Реакция пигментного комплекса листьев клевера лугового на погодные условия и элементы минерального питания

В полевых исследованиях 2018…2019 гг. оценивали влияние макроэлементов минерального питания и условий года на пигментный комплекс листьев клевера лугового (Trifolium pratense L.) сорта Дымковский. Опыт проводили в зернопаротравяном севообороте в условиях Кировской области. Пробы листьев (полностью развитые второй-третий лист сверху) отбирали в фазу цветения, в лабораторных условиях спектрофотометрически определяли содержание хлорофиллов и каротиноидов. Выявлено, что содержание пигментов в листьях клевера лугового в наибольшей степени зависело от погодных условий года выращивания. Концентрация зеленых пигментов (Chl а+b) в листьях клевера находилась в диапазоне 15,34…19,05 в условиях более теплого и сухого 2018 года и 11,47…14,10 мг/г сухой массы листа в более прохладном и влажном 2019 году. На Chl а приходилось 9,64…11,36 и 6,67…7,98 мг/г (2018 и 2019 гг. соответственно). Более холодные условия способствовали повышению доли Chl a, ассоциированного со светособирающими комплексами (с 69…78 до 89…96 %). Массовое содержание каротиноидов составило 2,69…3,12 и 1,52…1,88 мг/г в 2018 и 2019 гг. соответственно и коррелировало с содержанием суммарного хлорофилла (r = 0,53…0,82). Величины массового соотношения хлорофиллов a/b (1,54…1,75 в 2018 г. и 1,18…1,47 в 2019 г.) указывают на недостаток солнечной инсоляции в условиях взаимозатенения листьев сформировавшегося фитоценоза. Однако массовое соотношение суммы хлорофиллов и каротиноидов (5,7…6,7 в 2018 г. и 6,86…9,65 в 2019 г.) дает основание считать, что данный абиотический фактор не привел к нарушениям структуры фотосинтетического аппарата листьев. Погодные условия значительно модифицировали влияние удобрений на синтез пигментов: в 2018 году азотные удобрения снижали содержание хлорофиллов на 11…22 %, полное минеральное удобрение на кислом почвенном фоне приводило к снижению содержания пигментов на 6,7…11,7 %. В более прохладных условиях 2019 года азотные удобрения не влияли на содержание пигментов, полное минеральное удобрение повысило содержание Chl а на 14,1…17,8 %, каротиноидов – на 18,2…25,4 %. В условиях 2019 г. содержание Chl а значимо зависело от содержания азота в листьях (r = 0,52…0,92) и коррелировало с уровнем фосфора в почве: для Chl а – r = 0,74 и 0,54, для Chl b – r = 0,73 и 0,75 (кислый почвенный фон и фона с внесением извести соответственно).

1. Scopel E., Triomphe B., Affholder F., Macena Da Silva F. A., Corbeels M., Valadares Xavier J. H., Lahmar R., Recous S., Bernoux M., Blanchart E., De Carvalho Mendes I., De Tourdonnet S. Conservation agriculture cropping systems in temperate and tropical conditions, performances and impacts. A review. Agron. Sustain. Dev. 2013;33:113-130. DOI: https://doi.org/10.1007/s13593-012-0106-9

2. Mauro R. P., Sortino O., Dipasquale M., Mauromicale G. Phenological and growth response of legume cover crops to shading. J. Agric. Sci. 2014;152(6):917-931. DOI: https://doi.org/10.1017/S0021859613000592

3. Djigal D., Saj S., Rabary B., Blanchart E., Villenave C. Mulch type affects soil biological functioning and crop yield of conservation agriculture systems in a long-term experiment in Madagascar. Soil Till. Res. 2012;118:11-21. DOI: https://doi.org/10.1016/j.still.2011.10.008

4. Carof M., De Tourdonnet S., Coquet Y., Hallaire V., Roger-Estrade J. Hydraulic conductivity and porosity under conventional and notillage and the effect of three species of cover crop in Northern France. Soil Use Manage. 2007;23(3):230-237. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.2007.00085.x

