Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2017, вип. 3 (42), с. 81-91


https://doi.org/10.35550/vbio2017.03.081




ВПЛИВ ГІПЕРТЕРМІЇ ТА ҐРУНТОВОЇ ПОСУХИ НА РІСТ, ВМІСТ ФОТОСИНТЕТИЧНИХ ПІГМЕНТІВ І МІКРОСТРУКТУРУ ЕПІДЕРМІСУ ЛИСТКА TRITICUM SPELTA L.


І. В. Косаківська, Л. М. Бабенко, В. А. Васюк, Л. В. Войтенко

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного
Національної Академії наук України
(Київ, Україна)


Досліджено вплив короткотривалої гіпертермії (40°С, 2 год) та ґрунтової посухи на динаміку ростових процесів, вміст фотосинтетичних пігментів і мікроструктуру епідермісу листка Triticum spelta L. Показано, що морфофізіологічні зміни, зафіксовані у 14-добових рослин після дії обох стресорів, мали неспецифічні та специфічні ознаки. Зокрема, вплив обох стресорів призводив до зменшення маси та довжини пагонів і кореневої системи, проте більш виразні зміни зареєстровані після дії ґрунтової посухи. За морфометричними показниками корені виявилися більш чутливими до гіпертермії, ніж пагони. За умов гіпертермії та ґрунтової посухи зафіксовано зменшення вмісту хлорофілів і каротиноїдів. Показано, що у період відновлення після ґрунтової посухи відбулося подальше зниження вмісту фотосинтетичних пігментів. Мікроструктурний аналіз епідермісу амфістоматичної листкової пластинки виявив присутність однакової кількості продихів з близькими значеннями розмірів продихових щілин на адаксіальній та абаксіальній поверхнях. За умов ґрунтової посухи та гіпертермії характерні ознаки епідерми листкової пластинки T. spelta зберігалися. Разом з тим, збільшилась щільність воску.


Ключові слова: Triticum spelta, гіпертермія, ґрунтова посуха, фотосинтетичні пігменти, мікроструктура епідермісу

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Andrianova Yu.E., Tarchevskyi I.A. 2000. Chlorophyll and Plant Productivity. Moscow : 135 p.
 
2. Babenko L.M. 2015. The influence of temperature on pigment composition and soluble protein content of wheat (Triticum aestivum L.) varieties with contrast termostability. Fiziol. rast. genet. 47(6) : 500-513.
 
3. Babenko L.M., Rozhkov R.V., Pariy Ya.F., Pariy M.F., Vodka M.V., Kosakisvska I.V. 2017. Triticum dicoccum (Schrank) Schuebl.: Origin, biological characteristics and perspectives of use in breeding and agriculture. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 2(41) : 92-102.
 
4. Goncharov N.P., Kondratenko E.Ja. 2008. Wheat origin, domestication and evolution. Vestnik VOGiS. 12(1/2) : 159-179.
 
5. Horn E. 2008. Better than wheat, but ... Fermers'ke Gospodarstvo. 4(372).
 
6. Hospodarenko G.M., Kostogryz P.V., Lyubich B.B., Pariy M.F., Poltoretskyi I.O. 2016. Wheat spelled. Kyiv : 300 p.
 
7. Dorofeev V.F., Udachin. R.A., Semenova L.V. 1987.Wheat of the World. Leningrad : 560 p.
 
8. Zhukovskyi P.M. 1971. Cultivated Plants and Their Relatives. Leningrad : 752 p.
 
9. Zhuchenko A.A. 2008. Adaptive crop production (ecological and genetic aspects): theory and practice. Moscow : vol. 1, 814 p.
 
10. Zadontsev A.I., Bondarenko V.I., Samoshkin A.A. 1970. Age-related changes in the formation of actively absorbing surface of the root system of winter wheat. Fiziologiya i Biokhimiya Kul't. Ratenii. 2(3) : 254-258.
 
11. Kordyum E.L., Sytnyk K.M., Baranenko V.V., Belyavskaya H.A., Klimchuk D.A., Nedukha E.M. 2003. Cellular mechanisms of plant adaptation to the adverse effects of environmental factors in vivo. Kiev : 277 p.
 
12. Kosakivska I.V. 2003. Physiological and biochemical basics of plant adaptation to stress. Kyiv : 191 p.
 
13. Kosakivska I.V. 2007. Ecological direction in plant physiology: achievements and prospects. Fiziologiya i Biokhimiya Kul't. Ratenii. 39(4) : 279-290.
 
