Анализ гиперспектральных изображений проростков Hordeum vulgare L. для оценки их адаптации к тепловому стрессу

С использованием метода гиперспектральной визуализации исследованы онтогенетические и теплоиндуцированные изменения спектров отражения листовых пластинок проростков Hordeum vulgare L. разных возрастных групп в видимой и ближней ИК областях. Обнаружено, что по мере роста первого листа отражение света в ближней ИК-области уменьшается, структура мезофилла становится менее уплотненной. Поглощение хлорофилловых пигментов повышается с 4- до 7-дневного возраста, затем снижается. Воздействие повышенной температуры (40 °С, 3 ч, освещение 120 мкмоль квантов · м^–2 · с^–1) незначительно влияет на коэффициенты отражения в ближней ИК-области листьев 4- и 7-дневных проростков, но существенно снижает плотность листовой пластинки в 11-дневных растениях. В то же время поглощение хлорофилловых пигментов достоверно снижается в 4- и 11-дневных проростках и не изменяется в 7-дневных листьях после нагревания. Поглощение света молекулами воды в исследуемых проростках всех возрастных групп после теплового воздействия существенно не изменялось. Проведен сравнительный и корреляционный анализ восьми наиболее часто используемых вегетационных индексов. Обнаружено, что тепловое воздействие приводит к существенному снижению фотохимического индекса отражения (PRI) в 4-дневных листьях и нормализованного вегетационного индекса красной границы (NDVI705) в 11-дневных проростках, а также к росту структурного индекса интенсивности пигментов (SIPI) в 11-дневных растениях. Данные вегетационные индексы предложено использовать для оценки теплового стресса у растений.

1. I. Ahuja, R. C. de Vos, A. M. Bones, R. D. Hall. Trends Plant Sci., 15, N 12 (2010) 664—674

2. H. Zhang, Z. Lang, J. K. Zhu, P. Wang. Stress Biology, 5 (2025) 8

3. S. Hani, L. Cuyas, P. David, D. Secco, J. Whelan, M. C. Thibaud, R. Merret, F. Mueller, N. Pochon, H. Javot, O. Faklaris, E. Maréchal, E. Bertrand, L. Nussaume. Nat. Plants, 7, N 8 (2021) 1050—1064

4. S. Takahashi, M. R. Badger. Trends Plant Sci., 16, N 1 (2011) 53—60

5. M. Quint, C. Delker, K.A. Franklin, P. Wigge, K. Halliday, M. Van Zanten. Nat. Plants, 2 (2016) 15190

6. D. V. Yanykin, A. A. Khorobrykh, S. A. Khorobrykh, N. L. Pshybytko, V. V. Klimov. Photosynth. Res., 117, N 1-3 (2013) 367—374

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

8. A. Lowe, N. Harrison, A. P. French. Plant Methods, 13 (2017) 8091

9. Q. Wu, L. Xu, Z. Zou, J. Wang, Q. Zeng, Q. Wang. Front. Plant Sci., 13 (2022) 1047479

10. I. Buja, E. Sabella, A. G. Monteduro, M. S. Chiriacò, L. De Bellis, A. Luvisi, G. Maruccio. Sensors, 21 (2021) 2129

11. Y. Hu, U. Schmidhalter. Trends Plant Sci., 28, N 5 (2023) 552—566

12. F. G. Okyere, D. K. Cudjoe, N. Virlet, M. Castle, A. B. Riche, L. Greche, F. Mohareb, D. Simms, M. Mhada, M. J. Hawkesford. Remote Sens., 16 (2024) 3446

13. D. Wang, H. Hong, W. Cong. Environ. Microbiology, 25, N 4 (2022) 836—852

14. L. Feng, S. Zhu, F. Liu, Y. He, Y. Bao, C. Zhang. Plant Methods, 15 (2019) 91

15. P. Mishra, S. Lohumi, H. A. Khan, A. Nordon. Computers and Electronics in Agriculture, 178 (2020) 105780

16. R. Sarić, V. D. Nguyen, T. Burge, O. Berkowitz, M. Trtílek, J. Whelan, M. G. Lewsey, E. Čustović. Trends Plant Sci., 27, N 3 (2022) 301—315