5. Doltra J., Olesen J. E. The role of catch crops in the ecological intensification of spring cereals in organic farming under Nordic climate. Eur. J. Agron. 2013;44:98-108. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eja.2012.03.006

6. Stagno F., Abbate C., Intrigliolo F., Abbate V., Gennari M. Effect of leguminous cover crops on soil biological activity in pots of Citrus unshiu Marcovitch. Ital. J. Agron. 2008;3(3):183-190. DOI: https://doi.org/10.4081/ija.2008.183

7. Kamh M., Horst W. J., Amer F., Mostafa H., Maier P. Mobilization of soil and fertilizer phosphate by cover crops. Plant Soil. 1999;211:19-27. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1004543716488

8. Mauro R. P., Anastasi U., Lombardo S., Pandino G., Pesce R., Restuccia A., Mauromicale G. Cover crops for managing weeds, soil chemical fertility and nutritional status of organically grown orange orchard in Sicily. Italian Journal of Agronomy 2015;10(2):101-104. DOI: https://doi.org/10.4081/ija.2015.641

9. Kurenkova S. V. Fotosinteticheskie pigmenty. Fiziologiya i biokhimiya kul'turnykh rasteniy na Severe. [Photosynthetic pigments. Physiology and biochemistry of cultivated plants in the North]. Leningrad: Nauka, 1976. pp. 28-35.

10. Andrianova Yu. E., Tarchevskiy I. A. Khlorofill i produktivnost' rasteniy. [Chlorophyll and plant productivity]. Moscow: Nauka, 2000. 135 p.

11. Batalova G. A., Shchennikova I. N., Lisitsyn E. M. Breeding of grain crops in extreme climatic conditions. Temperate Crop Science and Breeding: Ecological and Genetic. Waretown, NJ: Apple Academic Press, 2016. pp. 3-16. URL: https://www.researchgate.net/publication/313404916_Breeding_of_Grain_Crops_in_Extreme_Climatic_Conditions_Ecological_and_Genetic_Studies

12. Lisitsyn E. M., Kedrova L. I., Utkina E. I., Zlobina N. A. Reaktsiya pigmentnogo apparata list'ev ozimoy rzhi na edaficheskiy stress. [Reaction of pigment apparatus of winter rye leaves on edaphic stress]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East. 2010;1(16):20-24. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=13070823

13. Li Q. C., Wang H. B., Wang H. J., Zheng W., Wu D. M., Wang Z. Z. Effects of kinetin on plant growth and chloroplast ultrastructure of two Pteris species under arsenate stress. Ecotox. Environ. Safe. 2018;158:37-43. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.04.009

14. Zhang F., Lu K., Gu Y., Zhang L., Li W., Li Z. Effects of Low-Temperature Stress and Brassinolide Application on the Photosynthesis and Leaf Structure of Tung Tree Seedlings. Front. Plant Sci. 2020;10:1767. DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01767

15. Lyskova I. V., Rylova O. N., Veselkova N. A., Lyskova T. V. Vliyanie udobreniy i izvesti na agrokhimicheskie pokazateli i fosfatnyy rezhim dernovo-podzolistoy srednesuglinistoy pochvy. [Influence of mineral fertilizers and lime on agrochemical parameters and phosphorus regimes of medium-loamy sodpodzolic soil]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka = Agricultural Science Euro-North-East. 2015;(2(45)):27-32. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23113615

16. Lichtenthaler Н. К., Buschmann C. Chlorophylls and carotenoids: measurement and characterization by UV-VIS spectroscopy. Current protocols in food analytical chemistry. 2001;1(1):F.4.3.1-F.4.3.8. DOI: https://doi.org/10.1002/0471142913.faf0403s01

17. Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and carotenoids, the pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol. Academic Press Inc., New York. 1987;148:350-382. DOI: https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1

18. Nagata N., Tanaka R., Satoh S., Tanaka A. Identification of a vinyl reductase gene for chlorophyll synthesis in Arabidopsis thaliana and implications for the evolution of Prochlorococcus species. Plant Cell. 2005;17(1):233-40. DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.104.027276

