Адаптивный потенциал ячменя при токсичном воздействии кадмия в различных условиях оценки

Актуальность. Определение уровня совместимости реакции генотипов ячменя (Hordeum vulgare L.) на токсичность кадмия в различных тест-системах актуально для повышения объективности оценки их стрессоустойчивости. Цель работы заключалась в сравнительном анализе устойчивости ячменя к кадмию в лабораторных и вегетационных опытах.
Материалы и методы. Объектами исследования служили 9 сортов ячменя различного эколого-географического происхождения. Оценку устойчивости сортов к кадмию проводили в рулонной культуре. Полученные данные сопоставляли с результатами вегетационного опыта.
Результаты и заключение. Токсический эффект 20 и 50 мг/дм3 Cd2+проявлялся в снижении длины корней и ростков проростков ячменя, а также асинхронности их роста. Сорта ячменя с более высокой урожайностью в условиях кадмиевого стресса, характеризовались большим содержанием свободных фенольных соединений (ФС) в корнях и ростках, а также общим содержанием ФС в ростках. Наличие взаимосвязи между уровнем накопления ФС в корнях и индексом длины корня, а также между накоплением ФС в проростках и урожайностью указывает на потенциальную ценность ФС в отборе устойчивых к кадмию сортов ячменя.

1. Дикарев А.В., Дикарев Д.В., Крыленкин Д.В. Сортовая дифференциация ярового ячменя по устойчивости к кадмию на основе морфометрических, биохимических показателей и продуктивности. Агрохимия. 2024;(10):68-82. DOI: 10.31857/S0002188124100083

2. Elguera J.C.T., Barrientos E.Y., Wrobel Kaz., Wrobel Kat. Effect of cadmium (Cd(II)), selenium (Se(IV)) and their mixtures on phenolic compounds and antioxidant capacity in Lepidium sativum. Acta Physiologiae Plantarum. 2012;35(2):431- 441. DOI: 10.1007/s11738-012-1086-8

3. Гераськин С.А., Дикарев А.В., Дикарев В.Г., Дикарева Н.С. Анализ внутривидового полиморфизма ячменя по устойчивости к действию кадмия. Агрохимия. 2021;(8):49-56. DOI: 10.31857/S0002188121080081

4. Goncharuk E.A., Zagoskina N.V. Heavy metals, their phytotoxicity, and the role of phenolic antioxidants in plant stress responses with focus on cadmium: review. Molecules. 2023;28(9):3921. DOI: 10.3390/molecules28093921

5. Горбунова В.А., Зубкова В.М., Белозубова Н.Ю. Продуктивность и фотосинтетическая деятельность растений льна-долгунца при загрязнении почвы кадмием. Аграрная Россия. 2020;(3):27-32. DOI: 10.30906/1999-5636-2020-3-27-32

6. ГОСТ 12038-84. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Москва: Стандартинформ; 1986. URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-12038-84 [дата обращения: 04.12.2024].

7. ГОСТ Р 55488-2013. Национальный стандарт Российской Федерации. Прополис. Метод определения полифенолов. Москва: Стандартинформ; 2014. URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293774/4293774185.pdf [дата обращения: 04.12.2024].

8. Horbowicz M., Mitrus J. Impact of short-term exposure to lead and cadmium of common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) seedlings grown in hydroponic culture. Journal of Elementology. 2020;25(2):633-644. DOI: 10.5601/jelem.2019.24.4.1908

9. Ильинский А.В., Виноградов Д.В. К вопросу толерантности ярового ячменя при выращивании на почве, загрязненной комплексом тяжелых металлов. Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2016;2(30):23-28.

10. Jańczak-Pieniążek M., Cichoński J., Michalik P., Chrzanowski G. Effect of heavy metal stress on phenolic compounds accumulation in winter wheat plants. Molecules. 2022;28(1):241. DOI: 10.3390/molecules28010241

11. Косарева И.А. Изучение коллекции сельскохозяйственных культур и диких родичей по признакам устойчивости к токсическим элементам кислых почв. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;170:34-44.

12. Li Y., Rahman S.U., Qiu Z., Shahzad S.M., Nawaz M.F., Huang J. et al. Toxic effects of cadmium on the physiological and biochemical attributes of plants, and phytoremediation strategies: A review. Environmental Pollution. 2023;325:121433. DOI: 10.1016/j.envpol.2023.121433

13. Лисицын Е.М. Показатели развития корневых систем в эдафической селекции ячменя. Зернобобовые и крупяные культуры. 2018;2(26):66-71. DOI: 10.24411/2309-348X-2018-10019

14. Лукин С.В., Кононенко Л.А., Мирошникова Ю.В. Влияние кадмия на развитие фотосинтетического аппарата и урожайность яровой пшеницы. Агрохимия. 2004;(3):63-68.

15. Maksimović I., Kastori R., Krstić L., Luković J. Steady presence of cadmium and nickel affects root anatomy, accumulation and distribution of essential ions in maize seedlings. Biologia Plantarum. 2007;51:589-592. DOI: 10.1007/s10535-007-0129-2

16. Małkowski E., Sitko K., Szopiński M., Gieroń Ż., Pogrzeba M., Kalaji H.M. et al. Hormesis in plants: The role of oxidative stress, auxins and photosynthesis in corn treated with Cd or Pb. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(6):2099. DOI: 10.3390/ijms21062099

17. Moreira I.N., Martins L.L., Mourato M.P. Effect of Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb and Zn on seed germination and seedling growth of two lettuce cultivars (Lactuca sativa L.). Plant Physiology Reports. 2020;25(2):347-358. DOI: 10.1007/s40502-020-00509-5

18. Rahman M.F., Islam M., Begum M.C., Kabir A.H., Alam M.F. Genetic variation in cadmium tolerance is related to transport and antioxidant activities in field peas (Pisum sativum L.). Archives of Agronomy and Soil Science. 2016;63(4):578-585. DOI: 10.1080/03650340.2016.1224859

19. Шуплецова О.Н. Щенникова И.Н. Результаты использования клеточных технологий в создании новых сортов ячменя, устойчивых к токсичности алюминия и засухе. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016;20(5):623-628. DOI: 10.18699/VJ16.183

20. Шуплецова О.Н., Товстик Е.В. Аккумуляция кадмия и цинка регенерантами ячменя на провокационном почвенном фоне с кадмием. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2021;182(4):117-125. DOI: 10.30901/2227-8834-2021-4-117-125

21. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2023 году». Москва: Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации; 2024. URL: https://2023.ecology-gosdoklad.ru/doklad/pochvyi-zemelnye-resursy/harakteristika-pochv-i-zemelnyhresursov/ [дата обращения: 16.01.2025].

22. Sun R.C., Sun X.F., Zhang S.H. Quantitative determination of hydroxycinnamic acids in wheat, rice, rye, and barley straws, maize stems, oil palm frond fiber, and fast-growing poplar wood. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2001;49(11):5122-5129. DOI: 10.1021/jf010500r

23. Vassilev A., Lidon F.C., Ramalho J.C., do Céu Matos M., Bareiro M.G. Shoot cadmium accumulation and photosynthetic performance of barley plants exposed to high cadmium treatments. Journal of Plant Nutrition. 2004;27(5):775-795. DOI: 10.1081/PLN-120030613

24. Wang B., Lin L., Yuan X., Zhu Y., Wang Y., Li D. et al. Low-level cadmium exposure induced hormesis in peppermint young plant by constantly activating antioxidant activity based on physiological and transcriptomic analyses. Frontiers in Plant Science. 2023;14:1088285. DOI: 10.3389/fpls.2023.1088285

25. Wu F., Qian Q., Zhang G. Genotypic differences in effect of cadmium on growth parameters of barley during ontogenesis. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2003;34(13-14):2021-2034. DOI: 10.1081/CSS-120023234

26. Xu Z.M., Mei X.Q., Tan L., Li Q.S., Wang L.L., He B.Y. et al. Low root/shoot (R/S) biomass ratio can be an indicator of low cadmium accumulation in the shoot of Chinese flowering cabbage (Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee) cultivars. Environmental Science and Pollution Research International. 2018;25(36):36328-36340. DOI: 10.1007/s11356-018-3566-x