Изменение содержания полифенолов в растениях ячменя на стрессовых почвенных фонах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

С целью оценки стрессоустойчивости генотипов изучали влияние почвенных стрессоров на содержание полифенольных веществ в зерне, соломе, корнях ячменя (Hordeum vulgare L.) различных сортов с дифференциацией по происхождению (отечественная и зарубежная селекция) и способам получения (гибридизация и клеточная селекция). Растения выращивали в вегетационных сосудах с дерново-подзолистой почвой в естественных условиях до созревания семян. Схема опыта включала следующие варианты: избыточное содержание кадмия (Cd2+ 6,4 мг/кг); повышенная кислотность (рНКCl=4,8); смоделированная засуха в межфазный период выход в трубку - колошение; без стрессовой нагрузки при рНКCl=6,5 (контроль). Содержание полифенолов в пересчете на галловую кислоту определяли спектрофотометрическим методом. Суммарное накопление полифенолов в зерне в условиях засухи (9,18…11,13 мг/г) и в присутствии избытка Cd2+ в почве (9,07…9,10 мг/г) превосходило величину этого показателя в контроле на 2,5…14,8 % и 2,8…8,5 % соответственно. На кислой почве количество полифенолов в зерне достоверно уменьшалось, по сравнению с контролем, у всех отечественных сортов ячменя, созданных на кислых почвах или на кислых селективных средах in vitro, у Витрум - на 16,1 %, Родник Прикамья - на 11,8 %. У сортов зарубежной селекции (Зазерский 85, Triumph и Tallon) в кислых условиях величина этого показателя наоборот возрастала на 2,2…4,8 %. Большая часть полифенолов находилась в связанном состоянии. Их свободная фракция распределялась по органам (% от об общего количества в растении) следующим образом: солома (41,4…49,1) > корни (32,4…42,5) > зерно (15,6…22,6). Среди изучаемых стрессоров повышенная кислотность в большей степени способствовала увеличению накопления свободных полифенолов, относительно контроля, в первую очередь в корнях: у сортов и регенерантов селекции Федерального аграрного научного центра Северо-Востока - на 19,0 %; зарубежной селекции - на 35,7 %.

