izvestiiatimacadИзвестия Тимирязевской сельскохозяйственной академииIZVESTIYA OF TIMIRYAZEV AGRICULTURAL ACADEMY0021-342XФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева10.26897/0021-342X-2024-2-151-160izvestiiatimacad-588Research ArticleФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, МИКРОБИОЛОГИЯPLANT PHYSIOLOGY, MICROBIOLOGYВлияние осмотического стресса на прорастание семян Helianthus annuus L.: сахароза как осмотический регуляторEffect of osmotic stress on the germination of Helianthus annuus L. seeds: sucrose as an osmotic regulatorФедороваД. Г.FedorovaD. G.

Федорова Дарья Геннадьевна - канд. биол. наук.

460018, Оренбург, пр-кт Победы, 13; тел.: (961) 901–84–77

Darya G. Fedorova - CSc (Bio).

13 Pobedy Ave., Orenburg, 460018; phone: (961) 901–84–77

daryaorlova24@rambler.ruНазароваН. М.NazarovaN. M.

Назарова Наталья Михайловна - канд. биол. наук.

460018, Оренбург, пр-кт Победы, 13 ; тел.: (922) 897–58–85

Natalia M. Nazarova - CSc (Bio).

13 Pobedy Ave., Orenburg, 460018; phone: (922) 897–58–85

nazarova-1989@yandex.ruГвоздиковаА. М.GvozdikovaA. M.

Гвоздикова Анастасия Михайловна - канд. биол. наук.

460018, Оренбург, пр-кт Победы, 13 ; тел.: (982) 208–42–20

Anastasia M. Gvozdikova - CSc (Bio).

13 Pobedy Ave., Orenburg, 460018; phone: (982) 208–42–20

anastasiaporv@mail.ruОренбургский государственный университетРоссияOrenburg State UniversityRussian Federation20241005202402151160Copyright © Федорова Д.Г., Назарова Н.М., Гвоздикова А.М., 20242024Федорова Д.Г., Назарова Н.М., Гвоздикова А.М.Fedorova D.G., Nazarova N.M., Gvozdikova A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiia.timacad.ru/jour/article/view/588

Оренбургская область относится к зоне рискованного земледелия, для которого типичны засухи, чередующиеся с суховеями. Helianthus annuus L., сорт ‘Посейдон 625’, – важная продовольственная культура, возделываемая в регионе, поэтому важно выявить влияние аридизации климата на самых ранних этапах ее онтогенеза. Целью исследований являлось изучение влияния различных концентраций осмотического вещества (сахарозы) на прорастание и дальнейший рост проростков семян «Helianthus annuus L., сорт ‘Посейдон 625’». Лабораторное проращивание проводили в условиях вегетативной камеры по ГОСТ 12038–84. Для оценки прорастания семян в условиях физиологической засухи использовали методику Н.Н. Кожушко, рекомендованную ФИЦ ВИР. Заложено 6 вариантов опытов по проращиванию семян в растворах сахарозы с концентрацией 1,4% (Р = 1 атм); 4,4% (Р = 3 атм); 7,4% (Р = 5 атм); 10,5% (Р = 8 атм); 16,6% (Р = 12 атм) и дистиллированной водой в качестве контрольного. В результате исследований выявлено, что действие осмотического давления, равного 1 атм, не оказывает значимого влияния на всхожесть, однако оказывает раннее стрессирующее воздействие на семена, снижая их энергию прорастания даже в условиях минимального дефицита почвенной влаги. Посредством дисперсионного анализа установлено достоверное снижение (р <<0,05) как всхожести, так и ростовых процессов у проростков «Helianthus annuus L., сорт ‘Посейдон 625’», при увеличении концентрации раствора-осмотика по вариантам опыта. Таким образом, по реакции на дефицит увлажнения на ранних этапах онтогенеза исследуемый сорт можно отнести к группе среднезасухоустойчивых.