19. Suzuki K., Ohmori Y., Ratel E. High root temperature blocks both linear and cyclic electron transport in the dark during chilling of the leaves of rice seedlings. Plant Cell Physiology. 2011;52(9):1697-1707. DOI: https://doi.org/10.1093/pcp/pcr104

20. Murata N., Takahashi S., Nishiyama Y., Allakhverdiev S. I. Photoinhibition of photosystem II under environmental stress. BBA-Bioenergetics. 2007;1767(6):414-421. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2006.11.019

21. Yadegari L. Z., Heidari R., Carapetian J. The influence of cold acclimation on proline, malondialdehyde (MDA), total protein and pigments contents in soybean (Glycine max) seedling. Journal of Biological Sciences 2007;7(8):1436-1441. DOI: https://doi.org/10.3923/jbs.2007.1436.1441

22. Wojciechowska R., Kalisz A., Sekara A., Nosek M., Cebula S., Miszalski Z., Kunicki E., Grabovska A. Alteration in chlorophyll a fluorescence and pigment concentration in the leaves of cauliflower and broccoli transplants subjected to chilling. Not Bot Horti Agrobo. 2016;44(1):17-24. DOI: https://doi.org/10.15835/nbha44110251

23. Hendry G. A. F., Price A. H. Stress indicators: chlorophylls and carotenoids. Methods in Comparative Plant Ecology. Chapman & Hall, London. 1993. pp. 148-152.

24. Li Y., He N., Hou J., Xu L., Liu C., Zhang J., Wang Q., Zhang X., Wu X. Factors influencing leaf chlorophyll content in natural forests at the biome scale. Front. Ecol. Evol. 2018;6:64. DOI: https://doi.org/10.3389/fevo.2018.00064

25. Singh S. K., Reddy V. R., Fleisher D. H., Timlin D. J. Relationship between photosynthetic pigments and chlorophyll fluorescence in soybean under varying phosphorus nutrition at ambient and elevated CO2. Photosynthetica 2017;55(3):421-433. DOI: https://doi.org/10.1007/s11099-016-0657-0

26. Evans J. R. Nitrogen and photosynyhesis in the flag leaf of wheat (Triticum aestivum L). Plant Physiology. 1983;72(2):297-302. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1066227/

27. Bojovic B., Markovic A. Correlation between nitrogen and chlorophyll content in wheat (Triticum aestivum L.). Kragujevac J. Sci. 2009;31:69-74. URL: https://www.researchgate.net/publication/266609505_Correlation_between_nitrogen_and_chlorophyll_content_in_wheat_Triticum_aestivum_L

28. Lamptey S., Li L., Xie J., Zhang R., Yeboah S., Antille D. L. Photosynthetic Response of Maize to Nitrogen Fertilization in the Semiarid Western Loess Plateau of China. Crop Sci. 2017;57(5):2739-2752. DOI: https://doi.org/10.2135/cropsci2016.12.1021

29. Wamalwa D. S., Sikuku P. A., Netondo G. W., Khasabulli B. D. Influence of NPK Blended Fertilizer Application on Chlorophyll Content and Tissue Mineral Contents of Two Finger Millet Varieties Grown in Acid Soils of Kakamega, Western Kenya. International Journal of Plant & Soil Science. 2019;27(4):1-9. DOI: https://doi.org/10.9734/ijpss/2019/v27i430082

30. Kononov A. S., Shkotova O. N. Vliyanie form azotnykh udobreniy na soderzhanie khlorofilla v odnovidovykh i smeshannykh bobovo-zlakovykh agrotsenozakh. [The influence of the forms of nitrogen fertilizers on the content of chlorophyll in single-species and mixed legume-cereal agrocenozis]. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta = The Bryansk State University Herald. 2012;4-1:103-106. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23478311

31. Skudra I., Ruza A. Effect of Nitrogen and Sulphur Fertilization on Chlorophyll Content in Winter Wheat. Rural Sustainability Research. 2017;37(332):29-37. DOI: https://doi.org/10.1515/plua-2017-0004