйственная биология. 2017;52(5):843-855. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.5.843rus
19. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: методическое руководство / под ред. Г.В. Удовенко. Ленинград: ВИР; 1988.
20. Wasaya A., Manzoor S., Yasir T.A., Sarwar N., Mubeen K., Ismail I.A. et al. Evaluation of fourteen bread wheat (Triticum aestivum L.) genotypes by observing gas exchange parameters, relative water and chlorophyll content, and yield attributes under drought stress. Sustainability. 2021;13(9):4799. DOI: 10.3390/su13094799
21. Xie H., Li M., Chen Y., Zhou Q., Liu W., Liang G. et al. Important physiological changes due to drought stress on oat. Frontiers in Ecology and Evolution. 2021;9:644726. DOI: 10.3389/fevo.2021.644726
Рецензия
Для цитирования:
Федорова Д.Г., Назарова Н.М., Укенов Б.С. Активность фотосинтетических пигментов и антиоксидантной системы у подсолнечника в условиях стресса от засухи. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2024;185(3):71-77. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2024-3-71-77
For citation:
Fedorova D.G., Nazarova N.M., Ukenov B.S. Activity of photosynthetic pigments and the antioxidant system in sunflower under drought stress. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2024;185(3):71-77. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2227-8834-2024-3-71-77