Comparative study of the effect of moderate and strong sodium chloride salinization on growth and photosynthetic apparatus of cultivated cereals

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

In a controlled environment, the effect of moderate (100 mM) and strong (200 mM) sodium chloride salinity on seed germination, seedling growth and the state of the photosynthetic apparatus (PSA) of barley (Hordeum vulgare L.) varieties Nur and wheat (Triticum aestivum L.) varieties Zlata was studied. It was found that with moderate salinization, the seeds of both species successfully germinated, but the growth of shoots and the accumulation of aboveground biomass were inhibited, which was partly due to a slowdown in the rate of photosynthesis. With strong salinity, distinct interspecific differences were observed in the response of plants. In particular, the number of germinated seeds decreased in barley, while in wheat it remained at the control level. In barley, shoot growth was inhibited to a greater extent, whereas in wheat, the accumulation of aboveground biomass was. The content of pigments in barley plants decreased, and the content of wheat increased. At the same time, stomatal conductivity decreased in both species and the rate of photosynthesis slowed down. It is concluded that based on the energy of germination and germination of seeds, it is possible to determine the salt resistance of species only to a high level of salinity (200 mM NaCl). Morphometric indicators of shoot growth make it possible to assess the resistance of plants to salinity already at lower salt concentrations (100 mM NaCl). For a more accurate comparative assessment of the salt resistance of species (varieties, varietals, genotypes) of cereals, not one, but several indicators should be used, reflecting not only the growth potential of plants, but also photosynthetic activity.

全文:

受限制的访问

作者简介

K. Taskina

Karelian Research Centre of RAS

编辑信件的主要联系方式.
Email: tasamayaksenia@gmail.com

Institute of Biology

俄罗斯联邦, Pushkinskaya ul. 11, Petrozavodsk 185910

N. Kaznina

Karelian Research Centre of RAS

Email: tasamayaksenia@gmail.com

Institute of Biology

俄罗斯联邦, Pushkinskaya ul. 11, Petrozavodsk 185910

A. Titov

Karelian Research Centre of RAS

Email: tasamayaksenia@gmail.com

Institute of Biology

俄罗斯联邦, Pushkinskaya ul. 11, Petrozavodsk 185910

参考

  1. The State of food and agriculture (FAO) 2021. Making agrifood systems more resilient to shocks and stresses. Rome: FAO, 2021. doi: 10.4060/cb4476en
  2. Butcher K., Wick A., DeSutter T., Chatterjee A., Harmon J. Soil salinity: a threat to global food security // Agron. J. 2016. V. 108. № 6. p. 2189–2200. doi: 10.2134/agronj2016.06.0368
  3. Stavi I., Thevs N., Priori S. Soil salinity and sodicity in drylands: a review of causes, effects, monitoring, and restoration measures // Front. Environ. Sci. 2021. № 9. P. 712831. doi: 10.3389/fenvs.2021.712831
  4. Balasubramaniam T., Shen G., Esmaeili N., Zhang H. Plants’ response mechanisms to salinity stress // Plants. 2023. V. 12. № 12. P. 2253. doi: 10.3390/plants12122253
  5. Uçarlı C. Effects of salinity on seed germination and early seedling stage // Abiotic Stress Plants. Istanbul: IntechOpen, 2021. doi: 10.5772/intechopen.93647
  6. Zhang X., Long Y., Chen X., Zhang B., Xin Y., Li L., Cao S., Liu F., Wang Z., Huang H., Zhou D., Xia J. A NAC transcription factor OsNAC3 positively regulates ABA response and salt tolerance in rice // BMC Plant Biol. 2021. V. 21. № 1. P. 546. doi: 10.1186/s12870-021-03333-7
  7. Zhang F., Sapkota S., Neupane A., Yu J., Wang Y., Zhu, K., Lu F., Huang R., Zou J. Effect of salt stress on growth and physiological parameters of sorghum genotypes at an early growth stage // Ind. J. Exp. Biol. 2020. V. 58. P. 404–411.
  8. Huqe M.A.S., Haque M.S., Sagar A., Uddin M.N., Hossain M.A., Hossain A.Z., Rahman M.M., Wang X., Al-Ashkar I., Ueda A., El Sabagh A. Characterization of maize hybrids (Zea mays L.) for detecting salt tolerance based on morpho-physiological characteristics, ion accumulation and genetic variability at early vegetative stage // Plants. 2021. V. 10. № 11. P. 2549. doi: 10.3390/plants10112549
  9. Ahmad I., Munsif F., Mihoub A., Jamal A., Saeed M.F., Babar S., Fawad M., Zia A. Beneficial effect of melatonin on growth and chlorophyll content in wheat (Triticum aestivum L.) grown under salt stress conditions // Gesunde Pflanzen. 2022. № 74. doi: 10.1007/s10343-022-00684-5
  10. Hu D.-D., Dong S., Zhang J., Zhao B., Ren B., Liu P. Endogenous hormones improve the salt tolerance of maize (Zea mays L.) by inducing root architecture and ion balance optimizations // J. Agron. Crop Sci. 2022. № 208. P. 662–674. doi: 10.1111/jac.12593
  11. Elsiddig A., Zhou G., Zhu G., Nimir N., Suliman M., Ibrahim M.E., Ali A. Nitrogen fertilizer promoting salt tolerance of two sorghum varieties under different salt compositions // Chil. J. Agricult. Res. 2023. V. 83. № 1. P. 3–13. doi: 10.4067/S0718-58392023000100003
  12. Massimi M., Al-Rifaee M., Alrusheidat J., Dakheel A., Ismail F., Al-Ashgar Y. Salt-tolerant triticale (X Tri-ticosecale Witt.) cultivation in Jordan as a new forage crop // Amer. J. Exp. Agricult. 2016. № 12. P. 1–7. doi: 10.9734/AJEA/2016/24292
  13. Al-Shoaibi A.A. Combined effects of salinity and temperature on germination, growth and gas exchange in two cultivars of Sorghum bicolor // J. Taibai Univers. Sci. 2020. V. 14. № 1. P. 812–822. doi: 10.1080/16583655.2020.1777800
  14. Hussain T., Koyro H-W., Zhang W., Liu X., Gul B., Liu X. Low salinity improves photosynthetic performance in Panicum antidotale under drought stress // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. № 481. P. 1–13. doi: 10.3389/fpls.2020.00481
  15. Masood S., Khan K.S., Ashraf M., Iqbal M., Mustafa G., Ali L., Hussain Q., Tariq Javed M., Ahmed N., Jamil M. Iron supply confers tolerance in rice (Oryza sativa L.) to NaCl stress due to up-regulation of antioxidative enzymatic activity // South Afric. J. Bot. 2022. V. 151 (P. A). P. 315–324. doi: 10.1016/j.sajb.2022.10.012
  16. Rohman M.M., Islam M.R., Monsur M.B., Amiruzzaman M., Fujita M., Hasanuzzaman M. Trehalose protects maize plants from salt stress and phosphorus deficiency // Plants. 2019. V. 8. № 12. P. 568. doi: 10.3390/plants8120568
  17. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids pigments of photosynthetic biomembranes // Methods Ensymol. 1987. № 148. P. 350–382.
  18. Zhang H., Wang Y., Yu S., Zhou C., Li F., Chen X., Liu L., Wang Y. Plant photosynthesis and dry matter accumulation response of sweet pepper to water-nitrogen coupling in cold and arid environment // Water. 2023. V. 15. P. 2134. doi: 10.3390/w15112134
  19. Hailu B., Mehari H., Tamiru H. Evaluation of sorghum for salt stress tolerance using different stages as screening tool in Raya Valley Northern Ethiopia // Ethiop. J. Agricult. Sci. 2020. V. 30. P. 265–276.
  20. Sozharajan R., Natarajan S. Germination and seedling growth of Zea mays L. under different levels of sodium chloride stress // Inter. Let. Nat. Sci. 2014. V. 12. P. 5–15. doi: 10.18052/ href='www.scipress.com/ILNS.12.5' target='_blank'>www.scipress.com/ILNS.12.5
  21. Wang Z., Wei Y., Zhao Y., Wang Y., Zou F., Huang S., Yang X., Xu Z., Hu H. Physiological and transcriptional evaluation of sweet sorghum seedlings in response to single and combined drought and salinity stress // South Afric. J. Bot. 2022. V. 146. P. 459–471. doi: 10.1016/j.sajb.2021.11.029
  22. Балнокин Ю.В. Ионный гомеостаз и солеустойчивость растений. М.: Наука, 2012. 99 с.
  23. Islam M.M., Mamun S.M.A.A., Islam S.M.T. Impact of different levels of NaCl induced salinity on seed germination and plant growth of fodder oats (Avena sativa L.) // J. Bangladesh Agricult. Univer. 2022. V. 20. № 1. P. 40–48. doi: 10.5455/JBAU.15716
  24. van Zelm E., Zhang Y., Testerink C. Salt tolerance mechanisms of plants // Ann. Rev. Plant Biol. 2020. V. 71. P. 403–433. doi: 10.1146/annurev-arplant-050718-100005
  25. Zhao S., Zhang Q., Liu M., Zhou H., Ma C., Wang P. Regulation of plant responses to salt stress // Inter. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 9. P. 4609. doi: 10.3390/ijms22094609
  26. Masarmi A.G., Solouki M., Fakheri B., Kalaji H.M., Mahgdingad N., Golkari S., Telesiński A., Lamlom S.F., Kociel H., Yousef A.F. Comparing the salinity tolerance of twenty different wheat genotypes on the basis of their physiological and biochemical parameters under NaCl stress // PLoS One. 2023. V. 18. № 3. P. e0282606. doi: 10.1371/journal.pone.0282606
  27. Chiconato D., Junior G., Santos D., Munns R. Adaptation of sugarcane plants to saline soil // Environ. Exp. Bot. 2019. V. 162. P. 201–211. doi: 10.1016/j.envexpbot.2019.02.021
  28. