Y(II) и NPQ – перспективные показатели фотосинтеза для прогнозирования засухоустойчивости ячменя

   Целью настоящей работы являлся поиск фотосинтетических показателей-предикторов устойчивости к засухе у растений ячменя, определяемых на ранних стадиях развития, и верификация полученных результатов в полевых условиях.

   Исследования проводили на ячмене сортов Леон, Ратник и Фокс 1, используемых в мутационной селекции для создания засухоустойчивых генотипов. Засуха моделировалась прекращением полива, устойчивость растений оценивалась по изменениям показателей флуоресценции хлорофилла (Fv /Fm, Y(II), NPQ) и морфометрических показателей (длина листьев, сырая и сухая масса) по сравнению с контрольной группой с нормальным водообеспечением. В бесстрессовых условиях растения сорта Леон демонстрировали статистически значимо меньшую эффективность фотосинтеза по параметрам Y(II) и Fv /Fm (0,535 ± 0,005 и 0,776 ± 0,004 соответственно) в сравнении с другими сортами (0,577 ± 0,005 и 0,788 ± 0,001 – для сорта Фокс 1; 0,574 ± 0,004 и 0,787 ± 0,001 – для сорта Ратник). При моделировании засухи отмечено снижение всех морфометрических показателей относительно контроля для всех сортов с наибольшей степенью угнетения для сорта Ратник (70,16 ± 3,88 %; 8,09 ± 0,73 %; 68,50 ± 4,42 % для длины листьев, сырой и сухой массы соответственно) и наименьшей – для сорта Леон (88,06 ± 7,83 %; 26,51 ± 7,11 %; 79,32 ± 11,17 % соответственно). Снижение интенсивности фотосинтеза проявлялось в подавлении Fv /Fm и Y(II) и увеличении NPQ с наиболее ранними изменениями параметров Y(II) и NPQ у Фокс 1 и Ратник (на 4-й и 5-й день соответственно) по сравнению с Леон (на 7-й день). В полевых условиях оценивалась урожайность сортов и ее зависимость от количества осадков. Выявлена положительная корреляция между разностью урожайности двух контрастных по ответу на засуху сортов Леон и Ратник и количеством осадков в период активной вегетации в 2014–2017 и 2022 гг. (R2-Пирсона = 0,77, р < 0,05). Наиболее чувствительными параметрами фотосинтеза, по которым можно прогнозировать устойчивость к недостатку влаги, представляются Y(II) и NPQ.

1. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд., перераб. и доп. М.: Альянс, 2014. 351 с.

2. Методика Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. Москва: ООО Группа компаний «Море», 2019. 384 с.

3. Расписание погоды [Электронный ресурс]. URL: https://rp5.ru/Архив_погоды_в_Зернограде (дата обращения 20. 07. 2023).

4. Bashir N., Athar H.-u.-R., Kalaji H. M., Wróbel J., Mahmood S., Zafar Z. U., Ashraf M. Is Photoprotection of PSII One of the Key Mechanisms for Drought Tolerance in Maize? // International Journal of Molecular Sciences. 2021. Vol. 22, Article number: 13490. DOI: 10.3390/ijms222413490

5. Choudhury F. K., Rivero R. M., Blumwald E., Mittler R. Reactive oxygen species, abiotic stress and stress combination // The Plant Journal. 2017. Vol. 90, № 5. P. 856–867. DOI: 10.1111/tpj.13299

6. Dalal V. K. Modulation of photosynthesis and other proteins during water-stress // Molecular Biology Reports. 2021. Vol. 48, № 4. P. 3681–3693. DOI: 10.1007/s11033-021-06329-6

7. Fahad S., Bajwa A. A., Nazir U., Anjum S. A., Farooq A., Zohaib A., Sadia S., Nasim W., Adkins S., Saud S., Ihsan M. Z., Alharby H., Wu C., Wang D., Huang J. Crop Production under Drought and Heat Stress: Plant Responses and Management Options // Frontiers in Plant Science. 2017. Vol. 8, Article number: 1147. DOI: 10.3389/fpls.2017.01147

8. Maxwell K., Johnson G. N. Chlorophyll fluorescence-a practical guide // Journal of Experimental Botany. 2000. Vol. 51. P. 659–668. DOI: 10.1093/jexbot/51.345.659

9. Nowicka B., Ciura J., Szymańska R., Kruk J. Improving photosynthesis, plant productivity and abiotic stress tolerance – current trends and future perspectives // Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 231, P. 415–433. DOI: 10.1016/j.jplph.2018.10.022

10. Parthasarathy A., Savka M.A., Hudson A.O. The Synthesis and Role of β-Alanine in Plants // Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 10, Article number: 921. DOI: 10.3389/fpls.2019.00921

11. Pishenin I., Gorbatova I., Kazakova E., Podobed M., Mitsenyk A., Shesterikova E., Dontsova A., Dontsov D., Volkova P. Free Amino Acids and Methylglyoxal as Players in the Radiation Hormesis Effect after Low-Dose γ-Irradiation of Barley Seeds // Agriculture. 2021. Vol. 11, Article number: 918. DOI: 10.3390/agriculture11100918

12. Sun D., Robbins K., Morales N., Shu Q., Cen H. Advances in optical phenotyping of cereal crops // Trends in Plant Science. 2021. Vol. 27. P. 191–208. DOI: 10.1016/j.tplants.2021.07.015

13. Wang W. S., Wang C., Pan D. Y., Zhang Y. K., Luo B., Ji J. W. Effects of drought stress on photosynthesis and chlorophyll fluorescence images of soybean (Glycine max) seedlings // International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2018. Vol. 11, № 2. P. 196–201. DOI: 10.25165/j.ijabe.20181102.3390