Работа фотосистемы II листьев ярового ячменя под воздействием ионов марганца

На растениях шести сортов ярового ячменя (стандарт – сорт Белгородский 100) оценено влияние ионов марганца на работу фотосистемы II (PSII) листьев. Растения в контроле (0 мг/л Mn) и опыте (30, 60, 90 мг/л Mn) выращивали на полной питательной среде Кнопа в условиях естественного освещения. На листьях 14-дневных растений регистрировали параметры быстрой флуоресценции хлорофилла с помощью флуорометра Fluor Pen FP 110/S. Обнаружено, что чувствительность различных структурных частей PSII варьирует в зависимости от концентрации ионов Mn и используемого генотипа. Так, потоки поглощенной энергии возросли у сорта Боярин при 30 и 60 мг/л Mn (на 7,9 и 14,1 %), сорта Фермер при 60 и 90 мг/л (на 15,8 и 16,1 %), но снизились у сортов Добряк при 30 и 90 мг/л (на 9,7 и 9,0 %), Фермер при 30 мг/л (на 15,8 %) и Бионик при 60 и 90 мг/л (на 8,0 и 6,8 %). Поток энергии, запасаемой в первичных фотохимических реакциях, у сорта Бионик усилился при 30 мг/л марганца (на 6,3 %), но снизился при 60 (на 6,8 %) и 90 мг/л (на 5,3 %), при 30 мг/л Mn повысился у сорта Боярин (на 6,4 %), однако снизился у сорта Форвард (на 11,7 %). Электронный транспорт, приводящий к фиксации СО₂, повышался у сортов Фермер при всех концентрациях Mn (на 8,1…12,6 %), у сорта Бионик повысился при 30 мг/л (на 7,2 %), но снизился при 90 мг/л (на 7,4 %). Электронный поток, приводящий к окислению конечного акцептора PSI, у исследованных сортов не изменялся под влиянием стрессора. Интегральные показатели активности PSII (индексы PI_ABS и PI_{ABS_total}) в стрессовых условиях определялись генотипом растений. Это свидетельствует, во-первых, о необходимости проведения адресной селекции (к конкретному уровню действующего фактора), во-вторых, о возможности пирамидирования интегрального уровня устойчивости к стрессору путем подбора родителей, отличающихся по уровню изменения отдельных функциональных реакций фотосинтеза.

1. Dorsaf A., Anis B.-A., Chedly A. Leaf photosynthesis, chlorophyll fluorescence and ion content of barley (Hordeum vulgare) in response to salinity. Journal of Plant Nutrition. 2018;41(4):497-508. DOI: https://doi.org/10.1080/01904167.2017.1385811

2. Kalaji H. M., Rastogi A., Živčák M., Brestic M., Daszkowska-Golec A., Sitko K., Alsharafa K. Y., Lotfi R., Stypiński P., Samborska I. A., Cetner M. D. Prompt chlorophyll fluorescence as a tool for crop phenotyping: an example of barley landraces exposed to various abiotic stress factors. Photosynthetica. 2018;56(3):953-961. DOI: https://doi.org/10.1007/s11099-018-0766-z

3. Rapacz M., Wójcik-Jagła M., Fiust A., Kalaji H. M., Kościelniak J. Genome-wide associations of chlorophyll fluorescence ojip transient parameters connected with soil drought response in barley. Frontiers in Plant Science. 2019;10:78. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00078

4. Matile P. H., Hortensteiner S., Thomas H., Krautler B. Chlorophyll breakdown in senescent leaves. Plant Physiology. 1996;112(4):1403-1409. DOI: https://doi.org/10.1104%2Fpp.112.4.1403

5. Paul S., Neese F., Pantazis D. A. Structural models of the biological oxygen-evolving complex: achievements, insights, and challenges for biomimicry. Green Chemistry. 2017;19:2309-2325. DOI: https://doi.org/10.1039/C7GC00425G

6. Rayen M., Reyes-Dίaz M., Ivanov A. G., Mora M. L., Alberdi M. Manganese as essential and toxic element for plants: transport, accumulation and resistance mechanisms. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2010;10(4):470-481. DOI: http://dx.doi.org/10.4067/S0718-95162010000200008

7. Liang H. Z., Zhu F., Wang R. J., Huang X.-H., Chu J.-J. Photosystem II of Ligustrum lucidum in response to different levels of manganese exposure. Scientific Reports. 2019;9:12568. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-48735-8

8. Шихова Л. Н., Зубкова О. А. Изменение содержания подвижных соединений Mn в подзолистых почвах в течение вегетационного периода. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2012;2(27):35-39. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17532819 EDN: OTRLFX

9. Зубкова O. A. Динамика содержания кислоторастворимых соединений марганца в подзолистых почвах. Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2015;44(1):46-52. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22856651 EDN: TGEMDP

10. Небольсин А. Н., Небольсина З. П. Оптимальные для растений параметры кислотности дерновоподзолистой почвы. Агрохимия. 1997;(6):9-26.