Об авторах

О. Н. Шуплецова

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого

Email: olga.shuplecova@mail.ru
610007, Киров, ул. Ленина, 166 а

Е. В. Товстик

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого

610007, Киров, ул. Ленина, 166 а

И. Н. Щенникова

Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого

610007, Киров, ул. Ленина, 166 а

Список литературы

  1. Nexus on climate change: Agriculture and possible solution to cope future climate change stresses / A. Shahzad, S. Ullah, A. A. Dar, et al. // Environmental Science and Pollution Research. 2021. Vol. 12. No. 28. P. 14211-14232. doi: 10.1007/s11356-021-12649-8.
  2. Arzani A., Ashraf M. Smart Engineering of Genetic Resources for Enhanced Salinity Tolerance in Crop Plants // Critical Reviews in Plant Sciences. 2016. Vol. 3. No. 35. P. 146-189. doi: 10.1080/07352689.2016.1245056.
  3. Шуплецова О. Н., Щенникова И. Н. Результаты использования клеточных технологий в создании новых сортов ячменя, устойчивых к токсичности алюминия и засухе // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016. Т. 20. № 5. С. 623-628. doi: 10.18699/VJ16.183.
  4. Investigation of phenolic compounds with antioxidant activity in barley and oats affected by variation in growing location / Sh. Rao, A. B. Santhakumar, K. A. Chinkwo, et al. // Cereal Chemistry. 2020. Vol. 4. No. 97. P. 772-782. doi: 10.1002/cche.10291.
  5. Role and regulation of plants phenolics in abiotic stress tolerance: an overview / M. I. Naikoo, M. I. Dar, F. Raghib, et al. // In book: Plant Signaling Molecules. Elsevier (Woodhead Publishing), 2019. Ch. 9. Р. 157-168. doi: 10.1016/B978-0-12-816451-8.00009-5.
  6. Аллагулова Ч. Р., Ласточкина О. В. Снижение уровня окислительного стресса в растениях пшеницы под влиянием эндофитных бактерий в условиях засухи // Экобиотех. 2020. Т. 3. № 2. С. 129-134. doi: 10.31163/2618-964Х-2020-3-2-129-134.
  7. Sirin S., Aslim B. Determination of antioxidant capacity, phenolic acid composition and antiproliferative effect associated with phenylalanine ammonia lyase (PAL) activity in some plants naturally growing under salt stress // Proceedings. 2017. Vol. 1. No. 1. Article 1035. URL: https://www.mdpi.com/2504-3900/1/10/1035 (дата обращения: 01.03.2023). doi: 10.3390/proceedings1101035.
  8. Guo T. R., Zhang G. P., Zhang Y. H. Physiological changes in barley plants under combined toxicity of aluminum, copper and cadmium // Colloids Surf B Biointerfaces. 2007. Vol. 2. No. 57. Р. 182-188. doi: 10.1016/j.colsurfb.2007.01.013.
  9. Functional Properties of Polyphenols in Grains and Effects of Physicochemical Processing on Polyphenols / S. Tian, Y. Sun, Z. Chen, et al. // Journal of Food Quality. 2019. Article 2793973. URL: https://www.hindawi.com/journals/jfq/2019/2793973/ (дата обращения: 01.03.2023). doi: 10.1155/2019/2793973.
  10. Рихтер А. А., Горина В. М. Полифенолы тканей плодов косточковых культур в профилактике некоторых заболеваний человека // Плодоводство. 2018. Т. 30(1). С. 273-283.
  11. Журлова Е. Д., Бондаренко А. В., Базильский Д. А. и др. Содержание свободных и связанных полифенолов злаковых и бобовых культур // Grain Products and Mixed Fodder's. 2017. Vol. 17. No. 2. P. 14-18.
  12. Influence of Abiotic Stress Factors on the Antioxidant Properties and Polyphenols Profile Composition of Green Barley (Hordeum vulgare L.) / P. L. Kowalczewski, D. Radzikowska, E. Ivanisova, et al. // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21. No. 2. Article 397. URL: https://www.mdpi.com/1422-0067/21/2/397 (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.3390/ijms21020397.
  13. Study of resistance of spring barley genotypes to zinc and cadmium / R. A. Alybaeva, U. A. Shilmanova, Z. A. Inelova, et al. // Eurasian Journal of Ecology. 2019. V. 59. No. 2. P. 60-68. doi: 10.26577/EJE.2019.v59.i2.05.
  14. Kiani R., Arzani A., Maibod S. A. M. M. Polyphenols, Flavonoids, and Antioxidant Activity Involved in Salt Tolerance in Wheat, Aegilops cylindrica and Their Amphidiploids // Frontiers in Plant Science. 2021. Vol. 12. URL https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2021.646221/full (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.3389/fpls.2021.646221.
  15. Effects of sprouting and salt stress on polyphenol composition and antiradical activity of einkorn, emmer and durum wheat / F. Stagnari, A. Galieni, S. D'egidio, et al. // Italian Journal of Agronomy. 2018. Vol. 4. No. 11. doi: 10.4081/ija.2017.848.
  16. Effect of the time and temperature of germination on the phenolic compounds of Triticum aestivum, L. and Panicum miliaceum, L. / D. Ceccaroni, V. Alfeo, E. Bravi, et al. // Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie. 2020. Vol. 8. No. 127. Article 109396. URL: https://www.agronomy.it/index.php/agro/article/view/848 (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.1016/j.lwt.2020.109396.
  17. Supplemental Effects of Biochar and Foliar Application of Ascorbic Acid on Physio-Biochemical Attributes of Barley (Hordeum vulgare L.) under Cadmium-Contaminated Soil / S. Yaseen, S. F. Amjad, N. Mansoora, et al. // Sustainability. 2021. Vol. 13. No. 16. Article 9128. URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/13/16/9128 (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.3390/su13169128.
  18. Identification of the gene network modules highly associated with the synthesis of phenolics compounds in barley by transcriptome and metabolome analysis / Z. Han, M. Ahsan, M. F. Adil, et al. // Food Chemistry. 2020. Vol. 323. Article 126862. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030881462030724X?via%3Dihub (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.1016/j.foodchem.2020.126862.
  19. Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России / под ред. А. В. Гордеева, Г. А. Романенко. М.: Росинформагротех, 2008. 67 с.
  20. Cadmium pollution from phosphate fertilizers in arable soils and crops: an overview / A. G. Nino-Savala, Z. Zhuang, X. Ma, et al. // Frontiers of Agricultural Science and Engineering. 2019. Vol. 6. No. 4. P. 419-430. doi: 10.15302/J-FASE-2019273.
  21. Селюкова С. В. Тяжелые металлы в агроценозах // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 8. С. 85-93. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10815.
  22. Термодинамическое состояние кадмия и свинца в почвах каштаново-солонцового комплекса / А. П. Ендовицкий, В. П. Калиниченко, В. Б. Ильин и др. // Агрохимия. 2008. № 9. С. 59-65.
  23. Фазлыева А. С., Даукаев Р. А., Каримов Д. О. Влияние кадмия на здоровье населения и способы профилактики его токсических эффектов // Медицина труда и экология человека. 2022. № 1 (29). С. 220-235. doi: 10.24411/2411-3794-2022-10115.
  24. Шеромов А. М., Товстик Е. В., Шуплецова О. Н. Валидация методики определения полифенолов в зерне ячменя // Съезд общества физиологов растений России "Биология растений в эпоху глобальных изменений климата: тезисы докладов. Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2023. С. 395.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023