Оценка функционирования фотосинтетического аппарата маслины европейской при воздействии отрицательных температур

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Маслина европейская (O. europaea L.) – популярная плодовая культура, которая по занимаемой площади является второй плодовой культурой в мире и уступает только кофе. Основным лимитирующим фактором выращивания маслины в регионах, расположенных на северной границе субтропической зоны, а также в умеренном климате является их низкая морозостойкость. В связи с этим, целью настоящего исследования было оценить степень влияния отрицательных температур на функциональное состояние листьев разных генотипов O. europaea.

Материалы и методы. Исследования функционирования пигментного аппарата, стабильности хлорофилл-белкового комплекса и повреждения мембран в условиях отрицательных температур проводили на листьях следующих сортов маслины европейской: ‘Aglandau’, ‘Coreggiolo’, ‘Obilnaya’, ‘Tiflis’, ‘Dalmatica’, ‘Nikitskaya 2’, ‘Ascolano’, ‘Tossijskaya’, ‘Leccino’, ‘Razzo’. Эксперименты проведены в нативных условиях (контроль), а также после воздействия низких температур: –7°С, –10°С, –12°С и –14°C сразу и через 24 часа.

Результаты и заключение. Воздействие отрицательных температур вызывало различный отклик как в проявлении визуальных повреждений на листьях, так и в изменении их физиологических параметров. При низком градиенте температурного воздействия (–7... – 10°С) повреждены ткани листьев сортов европейской селекции ‘Coreggiolo‘, ‘Ascolano‘, ‘Leccino‘ и ‘Razzo‘: электропроводность достигала 15%, снижен индекс стабильности хлорофилла, снижены коэффициенты переменной флуоресценции, фотосинтетической активности; неконтролируемое тушение фотонов было значительно выше эффективного фотохимического квантового выхода и нефотохимического тушения. Сорта крымской и кавказкой селекции отличаются повышенной морозостойкостью. Сорта ‘Nikitskaya 2‘, ‘Tossijskaya‘ и ‘Tiflis‘ демонстрируют целостность мембран клеток листьев, стабильность содержания фотосинтетичеких пигментов и сохранение работы фотосистем на различных уровнях их организации при температуре –14°С.

Об авторах

Сергей Юрьевич Цюпка

ФГБУН «Никитский ботанический сад-Национальный научный центр»

Автор, ответственный за переписку.
Email: tsupkanbg@mail.ru

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

 

Россия, ул. Никитский спуск, 52, г. Ялта, , 298648, Российская Федерация

Валентина Анатольевна Цюпка

ФГБУН «Никитский ботанический сад-Национальный научный центр»

Email: valentina.brailko@yandex.ru

кандидат биологических наук, заведующая лабораторией геномики растений и биоинформатики, старший научный сотрудник

 

Россия, ул. Никитский спуск, 52, г. Ялта, , 298648, Российская Федерация

Илья Владимирович Булавин

ФГБУН «Никитский ботанический сад-Национальный научный центр»

Email: cellbiolnbs@yandex.ru

кандидат биологических наук, заведующий лабораторией клеточной биологии и анатомии, старший научный сотрудник

 

Россия, ул. Никитский спуск, 52, г. Ялта, , 298648, Российская Федерация

Список литературы

  1. Гольцев, В. Н., Каладжи, Х. М., Паунов, М., Баба, В., Хорачек, Т., Мойски, Я., Коцел, Х., & Аллахвердиев, С. И. (2016). Использование переменной флуоресценции хлорофилла для оценки физиологического состояния фотосинтетического аппарата растений. Физиология растений, 63(6), 881–907. https://doi.org/10.7868/S0015330316050055
  2. Доманская, Э. Н. (1964). Изучение физиолого-биохимических показателей сравнительной морозостойкости сортов маслины. (кандидатская диссертация). Ялта.
  3. Иванова, М. И., Бухаров, А. Ф., & Кашлева, А. И. (2022). Корреляционный анализ признаков, характеризующих урожайность и качество продукции представителей рода Allium (подрод Сера). Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология, 22(1), 64–73. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2022-22-1-64-73
  4. Нестеренко, Т. В., Тихомиров, А. А., & Шихов, В. Н. (2007). Индукция флуоресценции хлорофилла и оценка устойчивости растений к неблагоприятным воздействиям. Журнал общей биологии, 68(6), 444–458.
  5. Нестеров, Я. С. (1972). Методика определения зимостойкости и морозостойкости плодовых и ягодных культур. Мичуринск.
  6. Рубин, А. Б. (2000). Биофизические методы в экологическом мониторинге. Соросовский образовательный журнал, (4), 7–13.
  7. Щенникова, И. Н., Лисицын, Е. М., & Кокина, Л. П. (2010). Изменение пигментного комплекса флаговых листьев ячменя под действием эдафического стресса. Аграрная наука Евро-Северо-Востока, (1), 24–28.
  8. Юшков, А. Н. (2017). Адаптивный потенциал и селекция плодовых растений на устойчивость к абиотическим стрессорам. (докторская диссертация). Мичуринск: Мичуринский государственный аграрный университет.
  9. Alekseev, A. A., Osipov, V. A., & Matorin, D. N. (2006). Method for determining the functional state of plants by chlorophyll fluorescence. Yakut State University, Yakutsk, 65 p.
  10. Antognozzi, E., Pilli, M., Proietti, P., & Romani, F. (1990). Analysis of some factors affecting frost resistance in olive trees. Paper presented at XXIII Int. Horticultural Congress, Firenze, Italy, 4280 p.
  11. Arias, N. S., Scholz, F. G., Goldstein, G., & Bucci, S. J. (2021). Low-temperature acclimation and legacy effects of summer water deficits in olive freezing resistance. Tree Physiology, 41(10), 1836–1847. https://doi.org/10.1093/treephys/tpab040
  12. Baker, N. R., & Oxborough, K. (2004). Chlorophyll fluorescence as a probe of photosynthetic productivity. In Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis (pp. 65–82). Dordrecht: Springer Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-3218-9_3
  13. Bartolozzi, F., & Fontanazza, G. (1999). Assessment of frost tolerance in olive (Olea europaea L.). Scientia Horticulturae, 81, 309–319. https://doi.org/10.1016/S0304-4238(99)00019-9
  14. Bartolozzi, F., Rocchi, P., Camerini, F., & Fontanazza, G. (1999). Changes of biochemical parameters in olive (Olea europaea L.) leaves during an entire vegetative season, and their correlation with frost resistance. Acta Horticulturae, 474, 435–440. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.1999.474.89
  15. Brajon, O. V., Korneev, D. Yu., Snegur, O. O., & Kitaev, O. I. (2000). Instrumental studies of the photosynthetic apparatus using the induction of chlorophyll fluorescence. Methodical instructions. Kyiv, Ukraine, 11 p.
  16. D'Angeli, S., & Altamura, M. M. (2007). Osmotin induces cold protection in olive trees by affecting programmed cell death and cytoskeleton organization. Planta, 225, 1147–1163. https://doi.org/10.1007/s00425-006-0426-6
  17. Deslauriers, A., Caron, L., & Rossi, S. (2015). Carbon allocation during defoliation: Testing a defense-growth trade-off in balsam fir. Frontiers in Plant Science, 6, 338. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00338
  18. Fontanazza, G. (1986). Renovation of olive groves damaged by frost: technical guidelines. Giornale di Agricolture, 42, 45–47.
  19. Food and Agriculture Organization (FAO) and Codex Alimentarius Commission. Available online: http://www.fao.org/. Accessed date: November 2023. https://doi.org/10.4337/9781786438935.00011
  20. García-Mozo, H., Pérez-Badía, R., & Galán, C. (2008). Aerobiological and meteorological factors’ influence on olive (Olea europaea L.) crop yield in Castilla-La Mancha (central Spain). Aerobiologia, 24, 13–18. https://doi.org/10.1007/s10453-007-9075-x
  21. Ghamary, B., Rajabipour, A., Borghei, A. M., & Sadeghi, H. (2010). Some physical properties of olive. Agricultural Engineering International, 12, 104–110. https://cigrjournal.org/index.php/Ejounral/article/view/1381
  22. Gómez-del Campo, M., & Barranco, D. (2005). Field evaluation of frost tolerance in ten olive cultivars. Plant Genetic Resources, 3(3), 385–390. https://doi.org/10.1079/PGR200592
  23. Gordeev, R. V., Pyzhev, A. I., & Zander, E. V. (2022). Does climate change influence Russian agriculture? Evidence from panel data analysis. Sustainability, 14, 718. https://doi.org/10.3390/su14020718
  24. Gubanova, T. B. (2019a). Resistance of Olea europaea L. varieties and forms to unfavorable winter conditions on the southern coast of Crimea. Pomiculture and Small Fruit Culture in Russia, 57, 32–41. https://doi.org/10.31676/2073-4948-2019-57-32-41
  25. Gubanova, T. B. (2019b). The influence of negative temperatures on photosynthetic activity in some evergreen species of Oleaceae family. Subtropical and Decorative Gardening, 70, 158–167. https://doi.org/10.31360/2225-3068-2019-70-158-167
  26. Gubanova, T. B., & Paliy, A. E. (2020). Physiological and biochemical aspects of frost resistance in Olea europaea L. Russian Journal of Plant Physiology, 67, 671–679. https://doi.org/10.1134/S1021443720030103
  27. Ivashchenko, Y., Ivashchenko, I., & Tsiupka, S. (2021). Evaluation of olive cultivars with different photosynthetic activity of leaves. Acta Horticulturae, 1308, 99–104. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2021.1308.16
  28. Kramer, D. M., Johnson, G., Kirats, O., & Edwards, G. E. (2004). New flux parameters for the determination of Qa redox state and excitation flux. Photosynthesis Research, 79, 209–218. https://doi.org/10.1023/B:PRES.0000015391.99477.0d
  29. La Porta, N., Zacchini, M., Bartolini, S., Viti, R., & Roselli, G. (1994). The frost hardiness of some clones of olive cv. Leccino. Journal of Horticultural Science, 69(3), 433–435. https://doi.org/10.1080/14620316.1994.11516472
  30. Lichtenthaler, H. K. (2004). Light adaptation and senescence of the photosynthetic apparatus. Changes in pigment composition, chlorophyll fluorescence parameters and photosynthetic activity. In H. K. Lichtenthaler & F. Babani (Eds.), Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis (pp. 713–736). Dordrecht: Springer Netherlands.
  31. Lichtenthaler, H. K., & Rinderle, U. (1988). The role of chlorophyll fluorescence in the detection of stress conditions in plants. CRC Critical Reviews in Analytical Chemistry, 19(1), 29–85. https://doi.org/10.1080/15476510.1988.10401466
  32. Lichtenthaler, H. K., & Wellburn, A. R. (1983). Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochemical Society Transactions, 11, 591–592. https://doi.org/10.1042/bst0110591
  33. Martin, G. C., Denney, J. O., Ketchie, D. O., Osgood, J. W., Connel, J. H., Sibbett, G. S., Kammereck, R., Krueger, W. H., & Nour, G. A. (1993). Freeze damage and cold hardiness in olive: Findings from the 1990 freeze. California Agriculture, 47(1), 1–12. https://www.cabidigitallibrary.org/doi/full/10.5555/19930325238
  34. Maxwell, K., & Johnson, G. N. (2000). Chlorophyll fluorescence – a practical guide. Journal of Experimental Botany, 51(345), 659–668. https://doi.org/10.1093/jexbot/51.345.659
  35. Moreno-Alias, I., Leon, L., de la Rosa, R., & Rapoport, H. F. (2009). Morphological and anatomical evaluation of adult and juvenile leaves of olive plants. Trees, 23, 181–187. https://doi.org/10.3390/agriculture13061137
  36. Rezaei, M., & Rohani, A. (2023). Estimating freezing injury on olive trees: A comparative study of computing models based on electrolyte leakage and tetrazolium tests. Agriculture, 13, 1137. https://doi.org/10.3390/agriculture13061137
  37. Rinderle, U., & Lichtenthaler, H. K. (1988). The chlorophyll fluorescence ratio F690/F735 as a possible stress indicator. In H. K. Lichtenthaler (Ed.), Applications of Chlorophyll Fluorescence (pp. 189–196). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. https://doi.org/10.1007/978-94-009-2823-7_23
  38. Rodrigo-Comino, J., Salvia, R., Quaranta, G., Cudlin, P., Salvati, L., & Gimenez-Morera, A. (2021). Climate aridity and the geographical shift of olive trees in a Mediterranean northern region. Climate, 9, 64. https://doi.org/10.3390/cli9040064
  39. Roselli, G., La Porta, N., & Morelli, D. (1992). Evaluations of olive germplasm for cold-stress tolerance. Atti Convegno Germoplasma Frutticolo: Alghero, Settembre, pp. 107–112.
  40. Roselli, G., & Venora, G. (1989). Relationship between stomatal size and winter hardiness in the olive. International Symposium on Olive Growing, 286, 89–92. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.1990.286.15
  41. Roselli, G., & Venora, G. (1990). Relationship between stomatal size and winter hardiness in the olive. Acta Horticulturae, 286, 89–92. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.1990.286.15
  42. Schreiber, U., Schliwa, U., & Bilger, W. (1986). Continuous recording of photochemical and non-photochemical chlorophyll fluorescence quenching with a new type of modulation fluorometer. Photosynthesis Research, 10, 51–62. https://doi.org/10.1007/BF00024185
  43. Stirbet, A., & Govindjee, G. (2011). On the relation between the Kautsky effect (chlorophyll a fluorescence induction) and Photosystem II: basics and applications of the OJIP fluorescence transient. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 104(1–2), 236–257. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2010.12.010
  44. Tanentzap, F. M., Stempel, A., & Ryser, P. (2015). Reliability of leaf relative water content (RWC) measurements after storage: consequences for in situ measurements. Botany, 93, 535–541. https://doi.org/10.1139/cjb-2015-0065
  45. Tsiupka, S. (2018). Historical review of olive germplasm evaluation and cultivar development in Crimea. Acta Horticulturae, 1208, 97–104. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2018.1208.13
  46. van Kooten, O., & Snel, J. (1990). The use of chlorophyll fluorescence nomenclature in plant stress physiology. Photosynthesis Research, 25, 147–150. https://doi.org/10.1007/BF00033156
  47. Xu, Z., Zhou, G., & Li, H. (2004). Responses of chlorophyll fluorescence and nitrogen level of Leymus chinensis seedling to changes of soil moisture and temperature. Journal of Environmental Sciences, 16(4), 666–669.
  48. Yoshida, S., & Uemura, M. (1990). Responses of the plasma membrane to cold acclimation and freezing stress. In The Plant Plasma Membrane (pp. 293–320). Berlin: Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-74522-5_13
  49. Zhang, B. B., Xu, J. L., Zhou, M., Yan, D. H., & Ma, R. J. (2018). Effect of light quality on leaf photosynthetic characteristics and fruit quality of peach (Prunus persica L. Batch). Photosynthetica, 56, 1113–1122. https://doi.org/10.1007/s11099-018-0820-x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».