Влияние умеренного и сильного натрий-хлоридного засоления на рост и фотосинтетический аппарат растений ячменя и пшеницы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В условиях контролируемой среды изучили влияние умеренного (100 мМ) и сильного (200 мМ) натрий-хлоридного засоления на всхожесть семян, рост проростков и состояние фотосинтетического аппарата (ФСА) растений ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Нур и пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Злата. Установлено, что при умеренном засолении семена обоих видов успешно прорастали, однако рост побега и накопление надземной биомассы тормозились, что отчасти было связано с замедлением скорости фотосинтеза. При сильном засолении в ответной реакции растений наблюдали отчетливые межвидовые различия. В частности, у ячменя уменьшалось число проросших семян, тогда как у пшеницы оно сохранялось на уровне контроля. У ячменя в большей степени ингибировался рост побега, тогда как у пшеницы – накопление надземной биомассы. В растениях ячменя снижалось содержание пигментов, пшеницы – возрастало. При этом у обоих видов уменьшалась устьичная проводимость и замедлялась скорость фотосинтеза. Сделан вывод о том, что на основании энергии прорастания и всхожести семян можно определить солеустойчивость видов лишь к высокому уровню засоления (200 мМ NaCl). Морфометрические показатели роста побега дают возможность оценить устойчивость растений к засолению уже при более низких концентрациях соли (100 мМ NaCl). Для более точной сравнительной оценки солеустойчивости видов (сортов, сортообразцов, генотипов) злаков следует использовать не один, а несколько показателей, отражающих не только ростовой потенциал растений, но и фотосинтетическую активность.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. Б. Таскина

Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр РАН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: tasamayaksenia@gmail.com

Институт биологии Карельского научного центра РАН

Россия, 185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11

Н. М. Казнина

Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр РАН”

Email: tasamayaksenia@gmail.com

Институт биологии Карельского научного центра РАН

Россия, 185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11

А. Ф. Титов

Федеральный исследовательский центр “Карельский научный центр РАН”

