Депонувальна здатність окремих частин стебла та її роль у формуванні зернової продуктивності контрастних за посухостійкістю генотипів озимої пшениці за дії короткотривалої посухи
DOI:
https://doi.org/10.30835/2413-7510.2024.306963Ключові слова:
Triticum aestivum L., депонувальна здатність стебла, міжвузля, водорозчинні вуглеводи, посуха, фотосинтез, зернова продуктивністьАнотація
Реферат: Використання депонованих у стеблі водорозчинних вуглеводів (ВРВ) відіграє важливу роль у формуванні зернової продуктивності озимої пшениці, особливо за умов дефіциту зволоження в репродуктивний період. Метою даної роботи було дослідити накопичення і ремобілізацію запасних ВРВ у окремих сегментах стебла та їх зв'язок з показниками зернової продуктивності у генотипів озимої пшениці за дії 8-добової посухи на ранніх етапах формування зернівки. Дослідження проводили в умовах вегетаційного досліду на рослинах озимої м'якої пшениці (Triticum aestivum L.) сортів Подолянка (посухостійкий, екологічно пластичний), Подільська нива (високоврожайний, менш стійкий), Наталка (менш стійкий, високобілковий) та селекційної лінії УК 065 (чутлива до посухи, високопродуктивна). Питомий вміст ВРВ у сухій речовині та валову кількість (добуток питомого вмісту та маси) визначали в частинах стебла головного пагона (рахуючи зверху): верхнє міжвузля, друге, третє, об'єднані четверте і п'яте (нижні) міжвузля та об'єднані листкові піхви.
Встановлено, що посуха дещо зменшувала максимальну валову кількість депонованих у стеблі ВРВ та істотно пришвидшувала їх ремобілізацію. Досліджені генотипи озимої пшениці істотно відрізнялися за рівнем накопичення ВРВ у стеблі – в 1,3 раза за оптимальних умов та в 1,5 раза за дії посухи, проте ефективність їх ремобілізації у всіх генотипів була високою і достатньо близькою (84–96 %) незалежно від умов вирощування. Сорт Подолянка проявив найвищу депонувальну здатність стебла як за оптимальних умов поливу, так і за дії посухи. Внесок депонованих ВРВ у зернову продуктивність за оптимального зволоження і дії посухи становив у сортів Подолянка 32 і 28,3 %, Подільська нива – 21,3 і 24,6 %, Наталка – 27,4 і 24,3 %, лінії УК065 – 18,2 і 22,4 %, відповідно.
Найбільший питомий вміст і валова кількість ВРВ виявлені в другому і третьому міжвузлях. Частка цих міжвузлів у загальній кількості депонованих у стеблі ВРВ була найбільшою у всіх досліджених генотипів. Вміст та валова кількість резервних вуглеводів у другому і третьому міжвузлях найтісніше позитивно корелювали з показниками зернової продуктивності, що дає підстави вважати їх найбільш репрезентативними для оцінки депонувальної ємності стебла та рекомендувати як фізіологічний маркер продуктивності генотипів озимої пшениці
Посилання
Neupane, D., Adhikari, P., Bhattarai, D., Rana, B., Ahmed, Z., Sharma, U. & Adhikari, D. (2022). Does climate change affect the yield of the top three cereals and food security in the world? Earth, 3, P. 45–71. https://doi.org/10.3390/earth3010004
Daryanto, S., Wang, L. & Jacinthe, P.A. (2017). Global synthesis of drought effects on cereal, legume, tuber and root crops production: A review. Agricultural Water Management, 179, 18-33. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2016.04.022
Schnyder, H. (1993). The role of carbohydrate storage and redistribution in the source-sink relations of wheat and barley during grain filling – a review. New Phytol., 123, 233-245 https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1993.tb03731.x
Veenstra, L.D., Jannink, J.-L. & Sorrells, M.E. (2017). Wheat fructans: a potential breeding target for nutritionally improved, climate-resilient varieties. Crop Science, 57, 1624-1640. https://doi.org/10.2135/cropsci2016.11.0955
