vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2022-67-3-263-273vestib-819Research ArticleСтатьиВлияние конъюгатов хитозана с оксикоричными кислотами и их наночастиц на рост проростков ячменя и содержание в них пролина при солевом стрессеInfluence of chitosan and hydroxycinnamic acids conjugates and nanoparticles on the growth of barley seedlings and proline contents under saline stresshttps://orcid.org/0000-0002-1255-2545ГерасимовичК. М.HerasimovichK. M.

Герасимович Константин Михайлович – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 2200072, г. Минск

Kanstantsin M. Herasimovich – Junior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 2200072, Minsk

herasimovichkm@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1677-2836РыбинскаяЕ. И.RybinskayaK. I.

Рыбинская Екатерина Игоревна – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 2200072, г. Минск

Katsiaryna I. Rybinskaya – Junior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 2200072, Minsk

kate.rybinskaya@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8662-3908ОвчинниковИ. А.OvchinnikovI. A.

Овчинников Игорь Алексеевич – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 2200072, г. Минск

Igor A. Ovchinnikov – Junior Researche

27, Akademicheskaya Str., 2200072, Minsk

igor-1606@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9973-6549НедведьЕ. Л.NedvedH. L.

Недведь Елена Леонардовна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 2200072, г. Минск

Helen L. Nedved – Ph. D. (Biol.), Senior Researcher

27, Akademicheskaya Str., 2200072, Minsk

nedved_e@tut.byhttps://orcid.org/0000-0001-6395-0757КалацкаяЖ. Н.KalatskajaJ. N.

Калацкая Жанна Николаевна – канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 2200072, г. Минск

Joanna N. Kalatskaja – Ph. D. (Biol.), Leading Researcher

27, Akademicheskaya Str., 2200072, Minsk

kalatskayaj@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3121-0014ГилевскаяК. С.HileuskayaK. S.

Гилевская Ксения Сергеевна – канд. хим. наук, до-цент, вед. науч. сотрудник

ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск

Kseniya S. Hileuskaya – Ph. D. (Chem.), Associate Professor, Leading Researcher

36, F. Skоryna Str., 220141, Minsk

k_hilevskay@mail.ruНиколайчукВ. В.NikalaichukV. V.

Николайчук Виктория Викторовна – мл. науч. сотрудник

ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск

Viktoria V. Nikalaichuk – Junior Researcher

36, F. Skоryna Str., 220141, Minsk

vica10bcn@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1067-4936ЛаманН. А.LamanN. A.

Ламан Николай Афанасьевич – академик, д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 27, 2200072, г. Минск

Nikolai A. Laman – Academiсian, D. Sc. (Biol.), Professor, Head of the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 2200072, Minsk

 

laman.nikolai@gmail.comИнститут экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича НАН БеларусиV. F. Kuprevich Institute of Experimental Botany of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут химии новых материалов НАН БеларусиInstitute of Chemistry of New Materials of the National Academy of Sciences of Belarus202202082022673263273Copyright © Герасимович К.М., Рыбинская Е.И., Овчинников И.А., Недведь Е.Л., Калацкая Ж.Н., Гилевская К.С., Николайчук В.В., Ламан Н.А., 20222022Герасимович К.М., Рыбинская Е.И., Овчинников И.А., Недведь Е.Л., Калацкая Ж.Н., Гилевская К.С., Николайчук В.В., Ламан Н.А.Herasimovich K.M., Rybinskaya K.I., Ovchinnikov I.A., Nedved H.L., Kalatskaja J.N., Hileuskaya K.S., Nikalaichuk V.V., Laman N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/819

Проведена оценка влияния синтезированных материалов низко- и высокомолекулярного хитозана с оксикоричными кислотами (феруловой и кофейной) на процессы прорастания семян ячменя. Показано, что обработка семян конъюгатами и наночастицами не оказывает негативного влияния на ростовые показатели проростков ячменя, выращиваемых в благоприятных условиях, а обработка семян конъюгатом хитозана с молекулярной массой 30 кДа и кофейной кислоты способствует ускорению роста проростков, при этом в растительных тканях содержится минимальный уровень свободного пролина. При применении конъюгатов хитозана с оксикоричными кислотами и их наночастиц у проростков ячменя реализуются различные стратегии адаптации к солевому стрессу (24-часовое действие 4 %-ного NaCl). Наиболее эффективная адаптация отмечалась при обработке конъюгатами хитозана с молекулярной массой 30кДа с оксикоричными кислотами.

