Reaction of barley varieties on the content of polyphenols on stress soil backgrounds

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In order to assess the stress resistance of genotypes, we studied the influence of soil stressors on the content of polyphenolic substances in grain, straw, and roots of barley (Hordeum vulgare L.) of various varieties with differentiation by origin (domestic and foreign selection) and methods of production (hybridization and cell selection). The plants were grown in vegetative tanks with sod-podzolic soil in natural conditions until the seeds ripened. The experimental design included the following options: with excess cadmium (Cd2+ 6.4 mg/kg); increased acidity (pHKCl=4.8); simulated drought in the interphase period, emergence into the tube - earing; without stress load at pHKCl=6.5 (control). The content of polyphenols in terms of gallic acid was determined by the spectrophotometric method. The total accumulation of polyphenols in grain under drought conditions (9.18…11.13 mg/g) and in the presence of excess Cd2+ in the soil (9.07…9.10 mg/g) exceeded the control by 2.5…14.8 % and 2.8…8.5 %, respectively. On acidic soil, compared with the control, the amount of polyphenols in grain significantly decreased in all domestically bred barley varieties that underwent selection on acidic soils or selection on acidic selective media in vitro, in Vitrum - by 16.1 %, Rodnik Prikamye - by 11.8 %. In varieties of foreign selection (Zazersky 85, Triumph and Tallon), under acidic conditions, the value of this indicator, on the contrary, increased by 2.2…4.8 %. Most of the polyphenols were in a bound state. The distribution of free fraction polyphenols among organs (% of the total amount in the plant) was revealed: straw (41.4…49.1) > roots (32.4…42.5) > grain (15.6…22.6). Among the stressors studied, increased acidity contributed to a greater extent to the increase in the relative accumulation of free polyphenols and most significantly in the roots - in varieties and regenerants of the selection of the Federal Agrarian Research Center of the North--East by 19.0 %; foreign selection - by 35.7 %.

