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

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.

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.