Email: tasamayaksenia@gmail.com

Институт биологии Карельского научного центра РАН

Россия, 185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11

Список литературы

  1. The State of food and agriculture (FAO) 2021. Making agrifood systems more resilient to shocks and stresses. Rome: FAO, 2021. doi: 10.4060/cb4476en
  2. Butcher K., Wick A., DeSutter T., Chatterjee A., Harmon J. Soil salinity: a threat to global food security // Agron. J. 2016. V. 108. № 6. p. 2189–2200. doi: 10.2134/agronj2016.06.0368
  3. Stavi I., Thevs N., Priori S. Soil salinity and sodicity in drylands: a review of causes, effects, monitoring, and restoration measures // Front. Environ. Sci. 2021. № 9. P. 712831. doi: 10.3389/fenvs.2021.712831
  4. Balasubramaniam T., Shen G., Esmaeili N., Zhang H. Plants’ response mechanisms to salinity stress // Plants. 2023. V. 12. № 12. P. 2253. doi: 10.3390/plants12122253
  5. Uçarlı C. Effects of salinity on seed germination and early seedling stage // Abiotic Stress Plants. Istanbul: IntechOpen, 2021. doi: 10.5772/intechopen.93647
  6. Zhang X., Long Y., Chen X., Zhang B., Xin Y., Li L., Cao S., Liu F., Wang Z., Huang H., Zhou D., Xia J. A NAC transcription factor OsNAC3 positively regulates ABA response and salt tolerance in rice // BMC Plant Biol. 2021. V. 21. № 1. P. 546. doi: 10.1186/s12870-021-03333-7
  7. Zhang F., Sapkota S., Neupane A., Yu J., Wang Y., Zhu, K., Lu F., Huang R., Zou J. Effect of salt stress on growth and physiological parameters of sorghum genotypes at an early growth stage // Ind. J. Exp. Biol. 2020. V. 58. P. 404–411.
  8. Huqe M.A.S., Haque M.S., Sagar A., Uddin M.N., Hossain M.A., Hossain A.Z., Rahman M.M., Wang X., Al-Ashkar I., Ueda A., El Sabagh A. Characterization of maize hybrids (Zea mays L.) for detecting salt tolerance based on morpho-physiological characteristics, ion accumulation and genetic variability at early vegetative stage // Plants. 2021. V. 10. № 11. P. 2549. doi: 10.3390/plants10112549
  9. Ahmad I., Munsif F., Mihoub A., Jamal A., Saeed M.F., Babar S., Fawad M., Zia A. Beneficial effect of melatonin on growth and chlorophyll content in wheat (Triticum aestivum L.) grown under salt stress conditions // Gesunde Pflanzen. 2022. № 74. doi: 10.1007/s10343-022-00684-5
  10. Hu D.-D., Dong S., Zhang J., Zhao B., Ren B., Liu P. Endogenous hormones improve the salt tolerance of maize (Zea mays L.) by inducing root architecture and ion balance optimizations // J. Agron. Crop Sci. 2022. № 208. P. 662–674. doi: 10.1111/jac.12593
  11. Elsiddig A., Zhou G., Zhu G., Nimir N., Suliman M., Ibrahim M.E., Ali A. Nitrogen fertilizer promoting salt tolerance of two sorghum varieties under different salt compositions // Chil. J. Agricult. Res. 2023. V. 83. № 1. P. 3–13. doi: 10.4067/S0718-58392023000100003
  12. Massimi M., Al-Rifaee M., Alrusheidat J., Dakheel A., Ismail F., Al-Ashgar Y. Salt-tolerant triticale (X Tri-ticosecale Witt.) cultivation in Jordan as a new forage crop // Amer. J. Exp. Agricult. 2016. № 12. P. 1–7. doi: 10.9734/AJEA/2016/24292
  13. Al-Shoaibi A.A. Combined effects of salinity and temperature on germination, growth and gas exchange in two cultivars of Sorghum bicolor // J. Taibai Univers. Sci. 2020. V. 14. № 1. P. 812–822. doi: 10.1080/16583655.2020.1777800
  14. Hussain T., Koyro H-W., Zhang W., Liu X., Gul B., Liu X. Low salinity improves photosynthetic performance in Panicum antidotale under drought stress // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. № 481. P. 1–13. doi: 10.3389/fpls.2020.00481
  15. Masood S., Khan K.S., Ashraf M., Iqbal M., Mustafa G., Ali L., Hussain Q., Tariq Javed M., Ahmed N., Jamil M. Iron supply confers tolerance in rice (Oryza sativa L.) to NaCl stress due to up-regulation of antioxidative enzymatic activity // South Afric. J. Bot. 2022. V. 151 (P. A). P. 315–324. doi: 10.1016/j.sajb.2022.10.012
  16. Rohman M.M., Islam M.R., Monsur M.B., Amiruzzaman M., Fujita M., Hasanuzzaman M. Trehalose protects maize plants from salt stress and phosphorus deficiency // Plants. 2019. V. 8. № 12. P. 568. doi: 10.3390/plants8120568
  17. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids pigments of photosynthetic biomembranes // Methods Ensymol. 1987. № 148. P. 350–382.
