Содержание фотосинтетических пигментов и параметры окислительного стресса в листьях амаранта при нарастающем водном дефиците

Кабашникова Л. Ф.; Доманская И. Н.; Пилипович Т. С.; Пашкевич Л. В.; Мартысюк А. В.; Мотылева С. М.; Гинс М. С.; Тетянников Н. В.

Содержание фотосинтетических пигментов и параметры окислительного стресса в листьях амаранта при нарастающем водном дефиците

Кабашникова Л. Ф., Доманская И. Н., Пилипович Т. С., Пашкевич Л. В., Мартысюк А. В., Мотылева С. М., Гинс М. С., Тетянников Н. В.

2021

https://doi.org/10.29235/1029-8940-2021-66-3-282-294

Изучена динамика содержания фотосинтетических пигментов и параметров окислительного стресса при нарастающем водном дефиците в листьях 40-дневных растений двух видов амаранта – Amaranthus paniculatus L. (сорт Рубин) и Amaranthus caudatus L. (сорт Чырвоны аксамит), выращенных в горшечной культуре. Обнаружены видовые особенности развития водного дефицита в листьях амаранта: у растений амаранта Amaranthus paniculatus L. уже через 4 дня почвенной засухи отмечалось более сильное развитие водного дефицита (WD), чем у Amaranthus caudatus L., а через 8 дней WD у двух видов возрастал до 73,7 и 55,7 % соответственно. При умеренной засухе количество фотосинтетических пигментов (хлорофилла (Хл) и каротиноидов) в пересчете на сухую массу листа увеличивалось у двух видов амаранта, но через 8 дней почвенной засухи содержание Хл (а + b) было снижено в 2,0-2,1 раза, а каротиноидов - в 1,8-1,9 раза относительно физиологического уровня. В результате 4-дневной почвенной засухи в листьях Amaranthus paniculatus L. происходило существенное снижение содержания активных форм кислорода (АФК) и активности перекисного окисления липидов (ПОЛ), тогда как у Amaranthus caudatus L. наблюдалось повышение уровней АФК и ПОЛ. При возрастании давления стрессового фактора в листьях амаранта двух изученных видов отмечалось снижение содержания АФК и активности ПОЛ относительно физиологических значений. Предполагается, что на разных этапах почвенной засухи в листьях изученных видов амаранта имеются различия в механизмах генерации АФК и процессах ПОЛ.

Кабашникова Л. Ф., Доманская И. Н., Пилипович Т. С., Пашкевич Л. В., Мартысюк А. В., Мотылева С. М., Гинс М. С., Тетянников Н. В. Содержание фотосинтетических пигментов и параметры окислительного стресса в листьях амаранта при нарастающем водном дефиците. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2021;66(3):282-294. https://doi.org/10.29235/1029-8940-2021-66-3-282-294

Цитирование

Список литературы

1. Urban, L. Assessing the effects of water deficit on photosynthesis using parameters derived from measurements of leaf gas exchange and of chlorophyll a fluorescence / L. Urban, J. Aarrouf, L. Bidel // Front. Plant Sci. - 2017. - Vol. 8. - Art. 2068. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.02068

2. Variations in structural, biochemical, and physiological traits of photosynthesis and resource use efficiency in Amaranthus species (NAD-ME-type C4) / N. Tsutsumi [et al.] // Plant Product. Sci. - 2017. - Vol. 20, N 3. - P. 300-312. https://doi.org/10.1080/1343943X.2017.1320948

3. Chemical and mineral composition of amaranth (Amaranthus L.) species collected from central Malawi / N. A. Kachi-guma [et al.] // J. Food Res. - 2015. - Vol. 4, N 4. - P. 92. https://doi.org/10.5539/jfr.v4n4p92

4. Таипова, Р. М. Амарант: особенности культуры, применения, перспективы возделывания в России и создания отечественных трансгенных сортов / Р. М. Таипова, Б. Р. Кулуев // Биомика. - 2015. - Т. 7, № 4. - С. 284-299.

