Оценка интенсивности фотосинтеза и транспирации проростков Hordeum Vulgare L. разного возраста при тепловом стрессе с использованием инфракрасной спектроскопии

С использованием ИК-спектроскопии исследована интенсивность фотосинтеза и транспирации 4-, 7- и 11-дневных проростков Hordeum vulgare L. при воздействии повышенной температуры. С целью анализа механизмов, лежащих в основе их регуляции, оценены состояние устьичного аппарата и реальная температура первого листа данных проростков. Обнаружено, что тепловая обработка (40 ^oС, 3 ч, освещение 120 мкмоль квантов · м^–2 · с^–1) не влияла на нетто-фотосинтез и проводимость устьиц у активно растущих 4-дневных проростков Hordeum vulgare L. на фоне эффективного охлаждения листовой пластинки за счет активации транспирации. В полностью сформированном к 7-дневному возрасту первом листе в результате тепловой обработки ни функционирование устьичного аппарата, ни интенсивность транспирации не изменялись, в результате чего лист охлаждался в меньшей степени, чем в 4-дневных проростках, и нетто-фотосинтез подавлялся. В стареющем 11-дневном листе при тепловом стрессе проводимость устьиц как для водяного пара, так и для СО₂ снижалась, что вызывало подавление транспирации и фотосинтетической активности на фоне существенного нагрева листа. Сделан вывод о различной реакции устьичного аппарата и транспирации на тепловое воздействие в проростках Hordeum vulgare L. разного возраста, направленной на поддержание наиболее эффективного баланса между охлаждением листовой пластинки и сохранением водного потенциала растений.

1. M. Janni, E. Maestri, M. Gullì, M. Marmiroli, N. Marmiroli. Front Plant Sci., 14 (2024) 1297569

2. A. Pareek, O. P. Dhankher, C. H. Foyer. J. Exp. Botany, 71, N 2 (2020) 451—456

3. S. Mathur, D. Agrawal, A. Jajoo. J. Photochem. Photobiol. B: Biology, 137 (2014) 116—126

4. Y. Niu, Y. Xiang. Front. Plant Sci., 9 (2018) 915

5. J.-D. Rochaix. Bioch. Biophys. Acta (BBA) – Bioenergetics, 1807, N 8 (2011) 878—888

6. M. Messant, A. Krieger-Liszkay, G. Shimakawa. Cells, 10, N 5 (2021) 1216

7. J. A. Bunce. Global Change Biology, 6, N 4 (2000) 371—382

8. J. Urban, M. W. Ingwers, M. A. McGuire, R. O. Teskey. J. Exp. Botany, 68, N 7 (2017) 1757—1767

9. K.-I. Kostaki, A. Coupel-Ledru, V. C. Bonnell, M. Gustavsson, P. Sun, F. J. McLaughlin, D. P. Fraser, D. H. McLachlan, A. M. Hetherington, A. N. Dodd, K. A. Franklin. Plant Physiol., 182, N 3 (2020) 1404—1419

10. E. Hamerlynck, A. K. Knapp. Tree Physiology, 16 (1996) 557—565

11. R. A. Duursma, C. V. M. Barton, Y.-S. Lin, B. E. Medlyn, D. Eamus, D. T. Tissue, D. S. Ellsworth, R. E. McMurtrie. Agricult. and Forest Meteorology, 189-190 (2014) 2—10

12. G. Huang, Y. Yang, L. Zhu, S. Peng, Y. Li. Agricult. and Forest Meteorology, 300 (2021) 108322

13. E. D. Schulze, O. L. Lange, L. Kappen, U. Buschbom, M. Evenari. Planta, 110 (1973) 29—42

14. M. Ameye, T. M. Wertin, I. Bauweraerts, M. A. McGuire, R. O. Teskey, K. Steppe. New Phytologist, 196 (2012) 448—461

15. J. E. Drake, M. G. Tjoelker, A. Varhammar, E. Medlyn Belinda, P. B. Reich, A. Leigh, S. Pfautsch, C. J. Blackman, R. López, M. J. Aspinwall. Global Change Biology, 24 (2018) 2390—2402

16. M. G. De Kauwe, B. E. Medlyn, A. J. Pitman, J. E. Drake, A. Ukkola, A. Griebel, E. Pendall, S. Prober, M. Roderick. Biogeosciences, 16 (2019) 903—916

17. C. Krich, M. D. Mahecha, M. Migliavacca, M. G. De Kauwe, A. Griebel, J. Runge, D. G. Miralles. Environ. Res. Lett., 17 (2022) 44013