  18. Zhang H., Wang Y., Yu S., Zhou C., Li F., Chen X., Liu L., Wang Y. Plant photosynthesis and dry matter accumulation response of sweet pepper to water-nitrogen coupling in cold and arid environment // Water. 2023. V. 15. P. 2134. doi: 10.3390/w15112134
  19. Hailu B., Mehari H., Tamiru H. Evaluation of sorghum for salt stress tolerance using different stages as screening tool in Raya Valley Northern Ethiopia // Ethiop. J. Agricult. Sci. 2020. V. 30. P. 265–276.
  20. Sozharajan R., Natarajan S. Germination and seedling growth of Zea mays L. under different levels of sodium chloride stress // Inter. Let. Nat. Sci. 2014. V. 12. P. 5–15. doi: 10.18052/ href='www.scipress.com/ILNS.12.5' target='_blank'>www.scipress.com/ILNS.12.5
  21. Wang Z., Wei Y., Zhao Y., Wang Y., Zou F., Huang S., Yang X., Xu Z., Hu H. Physiological and transcriptional evaluation of sweet sorghum seedlings in response to single and combined drought and salinity stress // South Afric. J. Bot. 2022. V. 146. P. 459–471. doi: 10.1016/j.sajb.2021.11.029
  22. Балнокин Ю.В. Ионный гомеостаз и солеустойчивость растений. М.: Наука, 2012. 99 с.
  23. Islam M.M., Mamun S.M.A.A., Islam S.M.T. Impact of different levels of NaCl induced salinity on seed germination and plant growth of fodder oats (Avena sativa L.) // J. Bangladesh Agricult. Univer. 2022. V. 20. № 1. P. 40–48. doi: 10.5455/JBAU.15716
  24. van Zelm E., Zhang Y., Testerink C. Salt tolerance mechanisms of plants // Ann. Rev. Plant Biol. 2020. V. 71. P. 403–433. doi: 10.1146/annurev-arplant-050718-100005
  25. Zhao S., Zhang Q., Liu M., Zhou H., Ma C., Wang P. Regulation of plant responses to salt stress // Inter. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 9. P. 4609. doi: 10.3390/ijms22094609
  26. Masarmi A.G., Solouki M., Fakheri B., Kalaji H.M., Mahgdingad N., Golkari S., Telesiński A., Lamlom S.F., Kociel H., Yousef A.F. Comparing the salinity tolerance of twenty different wheat genotypes on the basis of their physiological and biochemical parameters under NaCl stress // PLoS One. 2023. V. 18. № 3. P. e0282606. doi: 10.1371/journal.pone.0282606
  27. Chiconato D., Junior G., Santos D., Munns R. Adaptation of sugarcane plants to saline soil // Environ. Exp. Bot. 2019. V. 162. P. 201–211. doi: 10.1016/j.envexpbot.2019.02.021
  28. Pastuszak J., Dziurka M., Hornyák M., Szczerba A., Kopeć P., Płażek A. Physiological and biochemical parameters of salinity resistance of three durum wheat genotypes // Inter. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 15. P. 8397. doi: 10.3390/ijms23158397
  29. Белова Т.А., Кравченко А.С. Физиологические основы адаптации растений к воздействию солевого стресса // Auditorium. 2018. № 1. P. 17.
  30. Балнокин Ю.В. Растения в условиях стресса // Физиология растений. / Под ред. Ермакова И.П. М.: ИЦ Академия, 2005. С. 530–552.
  31. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Nahar K., Hossain M.S., Mahmud J.A., Hossen M.S., Masud A.A.C., Moumita F.M. Potassium: a vital regulator of plant responses and tolerance to abiotic stresses // Agronomy. 2018. V. 8. № 3. P. 31 doi: 10.3390/agronomy8030031
  32. Shtaya M.J.Y., Yasin A., Fatoom J., Jebreen M. The effect of salinity on leaf relative water content and chlorophyll content of three wheat (Triticum aestivum L.) landraces from Palestine // Hebron Univ. Res. J. (Natur. Sci.). 2019. V. 8. P. 52–65.
  33. Mohammadi Alagoz S., Hadi H., Toorchi M., Pawłowski T.A., Asgari Lajayer B., Price G.W., Farooq M., Astatkie T. Morpho-physiological responses and growth indices of triticale to drought and salt stresses // Sci. Rep. 2023. V. 13. № 1. P. 8896. doi: 10.1038/s41598-023-36119-y

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние хлорида натрия на длину корня (а) и высоту побега (б) проростков ячменя сорта Нур и пшеницы сорта Злата. Разные латинские буквы означают достоверные различия между контролем и опытом в пределах вида при p ˂ 0.05. То же на рис. 2.

Скачать (106KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние хлорида натрия на скорость фотосинтеза (а) и устьичную проводимость (б) у проростков ячменя сорта Нур и пшеницы сорта Злата.

Скачать (105KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024