5. Edwards, E. J. Climate, phylogeny and the ecological distribution of C4 grasses / E. J. Edwards, Ch. J. Still // Ecol. Lett. - 2008. - Vol. 11, N 3. - P. 266-278. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2007.01144.x

6. Global distribution of C3 and C4 vegetation: Carbon cycle implications / Ch. J. Still [et al.] // Global Biogeochem. Cycles. - 2003. - Vol. 17, N 1. - P. 1006. https://doi.org/10.1029/2001GB001807

7. de Carvalho, R. C. Photosynthesis by six Portuguese maize cultivars during drought stress and recovery / R. C. de Carvalho, A. Cunha, J. M. da Silva // Acta Physiol. Plant. - 2011. - Vol. 33, N 2. - P. 359-374. https://doi.org/10.1007/s11738-010-0555-1

8. Photorespiration in C4 grasses remains slow under drought conditions / A. E. Carmo-Silva [et al.] // Plant, Cell & Environment. - 2008. - Vol. 31, N 7. - P. 925-940. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2008.01805.x

9. Photosynthetic responses of C3 and C4 species to seasonal water variability and competition / S. Niu [et al.] // J. Exp. Bot. - 2005. - Vol. 56, N 421. - P. 2867-2876. https://doi.org/10.1093/jxb/eri281

10. Ghannoum, O. C4 photosynthesis and water stress / O. Ghannoum // Ann. Bot. - 2009. - Vol. 103, N 4. - P. 635-644. https://doi.org/10.1093/aob/mcn093

11. Sarker, U. Drought stress enhances nutritional and bioactive compounds, phenolic acids and antioxidant capacity of Amaranthus leafy vegetable / U. Sarker, S. Oba // BMC Plant Biol. - 2018. - Vol. 18, N 1. - Art. 258. https://doi.org/10.1186/s12870-018-1484-1

12. Involvement of cytosolic ascorbate peroxidase and Cu/Zn-superoxide dismutase for improved tolerance against drought stress / M. Faize [et al.] // J. Exp. Bot. - 2011. - Vol. 62, N 8. - P. 2599-2613. https://doi.org/10.1093/jxb/erq432

13. Detecting different levels of drought stress in apple trees (Malus domestica Borkh.) with selected biochemical and physiological parameters / Sircelj H. [et al.] // Scientia Horticulturae. - 2007. - Vol. 113, N 4. - P 362-369. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2007.04.012

14. Biochemical responses in leaves of two apple tree cultivars subjected to progressing drought / H. Sircelj [et al.] // J. Plant Physiol. - 2005. - Vol. 162, N 12. - P. 1308-1318. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2005.01.018

15. Sarker, U. Catalase, superoxide dismutase, and ascorbate-glutathione cycle enzymes confer drought tolerance of Amaranthus tricolor / U. Sarker, S. Oba // Sci. Rep. - 2018. - Vol. 8, N 1. - Art. 16496. https://doi.org/10.1038/s41598-018-34944-0

16. Variability, heritability and genetic association in vegetable amaranth (Amaranthus tricolor) / U. Sarker [et al.] // Span J. Agric. Res. - 2015. - Vol. 13, N 2. - P. e0702. https://doi.org/10.5424/sjar/2015132-6843

17. Sarker, U. Protein, dietary fiber, minerals, antioxidant pigments and phytochemicals, and antioxidant activity in selected red morph Amaranthus leafy vegetable / U. Sarker, S. Oba // PLoS ONE. - 2019. - Vol. 14, N 12. - P. e0222517. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0222517

18. Sarker, U. Leaf pigmentation, its profiles and radical scavenging activity in selected Amaranthus tricolo leafy vegetables / U. Sarker, S. Oba // Sci. Rep. - 2020. - Vol. 10, N 1. - Art. 18617. https://doi.org/10.1038/s41598-020-66376-0

19. Дроздов, С. Н. Свето-температурные характеристики фотосинтеза у двух видов амаранта / С. Н. Дроздов, Е. С. Холопцева, В. В. Коломейченко // Сельскохозяйств. биология. - 2014. - № 5. - С. 96-101.

20. Вечер, Н. Н. Влияние норм высева амаранта метельчатого (Amaranthus paniculatus L.) на семенную продуктивность / Н. Н. Вечер, Т. М. Дайнеко // Глав. агроном. - 2020. - № 8. - C. 52-55.