18. X. Feng, R. Liu, C. Li, H. Zhang, M. Slot. Environ. Exp. Botany, 209 (2023) 105295

19. Y. Yamane, Y. Kashino, H. Koike, K. Satoh. Photosynth. Res., 57 (1998) 51—59

20. A. Rokka, E.-M. Aro, R. G. Herrmann, B. Andersson, A. V. Vener. Plant Physiol., 123 (2000) 1525—1535

21. M. Yoshioka, S. Uchida, H. Mori, K. Komayama, S. Ohira, N. Morita, T. Nakanishi, Y. Yamamoto. J. Biol. Chem., 281 (2006) 21660—21669

22. Y. Yamamoto. Front. Plant Sci., 7 (2016) 1136

23. T. Yamasaki, T. Yamakawa, Y. Yamane, H. Koike, K. Satoh, S. Katoh. Plant Physiol., 128 (2002) 1087—1097

24. Y. Marutani, Y. Yamauchi, Y. Kimura. Planta, 236 (2012) 753—761

25. N. Pshybytko, J. Kruk, L. Kabashnikova, K. Strzalka. Bioch. Biophys. Acta (BBA) – Bioenergetics, 1777, N 11 (2008) 1393—1399

26. N. Pshybytko, J. Kruk, E. Lysenko, K. Strzalka, V. Demidchik. Environ. Exp. Botany, 206 (2023) 105151

27. Н. Л. Пшибытко. Журн. прикл. спектр., 91 (2024)

28. S. J. Grafts-Brandner, R. D. Law. Planta, 212, N 1 (2000) 67—74

29. T. D. Sharkey. Plant Cell Environ., 28 (2005) 269—277

30. V. Demidchik. Environ. Exp. Botany, 109 (2015) 212—228

31. S. Fortunato, C. Lasorella, N. Dipierro, F. Vita, M. C. de Pinto. Antioxidants, 12 (2023) 605

32. R. Awasthi, K. Bhandari, H. Nayyar. Front. Environ. Sci., 3 (2015) 11

33. S. Mondal, S. Karmakar, D. Panda, K. Pramanik, B. Bose, R. K. Singhal. Plant Stress, 10 (2023) 100227

34. A. Wahid, S. Gelani, M. Ashraf, M. R. Foolad. Environ. Exp. Botany, 61, N 3 (2007) 199—223

35. N. Sade, M. del Mar Rubio-Wilhelmi, K. Umnajkitikorn, E. Blumwald. J. Exp. Botany, 69, N 4 (2018) 845—853

36. W. Guo, Y. Xing, X. Luo, F. Li, M. Ren, Y. Liang. Int. J. Mol. Sci., 24 (2023) 13052

37. X. W. Zhang, J. P. Li, A. L. Liu, J. Zou, X. Zhou, J. Xiang, W. Rerksiri, Y. Peng, X. Xiong, X. Chenet. PloS One, 7, N 11 (2012) 49652

38. D. E. Marias, F. C. Meinzer, C. Still. Trees, 31, N 3 (2017) 1091—1099

39. A. Kanojia, S. Gupta, M. Benina, A. R. Fernie, B. Mueller-Roeber, T. Gechev, P. P. Dijkwel. J. Exp. Botany, 71, N 20 (2020) 6340—6354

40. Q. Xiang, B. Rathinasabapathi. AoB Plants, 21, N 4 (2022) plac024, doi: 10.1093/aobpla/plac024

41. П. Ф. Рокицкий. Биологическая статистика, Минск, Вышэйшая школа (1973)

42. W. Sadok, J. R. Lopez, K. P. Smith. Plant Cell Environ., 44 (2021) 2102—2116

43. L. N. Kalituho, N. L. Pshybytko, L. F. Kabashnikova, P. Jahns. Bulg. J. Plant Physiol., Special issue (2003) 281—289

44. C. Scholes, S. Kentish, G. Stevens. Recent Patents on Chemical Engineering, 1 (2008) 52—66

45. H. M. Rawson, J. H. Hindmarsh, R. A. Fischer, Y. M. Stockman. Aust. J. Plant Physiol., 10 (1983) 503—514

46. N. L. Pshibytko, L. N. Kalitukho, N. B. Zhavoronkova, L. F. Kabashnikova. Russ. J. Plant Physiol., 51 (2004) 15—20

47. A. L. Fredeen, R. F. Sage. Trees Struct. Func., 141 (1999) 161—168

48. S. Matzner, J. Comstock. Plant Cell Environ., 24 (2001) 1299—1307

49. L. Sack, N. M. Holbrook. Annu. Rev. Plant Biol., 57 (2006) 361—381

50. Z. Yang, T. R. Sinclair, M. Zhu, C. D. Messina, M. Cooper, G. L. Hammerd. Environ. Exp. Botany, 78 (2012) 157—162

51. W. Sadok, J. R. Lopez, K. P. Smith. Plant Cell Environ., 44 (2021) 2102—2116

52. Q. Li, Z. J. Yao, H. Mi. Front. Plant Science, 7 (2016) 285

53. Н. Л. Пшибытко. Журн. прикл. спектр., 91 (2024) 877—884