14. Kosakivska I.V., Babenko L.M., Skaterna T.D., Ustinova A.Yu. 2014. Influence of hypo- and hyperthermia on lipoxygenase activity, content of pigments and soluble proteins in Triticum aestivum L. cv. Yatran 60 seedlings. Fiziol. rast. genet. 46(3) : 212-220.
 
15. Kuperman F.M. 1977. Plant Morphophysiology. Moscow : 281 p.
 
16. Morgun V.V., Shvartau V.V., Kiriziiy D.A. 2008. Physiological bases of obtaining high yields of winter wheat. Fiziologiya i Biokhimiya Kul't. Ratenii. 40(6) : 463-479.
 
17. Pyatygin S.S. 2008. Stress in plants: a physiological approach. Zhurn. Obschei Biologii. 69(4) : 294-298.
 
18. Tverdokhlib O.V., Boguslavs'kiy R.L. 2012. Species variety of wheat, directions and prospects of its use. Zbirnyk Naukovykh Prats' Umans'kogo Natsional'nogo Universytetu Sadivnytstva. 80(1) : 37-47.
 
19. Tkachov V.I., Gulyaev B.I. 2010. Response of plants of different winter wheat varieties to a brief soil drought. Fiziologiya i Biokhimiya Kul't. Ratenii. 42(6) : 522-529.
 
20. Flyaksberger K.A. 1938. Wheat. Moscow, Liningrad : 296 c.
 
21. Shelepov V.V., Masalayi V.M., Penzev A.F. 2004. Morphology, Biology, Economic Value of Wheat. Mironovka : 524 с.
 
22. Scherbatyuk M.M., Brykov V.O., Martyn G.G. 2015. Preparation of plant tissue samples for electron microscopy (theoretical and practical aspects). Kyiv : 152 p.
 
23. Alves A.C., Setter T.L. 2004. Response of cassava leaf area expansion to water deficit: cell proliferation, cell expansion and delayed development. Ann. Bot. 94 : 605-613.
https://doi.org/10.1093/aob/mch179
 
24. Anjum S., Xie1 X., Wang L., Saleem M., Man C., Lei W. 2011. Morphological, physiological and biochemical re-sponses of plants to drought stress. Afr. J. Agricult. Res. 6(9) : 2026-2032.
 
25. Arjenaki G., Jabbari R., Morshedi A. 2012. Evaluation of drought stress on relative water content, chlorophyll content and mineral elements of wheat (Triticum aestivum L.) varieties. Int. J. Agricult. Crop Sci. 4(11) : 726-729.
 
26. Babenko L., Kosakivska I., Akimov Yu., Klymchuk D., Skaternya T. 2014. Effect of temperature stresses on pig-ment spectrum, lipoxygenase activity and cell ultrastructure of winter wheat seedlings. Genet. Plant Physiol. 4(1-2) : 117-125.
 
27. Bernard A., Joubès J. 2013. Arabidopsis cuticular waxes: ad-vances in synthesis, export and regulation. Prog. Lipid Res. 52 : 110-129.
https://doi.org/10.1016/j.plipres.2012.10.002
 
28. Bi H., Luang S., Li Y., Bazanova N., Morran S., Song Z. 2016. Identification and characterization of wheat drought-responsive MYB transcription factors involved in the regulation of cuticle biosynthesis. J. Exp. Bot. 67 : 5363-5380.
https://doi.org/10.1093/jxb/erw298
 
29. Brenner E.D., Stahlberg R., Mancuso S., Vivanco J., Baluska F., Van Volkenburgh E. 2006. Plant neurobiology: an integrated view of plant signaling. Trends Plant Sci. 11 : 413-419.
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2006.06.009
 
30. Das R., Bhagawati K., Boro A., Medhi T., Medhi B., Bhanisanar K. 2015. Relative performance of plant culti-vars under respective water deficit adaptation strategies: A case study. Curr. World Environment. 10 : 683-690.
https://doi.org/10.12944/CWE.10.2.36
 
31. Farooq M., Wahid A., Kobayashi N., Fujita D., Basra S. 2009. Plant drought stress: effects, mechanisms and man-agement. Agron. Sustain. Dev. 29 : 185-212.
https://doi.org/10.1051/agro:2008021
 
32. Fischer R.A. 2011. Wheat Physiology: A review of recent developments. Crop Pasture Sci. 62(2) : 95-114.
https://doi.org/10.1071/CP10344
 