11. Пасынков А. В., Светлакова Е. В., Котельникова Н. В., Абашев В. Д., Пасынкова Е. Н., Садакова Г. Г., Баландина С. А., Дуняшева Г. И., Рублева Н. В., Татаринова М. С. Влияние длительного применения минеральных удобрений на плодородие дерново-подзолистой почвы, продуктивность севооборота и качество зерна. Агрохимия. 2016;(10):38-47. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=27169477 EDN: WWOHIV

12. Родина Н. А., Щенникова И. Н., Кокина Л. П. Реакция новых сортов ячменя на различные приемы технологии. Достижения науки и техники АПК. 2009;8:14-16. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12979727 EDN: KYAXUR

13. Husted S., Laursen K. H., Hebbern C. A., Schmidt S. B., Pedas P., Haldrup A., Jensen P. E. Manganese deficiency leads to genotype-specific changes in fluorescence induction kinetics and state transitions. Plant Physiology. 2009;150(2):825-833. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.108.134601

14. Schmidt S., Pedas P., Laursen K., Schjoerring J., Husted S. Latent manganese deficiency in barley can be diagnosed and remediated on the basis of chlorophyll a fluorescence measurements. Plant and Soil. 2013;372:417-429. DOI: https://doi.org/10.1007/s11104-013-1702-4

15. Giorio P., Sellami M. H. Polyphasic OKJIP chlorophyll a fluorescence transient in a landrace and a commercial cultivar of sweet pepper (Capsicum annuum L.) under long-term salt stress. Plants. 2021;10(5):887. DOI: https://doi.org/10.3390/plants10050887

16. Yusuf M. A., Kumar D., Rajwanshi R., Strasser R. J., Tsimilli-Michael M., Govindjee, Sarin N. B. Overexpression of γ-tocopherol methyl transferase gene in transgenic Brassica juncea plants alleviates abiotic stress: physiological and chlorophyll a fluorescence measurements. BBA-Bioenergetics. 2010;1797(8):1428-1438. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2010.02.002

17. Mlinarić S., Dunić J. A., Babojelić M. S., Cesar V., Lepeduš H. Differential accumulation of photosynthetic proteins regulates diurnal photochemical adjustments of PSII in common fig (Ficus carica L.) leaves. Journal of Plant Physiology. 2017;209:1-10. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jplph.2016.12.002

18. Ergo V. V., Veas R. E., Vega C. R. C., Lascano R., Carrera C. S. Leaf photosynthesis and senescence in heated and droughted fieldgrown soybean with contrasting seed protein concentration. Plant Physiology and Biochemistry. 2021;166:437-447. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.06.008

19. Markulj Kulundžić A., Kovačević J., Viljevac Vuletić M., Josipović A., Liović I., Mijić A., Lepeduš H., Matoša Kočar M. Impact of abiotic stress on photosynthetic efficiency and leaf temperature in sunflower. Poljoprivreda. 2016;22(2):17-22. DOI: https://doi.org/10.18047/poljo.22.2.3

20. Bano H., Athar H., Zafar Z. U., Kalaji H. M., Ashraf M. Linking changes in chlorophyll a fluorescence with drought stress susceptibility in mung bean [Vigna radiata (L.) Wilczek]. Physiologia Plantarum. 2020;172(2):1244-1254. DOI: https://doi.org/10.1111/ppl.13327

21. Singh S., Prasad S. M. Effects of 28-homobrassinoloid on key physiological attributes of Solanum lycopersicum seedlings under cadmium stress: Photosynthesis and nitrogen metabolism. Plant Growth Regulation. 2017;82:161-173. DOI: https://doi.org/10.1007/s10725-017-0248-5

22. Pavlović I., Mlinarić S., Tarkowska D, Oklestkova J., Novak O., Lepeduš H., Vujčić Bok V., Radić Brkanac S., Strnad M., Salopek-Sondi B. Early Brassica crops responses to salinity stress: A comparative analysis between Chinese cabbage, white cabagge, and kale. Frontiers in Plant Science. 2019;10:450. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00450

23. Mihaljević I., Viljevac Vuletić M., Šimić D., Tomaš V., Horvat D., Josipović M., Zdunić Z., Dugalić K., Vuković D. Comparative study of drought stress effects on traditional and modern apple cultivars. Plants. 2021;10(3):561. DOI: https://doi.org/10.3390/plants10030561

24. Matoša Kočar M., Josipović A., Sudarić A., Duvnjak T., Viljevac Vuletić M., Marković M., Markulj Kulundžić A. Chlorophyll a fluorescence as tool in breeding drought stress-tolerant soybean. Journal of Central European Agriculture. 2022;23(2):305-317. DOI: https://doi.org/10.5513/jcea01/23.2.3437