Seleiman, M.F.,,Al-Suhaibani, N., Ali, N., Akmal, M., Alotaibi, M., Refay, Y., Dindaroglu, T., Abdul-Wajid, H.H. & Battaglia, M.L. (2021). Drought stress impacts on plants and different approaches to alleviate its adverse effects. Plants, 10, 259. https://doi.org/10.3390/plants10020259
Kirizii D.A., Stasyk O.O., Priadkina G.A. & Shadchyna T.M. (2014). Photosynthesis. Vol. CO2 assimilation and mechanisms of its regulation. - Kyiv.: Logos. - 480 p. [in Ukrainian]
Asseng, S. & van Herwaarden, A.F. (2003). Analysis of the benefits to wheat yield from assimilates stored prior to grain filling in a range of environments. Plant and Soil, 256, 217-229. https://doi.org/10.1023/A:1026231904221
Thapa, S., Rudd, J. C., Jessup, K. E., Liu, S., Baker, J. A., Devkota, R. N. & Xue Q. (2021). Middle portion of the wheat culm remobilizes more carbon reserve to grains under drought. J. Agro. Crop Sci., 208, 795–804. https://doi.org/10.1111/jac.12508
Fаbregas, N. & Fernie, A. R. (2019). The metabolic response to drought. J. Exp. Bot., 70, 1077–1085, https://doi.org/10.1093/jxb/ery437
Kolupaev, Y.E., Yastreb, T.O., Ryabchun, N.I., Kokorev, A. I., Kolomatska, V.P. & Dmitriev, A.P. (2023). Redox homeostasis of cereals during acclimation to drought. Theor. Exp. Plant Physiol., 35, 133–168. https://doi.org/10.1007/s40626-023-00271-7
Chrungoo, S. K., Munja, R., Pooja & Suresh. (2020). Genetic variation of stem characters in wheat and their relation to physiological characters and yield under drought. Indian Journal of Genetics and Plant Breeding, 80(4), 365-374. https://doi.org/10.31742/IJGPB.80.4.1
Liu, Y., Zhang, P., Li, M., Chang, L., Cheng, H., Chai, S. & Yang, D. (2020). Dynamic responses of accumulation and remobilization of water soluble carbohydrates in wheat stem to drought stress. Plant Physiol. Biochem., 155, 262-270. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.07.024
Hou, J., Huang, X., Sun, W., Du, C., Wang, C., Xie, Y., Ma, Y. & Ma, D. (2018). Accumulation of water-soluble carbohydrates and gene expression in wheat stems correlates with drought resistance. J. Plant Physiol., 231, 182-191. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.09.017
Islam, M.A., De, R.K., Hossain, M.A., Haque, M.S., Uddin, M.N., Fakir, M.S.A., Kader, M.A., Dessoky, E.S., Attia, A.O., El-Hallous, E.I. & Hossain, A. (2021). Evaluation of the tolerance ability of wheat genotypes to drought stress: dissection through culm-reserves contribution and grain filling physiology. Agronomy, 11, 1252. https://doi.org/10.3390/agronomy11061252
Morgun, V.V., Priadkina, G.A. & Zborivska, O.V. (2019). Depositing ability of stem of winter wheat varieties of different periods of selection. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 10, No. 2, P. 239-244. https://doi.org/10.15421/021936
Krupa, N.M. & Kirizii, D.A. (2011). The deposite function of the stem as constituent of the production process of winter wheat. Fiziol. rast. genet., 43(4), 324-331. [in Ukrainian]
Ruuska, A.C., Rebetzke, G. J. & van Herwaarden, A. F. (2006). Genotypic variation in water-soluble carbohydrate accumulation in wheat. Func. Plant Biol., 33(9), 799-809. https://doi.org/10.1071/FP06062
Gao, F., Ma, D., Yin, G., Rasheed, A., Dong, Y., Xiao, Y., Xia, X., Wu, X. & He, Z. (2017). Genetic progress in grain yield and physiological traits in Chinese wheat cultivars of southern Yellow and Huai Valley since 1950. Crop Sci., 57, pp. 760-773. https://doi.org/10.2135/cropsci2016.05.0362
Gurumurthy, S., Arora, A., Krishna, H., Chinnusamy, V. & Hazra, K.K. (2023). Genotypic capacity of post-anthesis stem reserve mobilization in wheat for yield sustainability under drought and heat stress in the subtropical region. Front. Genet. 14:1180941. https://doi.org/10.3389/fgene.2023.1180941
Fu, L., Wu, J., Yang, S., Jin, Y., Liu, J., Yang, M., Rasheed, A., Zhang, Y., Xia, X., Jing, R., He, Z. & Xiao, Y. (2020). Genome-wide association analysis of stem water-soluble carbohydrate content in bread wheat. Theor. Appl. Genet., 133, 2897-2914. https://doi.org/10.1007/s00122-020-03640-x
Gaur, A., Jindal, Y., Singh, V., Tiwari, R., Kumar, D., Kaushik, D., Singh, J., Narwal, S., Jaiswal, S., Iquebal, M.A., Angadi, U.B., Singh, G., Rai, A., Singh, G.P., & Sheoran, S. (2022). GWAS to identify novel QTNs for WSCs accumulation in wheat peduncle under different water regimes. Front. Plant Sci., 13, 825687. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.825687
Rebetzke, G. J., van Herwaarden, A. F., Jenkins, C., Weiss, M., Lewis, D., Ruuska, S., Tabe, L., Fettell, N. A. & Richards R. A. (2008). Quantitative trait loci for water-soluble carbohydrates and associations with agronomic traits in wheat. Australian Journal of Agricultural Research, 59, 891-905. https://doi.org/10.1071/AR08067
Khoshro, H.H., Taleei, A., Bihamta, M.R., Shahbazi, M., Abbasi, A. & Ramezanpour, S.S. (2014). Expression analysis of the genes involved in accumulation and remobilization of assimilates in wheat stem under terminal drought stress. Plant Growth Regul., 74, 165-176. https://doi.org/10.1007/s10725-014-9908-x
Ehdaie, B., Alloush, G.A., Madore, M.A. & Waines, J.G. (2006). Genotypic variation for stem reserves and mobilization in wheat: II. Postanthesis changes in internode water-soluble carbohydrates. Crop Sci., 46(5), 2093-2103. https://doi.org/10.2135/cropsci2005.04-0033
Zhang, J., Chen, W., Dell, B., Vergauwen, R., Zhang, X., Mayer, J.E. & Van den Ende, W. (2015). Wheat genotypic variation in dynamic fluxes of WSC components in different stem segments under drought during grain filling. Front. Plant Sci., 6, 624. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00624
Wardlaw, I. & Willenbrink, J. (1994). Carbohydrate storage and mobilisation by the culm of wheat between heading and grain maturity: the relation to sucrose synthase and sucrose-phosphate synthase. Functional Plant Biology, 21(3), 255. https://doi.org/10.1071/pp9940255
Morhun, V.V., Sanin, Ye.V. & Shvartau, V.V. (2014). Club of 100 hundredweights. Modern varieties and regimens of winter wheat nutrition and protection. IPPG NASU, Syngenta (Switzerland)/. Kyiv: Logos, - 150 p. [in Ukrainian]
Yermakov A.I. Methods of biochemical research of plants. / A.I. Yermakov, V.V. Arasimovich. - L.: Agropromizdat, 1987. - 430 p. [in Russian]
Tambussi, E.A., Noguйs, S. & Araus, J.L. (2005). Ear of durum wheat under water stress: water relations and photosynthetic metabolism. Planta, 221, 446–458 https://doi.org/10.1007/s00425-004-1455-7
Busch, F.A., Ainsworth, E.A., Amtmann, A., Cavanagh, A.P., Driever, S.M., Ferguson, J.N., Kromdijk, J., Lawson, T., Leakey, A.D.B, Matthews, J.S.A., Meacham-Hensold, K., Vath, R.L., Vialet-Chabrand, S., Walker, B.J. & Papanatsiou, M. (2024) A guide to photosynthetic gas exchange measurements: Fundamental principles, best practice and potential pitfalls. Plant, Cell & Environment, 1–21. https://doi.org/10.1111/pce.14815
Zadoks, J.C., Chang, T.T. & Konzak, C.F. (1974). A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Research, 14, No. 4, pp. 15-21. https://doi.org/10.1111/j.13653180.1974.tb01084.x
Holubeva K.M. (2020). Error theory elements (for students of the Faculty of Computer Sciences and Cybernetics, educational program "System-Oriented Analysis"): Methodological developments, Kyiv, 22 p. [in Ukrainian]
Lawlor, D.W. (1995). The Effects of Water Deficit on Photosynthesis in Environment and Plant Metabolism. Smirnoff, N., Ed., Bioss Scientific Publishers, Oxford, 129-160.
Bandurska, H. (2022). Drought Stress Responses: Coping Strategy and Resistance. Plants, 11, 922. https://doi.org/10.3390/ plants11070922
Farooq M., Hussain M. & Siddique K. H. M. (2014). Drought stress in wheat during flowering and grain-filling periods. Critical Reviews in Plant Sciences, 33, 331-349. https://doi.org/10.1080/07352689.2014.875291
Kedruk A.S., Kirizii D.A., Sokolovska-Serhiienko O.H. & Stasyk O.O. (2021). Response of the photosynthetic apparatus of winter wheat varieties to combined exposure to drought and high temperature. Fiziol. rast. genet., 53(5), 387-405, https://doi.org/10.15407/frg2021.05.387
Lakhneko O, Stasik O, Škultéty Е, Kiriziy D, Sokolovska-Sergiienko O, Kovalenko M & Danchenko M (2023) Transient drought during flowering modifies the grain proteome of bread winter wheat. Front. Plant Sci., 14:1181834. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1181834
Bashir, S.S., Hussain, A., Hussain, S.J., Wani, O.A., Nabi, Z,S., Dar, N.A., Baloch, F.S. & Mansoor, S. (2021). Plant drought stress tolerance: understanding its physiological, biochemical and molecular mechanisms. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 35: 1, 1912-1925, https://doi.org/10.1080/13102818.2021.2020161
Grieco, M., Roustan, V., Dermendjiev, G., Rantala, S., Jain, A., Leonardelli, M., Neumann, K., Berger, V., Engelmeier, D., Bachmann, G., Ebersberger, I., Aro, E.-M., Weckwerth, W. & Teige, M. (2020). Adjustment of photosynthetic activity to drought and fluctuating light in wheat. Plant, Cell & Environment, 43, 1484–1500. https://doi.org/10.1111/pce.13756
Tarasiuk M.V. & Stasyk O.O. (2022). Impact of drought during anthesis on the time profile of accumulation and remobilization of reserve water-soluble carbohydrates in stem segments of winter wheat varieties contrasting in terms of drought tolerance. Fiziol. rast. genet., 54(5), 429-449. https://doi.org/10.15407/frg2022.05.429 [in Ukrainian]
Morgun, V. V., Tarasiuk, M. V., Priadkina, G. О. & Stasik, О. О. (2022). Depositing capacity of winter wheat stem segments under natural drought during grain filling in Ukrainian forest-steppe conditions. Biosystems Diversity, 30, No. 2, P. 163-172. https://doi.org/10.15421/012217
Verbeke, S., Padilla-Diaz, C.M., Martinez-Arias, C., Goossens, W., Haesaert, G. & Steppe, K. (2023), Mechanistic modeling reveals the importance of turgor-driven apoplastic water transport in wheat stem parenchyma during carbohydrate mobilization. New Phytologist, 237, 423-440. https://doi.org/10.1111/nph.18547
Li, W., Zhang, B., Li, R., Chang, X. & Jing, R. (2015). Favorable alleles for stem water-soluble carbohydrates identified by association analysis contribute to grain weight under drought stress conditions in wheat. PLoS One, 10(3), e0119438. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119438
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 V. V. Morgun, О. О. Stasik, D. A. Kiriziy, M. V. Tarasiuk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
При розміщенні текстів статей в електронних ресурсах авторські права зберігаються за автором друкованої публікації.
Автор може не погоджуватися з правками рецензентів і редакції, мотивуючи при цьому свою точку зору.
Автор може вимагати від редакції пояснень або змін у випадку виявлення істотних помилок у його статті.
Автор може використовувати матеріали, опубліковані в журналі «Селекція і насінництво» у своїх роботах, обов’язково посилаючись на наш журнал.