The effect of seed treatment with various materials of chitosan and hydroxycinnamic acids on the growth of barley seedlings was evaluated. It was shown that chitosan-hydroxycinnamic acid conjugates and nanoparticles had no negative effect on the initial stages of the growth of barley seedlings. Adaptation of seedlings after 24 h exposure to 4 % NaCl in the samples of conjugates of 30 kDa chitosan with caffeic and ferulic acids was more effective. There was a decrease in proline contents and restoration of the growth activity under post-stress conditions.

хитозаноксикоричные кислотыферуловая кислотакофейная кислотаконъюгатынаноча- стицыячмень (Hordeum vulgare L.)солевой стрессбиометрические показателипролинchitosanhydroxycinnamic acidsferulic acidcaffeic acidconjugatesnanoparticlesbarley (Hordeum vulgare L.)saline stressgrowth parametersprolineReferencesХитин/хитозан и его производные: фундаментальные и прикладные аспекты / В. П. Варламов [и др.] // Успехи биол. химии. – 2020. – Т. 60. – С. 317–368.Varlamov V. P., Il’ina A. V., Shagdarova B. Ts, Lun̓kov A. P., Mysyakina I. S. Chitin/chitosan and its derivatives: fundamental and applied aspects. Uspekhi biologicheskoi khimii [Advances in biological chemistry], 2020, vol. 60, pp. 317–368 (in Russian).Woranuch, S. Preparation, characterization and antioxidant property of water-soluble ferulic acid grafted chitosan / S. Woranuch, R. Yoksan // Carbohydrate Polymers. – 2013. – Vol. 96, N 2. – P. 495–502. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.04.006Woranuch S., Yoksan R. Preparation, characterization and antioxidant property of water-soluble ferulic acid grafted chitosan. Carbohydrate Polymers, 2013, vol. 96, no. 2, рр. 495–502. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.04.006Preparation, characterization and antioxidant activity of phenolic acids grafted carboxymethyl chitosan / J. Liu [et al.] // Int. J. Biol. Macromol. – 2013. – Vol. 62. – P. 85–93. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2013.08.040Liu J., Lu J.-F., Kan J., Tang Y. Q., Jin C.-H. Preparation, characterization and antioxidant activity of phenolic acids grafted carboxymethyl chitosan. International Journal of Biological Macromolecules, 2013, vol. 62, pp. 85–93. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2013.08.040Eom, T.-K. Synthesis of phenolic acid conjugated chitooligosaccharides and evaluation of their antioxidant activity / T.-K. Eom, M. Senevirathne, S.-K. Kim // Environ. Toxicol. Pharmacol. – 2012. – Vol. 34, N 2. – P. 519–527. https://doi.org/10.1016/j.etap.2012.05.004Eom T.-K., Senevirathne M., Kim S.-K. Synthesis of phenolic acid conjugated chitooligosaccharides and evaluation of their antioxidant activity. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2012, vol. 34, no. 2, pp. 519–527. https://doi.org/10.1016/j.etap.2012.05.004Параметры роста и антиоксидантная активность в проростках огурца при применении конъюгатов хитозана с оксикоричными кислотами в условиях солевого стресса / Е. Л. Недведь [и др.] // Прикл. биохимия и микробиология. – 2022. – Т. 58, № 1. – С. 74–82.Nedved’ E. L., Kalatskaya Zh. N., Ovchinnikov I. A., Rybinskaya E. I., Kraskovskii A. N., Nikolaichuk V. V., Gilevskaya K. S., Kulikovskaya V. I., Agabekov V. E., Laman N. A. Growth parameters and antioxidant activity in cucumber seedlings with application of chitosan and hydroxycinnamic acids conjugates under salt stress. Prikladnaya biokhimiya i mik­ robiologiya [Applied biochemistry and microbiology], 2022, vol. 58, no. 1, pp. 74–82 (in Russian).Synthesis and properties of hydrogel particles based on chitosan-ferulic acid conjugates / A. Kraskouski [et al.] // Soft