21. Кабашникова, Л. Ф. Методы оценки физиологического состояния растений в условиях засухи : науч.-метод. пособие / Л. Ф. Кабашникова, Н. Л. Пшибытко, Л. М. Абрамчик. - Минск : Белорус. наука, 2007. - 42 с.

22. Шлык, А. А. Определение хлорофилла и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев / А. А. Шлык // Биохимические методы в физиологии растений : сб. ст. / отв. ред. О. А. Павлинова. - М., 1971. - С. 154-170.

23. Мерзляк, М. Н. Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки / M.Н. Мерзляк. - М. : ВИНИТИ, 1989. - 168 с.

24. Heath, R. L. Photoperoxidation in isolated chloroplast. 1. Kinetics and stoichicmetry of fatty acid peroxidation / R. L. Heath, L. Packer // Arch. Biochem. Biophys. - 1968. - Vol. 125, N 1. - P. 189-198. https://doi.org/10.1016/0003-9861(68)90654-1

25. Kozel, N. V. Barley leaf antioxidant system under photooxidative stress induced by Rose Bengal / N. V. Kozel, N.V. Shalygo // Russian. J. Plant Physiol. - 2009. - Vol. 56, N 3. - P. 316-322. https://doi.org/10.1134/S1021443709030030

26. Рокицкий, П. Ф. Биологическая статистика / П. Ф. Рокицкий. - Изд. 3-е, испр. - Минск : Вышэйш. шк., 1973. - 320 с.

27. Foyer, C. H. Reactive oxygen species, oxidative signaling and the regulation of photosynthesis / C. H. Foyer // Environment. Exp. Botany. - 2018. - Vol. 154. - P. 134-142. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2018.05.003

28. Cruz de Carvalho, M. H. Drought stress and reactive oxygen species: production, scavenging and signaling / M. H. Cruz de Carvalho // Plant Signal Behav. - 2008. - Vol. 3, N 3. - P. 156-165. https://doi.org/10.4161/psb.3.3.5536

29. de Dios Alche, J. A concise appraisal of lipid oxidation and lipoxidation in higher plants / J. de Dios Alche // Redox Biol. - 2019. - Vol. 23. - P. е101136. https://doi.org/10.1016/j.redox.2019.101136

30. Labudda, M. Lipid peroxidation as a biochemical marker for oxidative stress during drought. An effective tool for plant breeding [Electronic resource] / М. Labudda. - 2013. - Mode of access: http://www.e-wydawnictwo.eu/Document/DocumentPreview/3342. - Date of access: 19.03.2021.

31. Гинс, М. С. Изменение биохимического состава листьев амаранта в результате селекции на повышенное содержания пигмента амарантина / М. С. Гинс, В. К. Гинс, П. Ф. Кононков // Прикл. биохимия и микробиология. - 2002. -Т. 38, № 5. - С. 556-562.

32. Хазиев, Р. Ш. Изучение биологически активных веществ растений рода Amaranthus L. : автореф. дис. ... канд. хим. наук : 03.00.04 / Р. Ш. Хазиев ; Казан. гос. ун-т. - Казань, 1993. - 20 с.

33. Фаустова, Н. М. Комплексная фитохимическая, характеристика листьев Amaranthus cruentus (Amaranthaceae) / Н. М. Фаустова, В. М. Косман // Раст. ресурсы. - 2009. - Т. 45, вып. 4. - С. 39-53.

34. Содержание и пигментный состав автотрофной и гетеротрофной ткани листьев амаранта вида А. tricolor L. / М. С. Гинс [и др.] // Овощи России. - 2016. - № 3. - С. 79-83.

Источник

Информация

Автор

Кабашникова Л. Ф. Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Доманская И. Н. Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Пилипович Т. С. Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Пашкевич Л. В. Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Мартысюк А. В. Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Мотылева С. М. Федеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководства
Гинс М. С. Федеральный научный центр овощеводства
Тетянников Н. В. Федеральный научный селекционно-технологический центр садоводства и питомниководства

Страницы

282-294

Год издания

2021

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук