ВЛИЯНИЕ КОМБИНАЦИИ ЛОКАЛЬНОГО УМЕРЕННОГО НАГРЕВА И ОСВЕЩЕНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ВОДНОГО ОБМЕНА ИНТАКТНЫХ ЧАСТЕЙ ПШЕНИЦЫ, ИЗМЕРЕННЫЕ ТЕПЛОВИЗИОННЫМ МЕТОДОМ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Природные стресс-факторы могут приводить к потере урожая, но при их локальном действии происходит распространение стрессовых сигналов, модифицирующих физиологическое состояние и повышающих устойчивость растений. Цель работы – исследование влияния комбинации локальных факторов на показатели водного обмена при поливе и засухе. Пшеницу выращивали в вегетационной комнате, засуху создавали прекращением полива. Для оценки водного обмена применяли модифицированный индекс проводимости устьиц, измеренный тепловизором, величины водной проводимости листа и относительного содержания воды в листьях. Было показано, что индекс проводимости снижался при засухе и имел сильную корреляцию с водным статусом растения (R > 0.7, p < 0.05). При поливе комбинированное воздействие приводило к снижению индекса проводимости по сравнению с вариантом без стимуляции, ответ уменьшался с увеличением расстояния от зоны стимуляции. Почвенная засуха снижала амплитуду изменений индекса проводимости. Локальное действие только нагрева или только освещения не вызывало его изменений. Результаты показывают, что локальное действие комбинации нагрева и освещения вызывает стрессовые сигналы, снижающие водный обмен пшеницы. Потенциально такие сигналы могут иметь электрическую природу, однако отсутствие изменений индекса проводимости при засухе и действии только нагрева не подтверждают эту гипотезу.

Об авторах

А. Ю Попова

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: lyubovsurova@mail.ru
Нижний Новгород, Россия