Orenburg region belongs to the zone of risky agriculture, which is characterized by droughts alternating with dry and hot winds. Helianthus annuus L., variety ‘Poseidon 625’ is an important food crop cultivated in the region, therefore it is important to identify the influence of climatic drought already at the earliest stages of its ontogenesis. The aim of this study is to investigate the effect of different concentrations of osmotic substance (sucrose) on the germination and further growth of seedlings of H. annuus ‘Poseidon 625’. The laboratory germination was carried out in a vegetative chamber according to GOST 12038–84. The method of N.N. Kozhushko recommended by FRC VIR was used for evaluation of seed germination in physiological drought conditions. There are six variants of experiments on germination of seeds in sucrose solutions with concentrations of 1.4% (P = 1 atm), 4.4% (P = 3 atm), 7.4% (P = 5 atm), 10.5% (P = 8 atm), and 16.6% (P = 12 atm) and distilled water as a control. The study showed that the effect of osmotic pressure equal to 1 atm has no significant effect on germination, but has an early stress effect on seeds, reducing their germination energy even in conditions of minimal soil moisture deficiency. By means of a dispersion analysis, a significant decrease (p <<0.05) in both germination and growth processes of seedlings of H. annuus ‘Poseidon 625’ was found with increasing concentration of the osmotic solution by variants of the experiment. Thus, according to the reaction to the lack of moisture in the early stages of ontogenesis the studied variety can be assigned to the group of medium drought resistant.

подсолнечникосмотический стрессфизиологическая засухавсхожестьпроросткиsunflowerosmotic stressphysiological droughtgerminationseedlingsИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23–76–10060, https://rscf.ru/project/23–76–10060/ReferencesWu Y., Wang Y., Shi H., Hu H., Yi L., Hou J. Time-course transcriptome and WGCNA analysis revealed the drought response mechanism of two sunflower inbred lines // PLoS One. – 2022. – № 17 (4). DOI: 10.1371/journal.pone.0265447.Wu Y., Wang Y., Shi H., Hu H. et al. Time-course transcriptome and WGCNA analysis revealed the drought response mechanism of two sunflower inbred lines. PLoS One. 2022;17(4). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0265447Ghaffari M., Gholizadeh A., Rauf S., Shariati F. Drought-stress induced changes of fatty acid composition affecting sunflower grain yield and oil quality // Food Sci Nutr. – 2023. – № 11 (12). – Рр. 7718–7731. DOI: 10.1002/fsn3.3690.Ghaffari M., Gholizadeh A., Rauf S., Shariati F. Drought-stress induced changes of fatty acid composition affecting sunflower grain yield and oil quality. Food Sci Nutr. 2023;11(12):7718–7731. https://doi.org/10.1002/fsn3.3690Gao H., Cui J., Liu S., Wang S., Lian Y., Bai Y., Zhu T., Wu H., Wang Y., Yang S., Li X., Zhuang J., Chen L., Gong Z., Qin F. Natural variations of ZmSRO1d modulate the trade-off between drought resistance and yield by affecting ZmRBOHC-mediated stomatal ROS production in maize // Mol Plant. – 2022. – № 15 (10). – Рр. 1558–1574. DOI: 10.1016/j.molp.2022.08.009.Gao H., Cui J., Liu S., Wang S. et al. Natural variations of ZmSRO1d modulate the trade-off between drought resistance and yield by affecting ZmRBOHC-mediated stomatal ROS production in maize. Mol Plant. 2022;15(10):1558–1574. https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.08.009Парфенова Е.С., Шамова М.Г., Набатова Н.А., Псарева Е.А. Оценка относительной засухоустойчивости сортов озимой ржи способом проращивания на растворе сахарозы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 11 (2). – С. 347–351. DOI: 10.17513/mjpfi.12503.Parfenova E.S., Shamova M.G., Nabatova N.A., Psareva E.A. Assessment of the relative drought resistance of varieties of winter rye, method of germination on sucrose. Mezhdunarodniy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy. 2018;11(2):347–351. (In Russ.) https://doi.org/10.17513/mjpfi.12503Nakashima K., Yamaguchi-Shinozaki K. ABA signaling in stress-response and seed development // Plant Cell Rep. – 2013. – № 32 (7). – Рр. 959–70. DOI: 10.1007/s00299-013-1418-1.Nakashima K, Yamaguchi-Shinozaki K. ABA signaling in stress-response and seed development. Plant Cell Rep. 2013;32(7):959–70. https://doi.org/10.1007/s00299-013-1418-1Baudouin E., Puyaubert J., Bailly C. Physiological and Environmental Regulation of Seed Germination: From Signaling Events to Molecular Responses // Int J Mol Sci. – 2022. – № 23 (9). – Р. 4839. DOI: 10.3390/ijms23094839.Baudouin E., Puyaubert J., Bailly C. Physiological and Environmental Regulation of Seed Germination: From Signaling Events to Molecular Responses. Int J Mol Sci. 2022;23(9):4839. https://doi.org/10.3390/ijms23094839Zhang Y., Su J., Cheng D., Wang R., Mei Y., Hu H., Shen W., Zhang Y. Nitric oxide contributes to methane-induced osmotic stress tolerance in mung bean // BMC Plant Biol. – 2018. – № 18 (1). – Р. 207. DOI: 10.1186/s12870-018-1426-y.Zhang Y., Su J., Cheng D., Wang R. et al. Nitric oxide contributes to methane-induced osmotic stress tolerance in mung bean. BMC Plant Biol. 2018;18(1):207. https://doi.org/10.1186/s12870-018-1426-yЛисицын Е.М. Эдафическая устойчивость растений и методы ее оценки // Методы и технологии в селекции растений: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. – 2014. – С. 52–59.Lisitsyn E.M. Edaphic resistance of plants and methods of its assessment. Vserossiyskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya s mezhdunarodnym uchastiyem “Metody i tekhnologii v selektsii rasteniy vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem”, Kirov, April 9–10, 2014. Kirov, Russia: NIISH, 2014:52–59. (In Russ.)Любимова А.В., Мамаева В.С., Менщикова А.А. Генетическая засухоустойчивость современных сортов овса посевного как ответ глобальному изменению климата // Аграрный вестник Урала. – 2022. – № 6 (221). – С. 49–59. DOI: 10.32417/1997-4868-2022-221-06-49-59.Lyubimova A.V., Mamaeva V.S., Menshikova A.A. Genetic drought resistance of modern oat varieties as a response to global climate change. Agrarian Bulletin of the Urals. 2022;6(221):49–59. (In Russ.) https://doi.org/10.32417/1997-4868-2022-221-06-49-59Газе В.Л., Лобунская И.А., Костылев П.И., Филиппов Е.Г. Оценка засухоустойчивости образцов ярового ячменя в начальный период развития на растворе осмотиков // зерновое хозяйство России. – 2022. – № (4). – С. 34–38. DOI: 10.31367/2079-8725-2022-82-4-34-38.Gaze V.L., Lobunskaya I.A., Kostylev P.I., Filippov E.G. Estimation of drought tolerance of spring barley samples in their initial period of development on an osmotic solution. Grain Economy of Russia. 2022;4:34–38. (In Russ.) https://doi.org/10.31367/2079-8725-2022-82-4-34-38ГОСТ 12038–84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести: дата введения 1986–07–01. – М.: Стандартинформ, 2011. – 11 с.GOST 12038–84. Agricultural seeds. Methods for determination of germination. Effective date: January 07, 1986. Moscow, Russia: Standartinform, 2011:11. (In Russ.)Дроздов С.Н., Удовенко Г.В. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: Методическое руководство. – Л.: ВИР, 1988. – 228 с.Drozdov S.N., Udovenko G.V. Diagnostics of plant resistance to stress: methodical manual. Leningrad, USSR: VIR, 1988:228. (In Russ.)Кожушко Н.Н. Оценка засухоустойчивости полевых культур // Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: метод. руководство / Под ред. Г.В. Удовенко. – Л.: ВИР, 1988. – С. 10–24.Kozhushko N.N. Assessment of Drought Resistance of Field Crops. In: Udovenko G.V. (Ed.). Diagnostics of Plant Resistance to Stress. Methodological Guidance. Leningrad: VIR, 1988. P. 10–24. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.