About the authors

O. N. Shupletsova

Federal Agrarian Scientific Center of the North-East of N. V. Rudnitsky

Email: olga.shuplecova@mail.ru
610007, Kirov, ul. Lenina, 166 a

E. V. Tovstik

Federal Agrarian Scientific Center of the North-East of N. V. Rudnitsky

610007, Kirov, ul. Lenina, 166 a

I. N. Shchennikova

Federal Agrarian Scientific Center of the North-East of N. V. Rudnitsky

610007, Kirov, ul. Lenina, 166 a

References

  1. Nexus on climate change: Agriculture and possible solution to cope future climate change stresses / A. Shahzad, S. Ullah, A. A. Dar, et al. // Environmental Science and Pollution Research. 2021. Vol. 12. No. 28. P. 14211-14232. doi: 10.1007/s11356-021-12649-8.
  2. Arzani A., Ashraf M. Smart Engineering of Genetic Resources for Enhanced Salinity Tolerance in Crop Plants // Critical Reviews in Plant Sciences. 2016. Vol. 3. No. 35. P. 146-189. doi: 10.1080/07352689.2016.1245056.
  3. Шуплецова О. Н., Щенникова И. Н. Результаты использования клеточных технологий в создании новых сортов ячменя, устойчивых к токсичности алюминия и засухе // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2016. Т. 20. № 5. С. 623-628. doi: 10.18699/VJ16.183.
  4. Investigation of phenolic compounds with antioxidant activity in barley and oats affected by variation in growing location / Sh. Rao, A. B. Santhakumar, K. A. Chinkwo, et al. // Cereal Chemistry. 2020. Vol. 4. No. 97. P. 772-782. doi: 10.1002/cche.10291.
  5. Role and regulation of plants phenolics in abiotic stress tolerance: an overview / M. I. Naikoo, M. I. Dar, F. Raghib, et al. // In book: Plant Signaling Molecules. Elsevier (Woodhead Publishing), 2019. Ch. 9. Р. 157-168. doi: 10.1016/B978-0-12-816451-8.00009-5.
  6. Аллагулова Ч. Р., Ласточкина О. В. Снижение уровня окислительного стресса в растениях пшеницы под влиянием эндофитных бактерий в условиях засухи // Экобиотех. 2020. Т. 3. № 2. С. 129-134. doi: 10.31163/2618-964Х-2020-3-2-129-134.
  7. Sirin S., Aslim B. Determination of antioxidant capacity, phenolic acid composition and antiproliferative effect associated with phenylalanine ammonia lyase (PAL) activity in some plants naturally growing under salt stress // Proceedings. 2017. Vol. 1. No. 1. Article 1035. URL: https://www.mdpi.com/2504-3900/1/10/1035 (дата обращения: 01.03.2023). doi: 10.3390/proceedings1101035.
  8. Guo T. R., Zhang G. P., Zhang Y. H. Physiological changes in barley plants under combined toxicity of aluminum, copper and cadmium // Colloids Surf B Biointerfaces. 2007. Vol. 2. No. 57. Р. 182-188. doi: 10.1016/j.colsurfb.2007.01.013.
  9. Functional Properties of Polyphenols in Grains and Effects of Physicochemical Processing on Polyphenols / S. Tian, Y. Sun, Z. Chen, et al. // Journal of Food Quality. 2019. Article 2793973. URL: https://www.hindawi.com/journals/jfq/2019/2793973/ (дата обращения: 01.03.2023). doi: 10.1155/2019/2793973.
  10. Рихтер А. А., Горина В. М. Полифенолы тканей плодов косточковых культур в профилактике некоторых заболеваний человека // Плодоводство. 2018. Т. 30(1). С. 273-283.
  11. Журлова Е. Д., Бондаренко А. В., Базильский Д. А. и др. Содержание свободных и связанных полифенолов злаковых и бобовых культур // Grain Products and Mixed Fodder's. 2017. Vol. 17. No. 2. P. 14-18.
  12. Influence of Abiotic Stress Factors on the Antioxidant Properties and Polyphenols Profile Composition of Green Barley (Hordeum vulgare L.) / P. L. Kowalczewski, D. Radzikowska, E. Ivanisova, et al. // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21. No. 2. Article 397. URL: https://www.mdpi.com/1422-0067/21/2/397 (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.3390/ijms21020397.
  13. Study of resistance of spring barley genotypes to zinc and cadmium / R. A. Alybaeva, U. A. Shilmanova, Z. A. Inelova, et al. // Eurasian Journal of Ecology. 2019. V. 59. No. 2. P. 60-68. doi: 10.26577/EJE.2019.v59.i2.05.
  14. Kiani R., Arzani A., Maibod S. A. M. M. Polyphenols, Flavonoids, and Antioxidant Activity Involved in Salt Tolerance in Wheat, Aegilops cylindrica and Their Amphidiploids // Frontiers in Plant Science. 2021. Vol. 12. URL https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2021.646221/full (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.3389/fpls.2021.646221.
  15. Effects of sprouting and salt stress on polyphenol composition and antiradical activity of einkorn, emmer and durum wheat / F. Stagnari, A. Galieni, S. D'egidio, et al. // Italian Journal of Agronomy. 2018. Vol. 4. No. 11. doi: 10.4081/ija.2017.848.
  16. Effect of the time and temperature of germination on the phenolic compounds of Triticum aestivum, L. and Panicum miliaceum, L. / D. Ceccaroni, V. Alfeo, E. Bravi, et al. // Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie. 2020. Vol. 8. No. 127. Article 109396. URL: https://www.agronomy.it/index.php/agro/article/view/848 (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.1016/j.lwt.2020.109396.
  17. Supplemental Effects of Biochar and Foliar Application of Ascorbic Acid on Physio-Biochemical Attributes of Barley (Hordeum vulgare L.) under Cadmium-Contaminated Soil / S. Yaseen, S. F. Amjad, N. Mansoora, et al. // Sustainability. 2021. Vol. 13. No. 16. Article 9128. URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/13/16/9128 (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.3390/su13169128.
  18. Identification of the gene network modules highly associated with the synthesis of phenolics compounds in barley by transcriptome and metabolome analysis / Z. Han, M. Ahsan, M. F. Adil, et al. // Food Chemistry. 2020. Vol. 323. Article 126862. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030881462030724X?via%3Dihub (дата обращения: 01.06.2023). doi: 10.1016/j.foodchem.2020.126862.
  19. Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России / под ред. А. В. Гордеева, Г. А. Романенко. М.: Росинформагротех, 2008. 67 с.
  20. Cadmium pollution from phosphate fertilizers in arable soils and crops: an overview / A. G. Nino-Savala, Z. Zhuang, X. Ma, et al. // Frontiers of Agricultural Science and Engineering. 2019. Vol. 6. No. 4. P. 419-430. doi: 10.15302/J-FASE-2019273.
  21. Селюкова С. В. Тяжелые металлы в агроценозах // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 8. С. 85-93. doi: 10.24411/0235-2451-2020-10815.
  22. Термодинамическое состояние кадмия и свинца в почвах каштаново-солонцового комплекса / А. П. Ендовицкий, В. П. Калиниченко, В. Б. Ильин и др. // Агрохимия. 2008. № 9. С. 59-65.
  23. Фазлыева А. С., Даукаев Р. А., Каримов Д. О. Влияние кадмия на здоровье населения и способы профилактики его токсических эффектов // Медицина труда и экология человека. 2022. № 1 (29). С. 220-235. doi: 10.24411/2411-3794-2022-10115.
  24. Шеромов А. М., Товстик Е. В., Шуплецова О. Н. Валидация методики определения полифенолов в зерне ячменя // Съезд общества физиологов растений России "Биология растений в эпоху глобальных изменений климата: тезисы докладов. Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2023. С. 395.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».