17. K. Golhani, S. K. Balasundram, G. Vadamalai, B. Pradhan. Proc. Agriculture, 5, N 3 (2018) 354—371

18. L. Ferreira, I. Carvalho, L. Jorge, A.M. Quezado-Duval, M. Rossato. Front. Plant Sci., 15 (2024) 1387925

19. J. Qin, O. Monje, M. R. Nugent, J. R. Finn, A. E. O’Rourke, K. D. Wilson, R. F. Fritsche, I. Baek, D. E. Chan, M. S. Kim. Front. Plant Sci., 14 (2023) 1133505

20. A. Sanaeifar, C. Yang, M. de la Guardia, W. Zhang, X. Li, Y He. Sci. Total Environ., 861 (2023) 160652

21. A. Gitelson, M. N. Merzlyak. J. Photochem. Photobiol. B., 22, N 3 (1994) 247—252

22. D. A. Sims, J. A. Gamon. Remote Sens. Environ., 81 (2002) 337—354

23. A. Gitelson, Y. Zur, O. B. Chivkunova, M. N. Merzlyak. Photochem. Photobiol., 75 (2002) 272—281

24. J. Penuelas, F Baret, I. Filella. Photosynthetica, 31 (1995) 221—230

25. J. Peñuelas, I. Filella, J. A. Gamon. New Phytologist, 131 (1995) 291—296

26. A. A. Gitelson, M. N. Merzlyak, O. B. Chivkunova. Photochem. Photobiol., 74 (2001) 38—45

27. Т. К. Головко. Физиология растений, 70, № 7 (2023) 701—714

28. J. Peñuelas, J. A. Gamon, A. L. Fredeen, J. Merino, C. B. Field. Remote Sens. Environ., 48 (1994) 135—146

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

30. N. L. Pshibytko, L. N. Kalitukho, N. B. Zhavoronkova, L. F. Kabashnikova. Russ. J. Plant Physiol., 51, N 1 (2004) 15—20

31. D. N. H. Horler, M. Dockray, J. Barber. Int. J. Remote Sens., 4, N 2 (1983) 273—288

32. C. Li, E. A. Czyż, R. Halitschke. Plant Methods, 19 (2023) 108

33. I. Tichá, J. Čatský. In: Biological Control of Photosynthesis. Advances in Agricultural Biotechnology, Eds. R. Marcelle, H. Clijsters, M. van Poucke, Springer, Dordrecht (1986) 19

34. C. D. Whitewoods. PLoS Biol., 19, N 12 (2021) e3001475

35. H.‐D. Seelig, A. Hoehn, L. S. Stodieck, D. M. Klaus, W. W. Adams III, W. J. Emery. Int. J. Remote Sens., 29, 13 (2008) 3701—3713

36. A. Lowe, N. Harrison, A. P. French. Plant Methods, 13 (2017) 80

37. A. Sanaeifar, C. Yang, M. de la Guardia, W. Zhang, X. Li, Y. He. Sci. Total Environ., 861 (2023) 160652

38. H. Li, W. Yang, J. Lei, J. She, X. Zhou. PLoS One, 16, N 3 (2021) e0249351

39. M. Raghav, A. Dubey, J. Singh. Phytochem. Analysis, 37, N 1 (2026) 4—27

40. Н. Л. Пшибытко. Журн. прикл. спектр., 92 (2025) 524—532

41. C. Evangelides, A. Nobajas. Remote Sens. Appl.: Soc. and Environ., 17 (2020) 100283

42. M. N. Merzlyak, A. A. Gitelson, O. B. Chivkunova, V. Rakitin. Physiol. Plantarum., 106, N 1 (1999) 135—141

43. J. Gamon, L. Serrano, J. Surfus. Oecologia, 112 (1997) 492—501

44. J. A. Gamon, C. B. Field, A. L. Fredeen. Photosynthesis Res., 67 (2001) 113—125

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

46. D. V. Yanykin, A. A. Khorobrykh, S. A. Khorobrykh, N. L. Pshybytko, V. V. Klimov. Photosynthesis Res., 117, N 1-3 (2013) 367—374

47. Н. Л. Пшибытко. Журн. прикл. спектр., 90 (2023) 67—73

48. N. Pshybytko, J. Kruk, E. Lysenko, K. Strzalka, V. Demidchik. Environ. and Exper. Botany, 206 (2023) 105151

49. Н. Л. Пшибытко. Журн. прикл. спектр., 91, № 6 (2025) 877—884

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

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