33. Foyer C.H., Descourvieres P., Kunert K.J. 1994. Photooxidative stress in plants. Plant. Physiol. 96 : 696-717.
https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.1994.920422.x
 
34. Guerfel M., Baccouri O., Boujnah D., Chaibi W., Zarrouk M. 2009.Impacts of water stress on gas exchange, water relations, chlorophyll content and leaf struc-ture in the two main Tunisian olive (Olea europaea L.). Cultivars. Sci. Horticult. 119 : 257-263
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2008.08.006
 
35. Hsiao T.C., Xu L. 2000.Sensitivity of growth of roots versus leaves to water stress: biophysical analysis and relation to water transport. J. Exp. Bot. 51 : 1595-1616.
https://doi.org/10.1093/jexbot/51.350.1595
 
36. Kaiser W.M., Kaiser G., Schoner S., Neimanis S. 2011. Photosynthesis under osmotic stress. Differential recovery of photosynthetic activities of stroma enzymes, in-tact chloroplasts and leaf slices after exposure to high solute concentrations. Planta. 153 : 430-435.
https://doi.org/10.1007/BF00394981
 
37. Kosakivska I.V., Voytenko L.V., Likhnyovskiy R.V. 2015. Effect of temperature on Triticum aestivum L. seedlings growth and phytohormone balance. J. Stress Physiol. Biochem. 11(4) : 91-99.
 
38. Kosakivska I.V., Voytenko L.V., Likhnyovskiy R.V., Ustinova A.Y. 2014.Effect of temperature on accumulation of abscisic acid and indole-3-acetic acid in Triticum aestivum L. seedlings. Genet. Plant Physiol. 4(3-4) : 201-208.
 
39. Kotak S., Larkindale J., Lee U., von Koskull-Döring P., Vierling E., Scharf K.D. 2007. Complexity of heat stress response in plants. Current Opin. Plant Biol. 10 : 310-316.
https://doi.org/10.1016/j.pbi.2007.04.011
 
40. Kyparissis A, Petropoulun Y, Manetas Y. 2005. Summer survival of leaves in a soft-leaved shrub (Phlomis fruticosa L., Labiatae) under Mediterranean field conditions: avoidance of photoinhibitory damage through decreased chlorophyll contents. J. Exp. Bot. 46 : 1825-1831.
https://doi.org/10.1093/jxb/46.12.1825
 
41. Mafakheri A., Siosemardeh A., Bahramnejad B., Stru-ik P.C., Sohrabi Y. 2010. Effect of drought stress on yield, proline and chlorophyll contents in three chickpea cultivars. Austr. J. Croup Sci. 4(8) : 580-585.
 
42. Manivannan P., Jaleel C.A., Sankar B., Kishorekumar A., Somasundaram R., Alagu Lakshmanan G.M., Panneerselvam R. 2007. Growth, biochemical modifications and proline metabolism in Helianthus annuus L. as induced by drought stress. Colloids Surf. B: Biointerf. 59 : 141-149.
https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2007.05.002
 
43. Meehl G.A., Stocker T.F., Collins W.D., Gaye A.J., Gregory J., Kitoh A., Knutti R. 2007. Global Climate Projections. Cambridge, New York : Cambridge University Press.
 
44. Mirnoff N. 1993. The role of active oxygen in the response of plants to water deficit and desiccation. New Phytol. 125 : 27-58.
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1993.tb03863.x
 
45. Nyachiro J.M., Briggs K.G., Hoddinott .J, Johnson-Flanagan A.M. 2001. Chlorophyll content, chlorophyll fluorescence and water deficit in spring wheat. Cereal Res. Commun. 29 : 135-142.
 
46. Schmitz K. 2006. Dinkelein Getreide mit Zukunft. Back-mittelinstitut Aktuell. Sonderausgabe, pp. 1-8.
 
47. Wellburn A. 1994.The spectral determination of chlorophyll a and chlorophyll b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. J. Plant Physiol. 144 : 307-313.
https://doi.org/10.1016/S0176-1617(11)81192-2
 
48. Yeats T.H., Rose J.K. 2013. The formation and function of plant cuticles. Plant Physiol. 163 : 5-20.
https://doi.org/10.1104/pp.113.222737
 
49. Zhang J., Kirkham M.B. 2016. Antioxidant response to drought in sunflower and sorghum seedlings. New Phytol. 132 : 361-373.
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1996.tb01856.x