Показатели флуоресценции хлорофилла – эффективный параметр для изучения устойчивости ярового ячменя к абиотическим факторам

Растущая потребность в увеличении производства сельскохозяйственной продукции в изменяющихся климатических условиях обуславливает необходимость ускорения работ по созданию новых стрессоустойчивых сортов. Полученные в результате селекции линии нуждаются в быстрой и качественной оценке на устойчивость к различным воздействиям. В связи с высокой степенью сопряжения между активностью фотосинтетического аппарата и растения в целом эффективность фотосинтеза является одним из наиболее показательных параметров, отражающих состояние растения. Ранее было показано, что параметры флуоресценции хлорофилла могут быть эффективно использованы для скрининга устойчивости новых линий ячменя к засухе. Цель настоящей работы заключалась в тестировании новых линий ячменя к засухе и солевому стрессу в контролируемых условиях на основе параметров фотосинтеза на ранних стадиях развития растений. Исследования проводили на перспективных линиях 11027 (Зерноградский 1895), 11023 (Зерноградский 1898) и новом сорте Феникс селекции ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской». Условия засухи задавали прекращением полива растений с   14-го дня и до окончания эксперимента. Для моделирования солевого стресса использовали полив растений солевым раствором с концентрацией 600 мМ через день с 14-дневного возраста. Регистрацию параметров фотосинтеза и интенсивности транспирации проводили ежедневно начиная с 12-дневного возраста проростков. Морфометрические параметры измеряли однократно по достижении растениями возраста 30 дней. Показано, что в бесстрессовых условиях морфометрические параметры и активность фотосинтеза линии 11027 и сорта Феникс выше, чем аналогичные показатели линии 11023. Наиболее устойчивой к засухе оказался сорт Феникс. Наибольшую устойчивость к солевому стрессу проявила линия 11023. Наименьшую устойчивость к обоим абиотическим воздействиям показала линия 11027, проявив наиболее ранние изменения фотосинтетических показателей. Отмечено, что показатели флуоресценции хлорофилла позволяют получить статистически значимые различия между исследуемыми линиями с использованием меньшего количества индивидуальных растений, чем требуется для накопления данных морфометрии, что является важным преимуществом метода для применения в селекционной работе.

1. Дорошенко Е. С., Дорошенко Э. С., Шишкин Н. В. Полная иммунологическая характеристика коллекции голозерного ячменя в условиях южной зоны // Аграрный вестник Урала. 2022. № 8(223). С. 15–26. DOI: 10.32417/1997-4868-2022-223-08-15-26

2. Международный классификатор СЭВ рода Hordeum L. Л., 1983. 56 с.

3. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М.: ООО «Группа компаний Море», 2019. 384 с.

4. Методические указания ВИР по изучению мировой коллекции овса, ржи, ячменя. СПб., 2012. 63 с.

5. Немцова Ю. А., Кузнецова Д. В., Гринберг М. А., Воденеев В. А., Донцова А. А., Донцов Д. П., Бондаренко В. С., Волкова П. Ю., Бондаренко Е. В. Y(II) и NPQ – перспективные показатели фотосинтеза для прогнозирования засухоустойчивости ячменя // Зерновое хозяйство России. 2023. № 6(15). С. 43–51. DOI: 10.31367/2079-8725-2023-89-6-43-51

6. Abdullaev F., Pirogova P., Vodeneev V., Sherstneva O. Chlorophyll Fluorescence in Wheat Breeding for Heat and Drought Tolerance // Plants. 2024. Vol. 13, Article number: 2778. DOI: 10.3390/plants13192778

7. Jackson R .D., Idso S. B., Reginato R. J., Pinter P. J. Canopy temperature as a crop water stress indicator // Water Resour Res. 1981. Vol.17, Article number: 1133–1138.

8. Ladeynova M., Mudrilov M., Berezina E. Spatial and Temporal Dynamics of Electrical and Photosynthetic Activity and the Content of Phytohormones Induced by Local Stimulation of Pea Plants // Plants. 2020. Vol. 9, Article number: 1364. DOI: 10.3390/plants9101364

9. Maxwell K., Johnson G.N. Chlorophyll fluorescence-a practical guide // Journal of experimental botany. 2000. Vol. 51, Р. 659–668. DOI: 10.1093/jexbot/51.345.659

10. Sharma A., Kumar V., Shahzad B., Ramakrishnan M., Singh Sidhu G. P., Bali A. S., Handa N., Kapoor D., Yadav P., Khanna K. et al. Photosynthetic Response of Plants Under Different Abiotic Stresses: A Review // Plant Growth Regul. 2020. Vol. 39, Р. 509–531. DOI: 10.1007/s00344-019-10018-x

11. Stefanov M. A., Rashkov G. D., Apostolova E. L. Assessment of the Photosynthetic Apparatus Functions by Chlorophyll Fluorescence and P700 Absorbance in C3 and C4 Plants under Physiological Conditions and under Salt Stress // International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 23, Article number: 3768. DOI: 10.3390/ijms23073768

12. Wang W., Vinocur B., Altman A. Plant responses to drought, salinity and extreme temperatures: towards genetic engineering for stress tolerance // Plants. 2003. Vol. 218, Iss. 1. Р. 1–14. DOI: 10.1007/s00425-003-1105-5