Ю. А Золин

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Нижний Новгород, Россия

В. С Сухов

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Нижний Новгород, Россия

Е. М Сухова

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Нижний Новгород, Россия

Л. М Юдина

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Нижний Новгород, Россия

Список литературы

  1. Daryanto S., Wang L., and Jacinthe P. A. Global synthesis of drought effects on maize and wheat production. PLoS One, 11 (5), e0156362 (2016). doi: 10.1371/journal.pone.0156362
  2. Khan S., Anwar S., Yu S., Sun M., Yang Z., and Gao Z. Q. Development of drought-tolerant transgenic wheat: Achievements and limitations. Int. J. Mol. Sci., 20 (13), 3350 (2019). doi: 10.3390/ijms20133350
  3. Sallam A., Alqudah A. M, Dawood M. F. A., Baenziger P. S., and Borner A. Drought stress tolerance in wheat and barley: Advances in physiology, breeding and genetics research. Int. J. Mol. Sci., 20 (13), 3137 (2019). doi: 10.3390/ijms20133137
  4. Kior A., Sukhov V., and Sukhova E. Application of reflectance indices for remote sensing of plants and revealing actions of stressors. Photonics, 8 (12), 582 (2021). doi: 10.3390/photonics8120582
  5. Jones H. G. Use of infrared thermometry for estimation of stomatal conductance as a possible aid to irrigation scheduling. Agricultural Forest Meteorol., 95 (3), 139–149 (1999). DOI: https://doi.org/10.1016/S01681923(99)00030-1
  6. Jones H. G., Serraj R., Loveys B. R., Xiong L., Wheaton A., and Price A. H. Thermal infrared imaging of crop canopies for the remote diagnosis and quantification of plant responses to water stress in the field. Funct. Plant Biol., 36 (11), 978–989 (2009). doi: 10.1071/fp09123
  7. Helander J. D.,Vaidya A. S., and Cutler S. R. Chemical manipulation of plant water use. Bioorg. Med. Chem., 24 (3), 493–500 (2016). doi: 10.1016/j.bmc.2015.11.010
  8. Tardieu F., Simonneau T., and Muller B. The physiological basis of drought tolerance in crop plants: A scenario-dependent probabilistic approach. Annu. Rev. Plant Biol., 69, 733–759 (2018). doi: 10.1146/annurev-arplant-042817-040218
  9. Priya M., Dhanker O. P., Siddique K. H. M., Hanumantha Rao B., Nair R. M., and Pandey S. Drought and heat stress-related proteins: an update about their functional relevance in imparting stress tolerance in agricultural crops. Theor. Appl. Genet., 132 (6), 1607–1638 (2019). doi: 10.1007/s00122-019-03331-2
  10. Shah J. and Zeier J. Long-distance communication and signal amplification in systemic acquired resistance. Front. Plant Sci., 4, 30 (2013). doi: 10.3389/fpls.2013.00030
  11. Huber A. E. and Bauerle T. L. Long-distance plant signaling pathways in response to multiple stressors: The gap in knowledge. J. Exp. Bot., 67 (7), 2063–2079 (2016). doi: 10.1093/jxb/erw099
  12. Sukhov V., Sukhova E., and Vodeneev V. Long-distance electrical signals as a link between the local action of stressors and the systemic physiological responses in higher plants. Prog. Biophys. Mol. Biol., 146, 63–84 (2019). doi: 10.1016/j.pbiomolbio.2018.11.009
  13. Fromm J. and Lautner S., Electrical signals and their physiological significance in plants. Plant Cell Environ., 30 (3), 249–257 (2007). doi: 10.1111/j.13653040.2006.01614.x
  14. Sukhov V. Electrical signals as mechanism of photosynthesis regulation in plants. Photosynth. Res., 130 (1–3), 373–387 (2016). doi: 10.1007/s11120-016-0270-x
  15. Szechyńska-Hebda M., Lewandowska M., and Karpiński S., Electrical signaling, photosynthesis and systemic acquired acclimation. Front. Physiol., 8, 684 (2017). doi: 10.3389/fphys.2017.00684
  16. Yudina L., Sukhova E., Popova A., Zolin Y., Abasheva K., Grebneva K., and Sukhov V. Local action of moderate heating and illumination induces propagation of hyperpolarization electrical signals in wheat plants. Front. Sustainable Food Syst., 6, 1153731 (2023). doi: 10.3389/fpls.2023.1153731
  17. Yudina L., Sukhova E., Popova A., Zolin Y., Abasheva K., Grebneva K., and Sukhov V. Hyperpolarization electrical signals induced by local action of moderate heating influence photosynthetic light reactions in wheat plants. Front. Plant Sci., 14, 1153731 (2023). doi: 10.3389/fpls.2023.1153731
  18. Пикуленко М. М. и Булычев А. А. Запускаемые светом потенциалы действия и изменения квантовой эффективности фотосистемы II в клетках Anthoceros. Физиология растений, 52 (5), 660–666 (2005). doi: 10.1007/s11183-005-0087-5, EDN: HSGOFJ
  19. Szechyńska-Hebda M., Kruk J., Gorecka M., Karpińska B., and Karpiński S. Evidence for light wavelengthspecific photoelectrophysiological signaling and memory of excess light episodes in Arabidopsis. Plant Cell, 22 (7), 2201–2218 (2010). doi: 10.1105/tpc.109.069302
  20. Sukhov V. and Sukhova E. Analysis of the photosynthetic response induced by variation potential in geranium. Planta, 235 (4), 703–712 (2012). doi: 10.3390/rs11070810
  21. Yudina L., Popova A., Zolin Y., Sukhova E., and Sukhov V. Local action of increased pressure induces hyperpolarization electrical signals and influences photosynthetic light reactions in wheat plants. Plants, 12 (13), 2570 (2023). doi: 10.3390/plants12132570
  22. Hlavackova V., Krchnak P., Naus J., Novak O., Spundova M., and Strnad M. Electrical and chemical signals involved in short-term systemic photosynthetic responses of tobacco plants to local burning. Planta, 225 (1), 235–244 (2006). doi: 10.1007/s00425-006-0325-x
  23. Grams T.E., Lautner S., Felle H. H., Matyssek R., and Fromm J. Heat-induced electrical signals affect cytoplasmic and apoplastic pH as well as photosynthesis during propagation through the maize leaf. Plant Cell Environ., 32 (4), 319–326 (2009). doi: 10.1111/j.13653040.2008.01922.x
  24. Sukhova E., Mudrilov M., Vodeneev V., and Sukhov V. Influence of the variation potential on photosynthetic flows of light energy and electrons in pea. Photosynth Res., 136 (2), 215–228 (2018). doi: 10.1007/s11120017-0460-1
  25. Юдина Л. М., Шерстнева О. Н., Мысягин С. А., Воденеев В. А. и Сухов В. С. Влияние локального повреждения на транспирацию листьев гороха посевного при различной влажности воздуха. Физиология растений, 66 (1), 58–65 (2019). doi: 10.1134/S0015330319010160
  26. Miller G., Schlauch K., Tam R., Cortes D., Torres M. A. and Shulaev V. The plant NADPH oxidase RBOHD mediates rapid systemic signaling in response to diverse stimuli. Sci. Signal., 2 (84), ra45 (2009). doi: 10.1126/scisignal.2000448
  27. Hlavinka J., Nožkova-Hlavačkova V., Flokova K., Novak O., and Nauš J. Jasmonic acid accumulation and systemic photosynthetic and electrical changes in locally burned wild type tomato, ABA-deficient sitiens mutants and sitiens pre-treated by ABA. Plant Physiol Biochem, 54, 89–96 (2012). doi: 10.1016/j.plaphy.2012.02.014
  28. Stahlberg R., Cleland R.E., and Van Volkenburgh E. Slow wave potentials – a propagating electrical signal unique to higher plants. In Communications in Plants. Neuronal Aspects of Plant Life, Ed. by F. Baluska, S. Mancuso, and D. Volkmann, (Berlin, Springer, 2006), pp. 291–308. doi: 10.1007/978-3-540-285168_20
  29. Malone M. Wound-induced hydraulic signals and stimulus transmission in Mimosa pudica L. New Phytol., 128 (1), 49–56 (1994). doi: 10.1111/j.14698137.1994.tb03985.x
  30. Vodeneev V., Akinchits E., and Sukhov V., Variation potential in higher plants: Mechanisms of generation and propagation. Plant Signal. Behav., 10 (9), e1057365 (2015). doi: 10.1080/15592324.2015.1057365

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024