Materials. – 2021. – Vol. 19, N 4. – Р. 495–502. https://doi.org/10.1080/1539445Х.2021.187772Kraskouski A. N., Nikalaichuk V. V., Kulikouskaya V. I., Hileuskaya K. S., Kalatskaja J. N., Nedved H. L., Laman N. A., Agabekov V. E. Synthesis and properties of hydrogel particles based on chitosan-ferulic acid conjugates. Soft Materials, 2021, vol. 19, no. 4, pp. 495–502. https://doi.org/10.1080/1539445Х.2021.1877726Модифицированная методика определения пролина в растительных объектах / Г. Н. Шихалева [и др.] // Вестн. Харьков. нац. ун-та им. В. Н. Каразина. Сер. Биология. – 2014. – Т. 21, № 1112. – С. 168–172.Shikhaleeva G. N., Budnyak A. K., Shikhaleev I. I., Ivashchenko O. L. Modified method for the determination of proline in plant objects. Vіsnik Kharkіvs’kogo natsіonal’nogo unіversitetu іmenі V. N. Karazіna. Serіya “Bіologіya” = The Journal of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series “Biology”, 2014, vol. 21, no. 1112, pp. 168–172 (in Russian).Preparation and properties of hydrogel microparticles based on chitosan / A. Kraskouski [et al.] // Theor. Exp. Chem. – 2020. – Vol. 56, N 4. – P. 243–252. https://doi.org/10.1007/s11237-020-09655-1Kraskouski A. N., Nikalaichuk V. V., Kulikouskaya V. I., Hileuskaya K. S., Kalatskaja J. N., Nedved E. L., Laman N. A., Agabekov V. E. Preparation and properties of hydrogel microparticles based on chitosan. Theoretical and Experimental Chemistry, 2020, vol. 56, no. 4, pp. 243–252. https://doi.org/10.1007/s11237-020-09655-1Grantz, S. A. Primer of Biostatistics / еd. S. Grantz. ‒ 7th ed. ‒ New York : McGraw-Hill, 2011. – 320 p.Grantz S. A. Primer of biostatistics. 7th ed. New York, McGraw-Hill, 2011. 320 p.Water stress in plants: Causes, effects and responses / S. Y. S. Lisar [et al.] // Water Stress. – 2012. ‒ Vol. 1. – P. 1–14. https://doi.org/10.5772/39363Lisar S. Y. S., Motafakkerazad R., Hossain M. M., Rahman I. M. M. Water stress in plants: Causes, effects and responses. Water Stress, 2012, vol. 1, pp. 1–14. https://doi.org/10.5772/39363Zeng, D. Physiological effects of chitosan coating on wheat growth and activities of protective enzyme with drought tolerance / D. Zeng, X. Luo // Open J. Soil Sci. – 2012. – Vol. 2, N 3. – P. 282‒288. https://doi.org/10.4236/ojss.2012.23034Zeng D., Luo X. Physiological effects of chitosan coating on wheat growth and activities of protective enzyme with drought tolerance. Open Journal of Soil Science, 2012, vol. 2, no. 3, pp. 282–288. https://doi.org/10.4236/ojss.2012.23034Seed priming with chitosan improves maize germination and seedling growth in relation to physiological changes under low temperature stress / Y.-J. Guan [et al.] // J. Zhejiang Univ. Sci. B. – 2009. ‒ Vol. 10, N 6. – P. 427‒433. https://doi.org/10.1631/jzus.B0820373Guan Y.-J., Hu J., Wang X.-J., Shao C.-X. Seed priming with chitosan improves maize germination and seedling growth in relation to physiological changes under low temperature stress. Journal of Zhejiang University Science B, 2009, vol. 10, no. 6, pp. 427‒433. https://doi.org/10.1631/jzus.B0820373Effect of seed treatment with chitosan on the growth of rice (Oryza sativa L.) seedlings cv. inca lp-5 in saline medium / L. Martínez-González [et al.] // Cultivos Tropicales. – 2015. ‒ Vol. 36, N 1. – P. 136‒142.Martínez-González L., Yanelis R. G., Alejandro F. R., Miriam N. V. Effect of seed treatment with chitosan on the growth of rice (Oryza sativa L.) seedlings cv. inca lp-5 in saline medium. Cultivos Tropicales, 2015, vol. 36, no. 1, pp. 136‒142.Mahdavi, B. Seed priming with chitosan improves the germination and growth performance of ajowan (Carum copticum) under salt stress / B. Mahdavi, A. Rahimi // Eurasia J. Biosci. – 2013. – Vol. 7. – P. 69‒76. https://doi.org/10.5772/39363Mahdavi B., Rahimi A. Seed priming with chitosan improves the germination and growth performance of ajowan (Carum copticum) under salt stress. Eurasian Journal of Biosciences, 2013, vol. 7, pp. 69–76 https://doi.org/10.5772/39363Chisan-induced activation of the antioxidant defense system counteracts the adverse effects of salinity in durum wheat / F. Qutitadamo [et al.] // Plants. – 2021. – Vol. 10. – Art. 1365. https://doi.org/10.3390/plants10071365Qutitadamo F., de Simone V., Beleggia R., Trono D. Chisan-induced activation of the antioxidant defense system counteracts the adverse effects of salinity in durum wheat. Plants, 2021, vol. 10, art. 1365 https://doi.org/10.3390/plants10071365Mansour, M. M. F. Evaluation of proline functions in saline conditions / M. M. F. Mansour, E. F. Ali // Photochemistry. – 2017. – Vol. 140. – P. 52–68. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2017.04.016Mansour M. M. F., Ali E. F. Evaluation of proline functions in saline conditions. Photochemistry, 2017, vol. 140, pp. 52–68 https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2017.04.016Kong-Ngem, K. Proline, hydrogen peroxide, membrane stability and antioxidant enzyme activity as potential indicators for salt tolerance in rice (Oryza sativa L.) / K. Kong-Ngem, S. Bunnag, P. Theerakulpisut // Int. J. Bot. – 2012. – Vol. 8, N 2. – P. 54‒65. https://doi.org/10.3923/ijb.2012.54.65Kong-Ngem K., Bunnag S., Theerakulpisut P. Proline, hydrogen peroxide, membrane stability and antioxidant enzyme activity as potential indicators for salt tolerance in rice (Oryza sativa L.). International Journal of Botany, 2012, vol. 8, no. 2, pp. 54–65. https://doi.org/10.3923/ijb.2012.54.65Alleviation of exogenous oligochitosan on wheat seedlings growth under salt stress / L. Ma [et al.] // Protoplasma. – 2012. – Vol. 249, N 2. – P. 393–399. https://doi.org/10.1007/s00709-011-0290-5Ma L., Li Y., Yu C., Wang Y., Li X., Li N., Chen Q., Bu N. Alleviation of exogenous oligochitosan on wheat seedlings growth under salt stress. Protoplasma, 2012, vol. 249, no. 2, pp. 393–399. https://doi.org/10.1007/s00709-011-0290-5LiQiang, G. Effects of chitosan on physiological characteristics of tomato seedlings under salt stress / G. LiQiang // Agricult. Sci. Technol.-Hunan. – 2012. – Vol. 13, N 3. – P. 551‒553.LiQiang, G. Effects of chitosan on physiological characteristics of tomato seedlings under salt stress. Agricultural Science and Technology­Hunan, 2012, vol. 13, no. 3, pp. 551–553.Chitosan improves osmotic potential tolerance in safflower (Carthamus tinctorius L.) seedlings / B. S. Mahdavi [et al.] // J. Crop Improv. – 2011. – Vol. 25, N 6. – P. 728–741. https://doi.org/10.1080/15427528.2011.606354Mahdavi B. S. A., Modarres Sanavy M., Aghaalikhani M., Sharifi M. Chitosan improves osmotic potential tolerance in safflower (Carthamus tinctorius L.) seedlings. Journal of Crop Improvement, 2011, vol. 25, no. 6, pp. 728–741. https://doi.org/10.1080/15427528.2011.606354Shams Peykani, L. Effect of chitosan on antioxidant enzyme activity, proline, and malondialdehyde content in Triticum aestivum L. and Zea maize L. under salt stress condition / L. Shams Peykani, M. Farzami Sepehr // Iran. J. Plant Physiol. – 2018. – Vol. 9, N 1. – P. 2661–2670.Shams Peykani L., Farzami Sepehr M. Effect of chitosan on antioxidant enzyme activity, proline, and malondialdehyde content in Triticum aestivum L. and Zea maize L. under salt stress condition. Iranian Journal of Plant Physiology, 2018, vol. 9, no. 1, pp. 2661–2670.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.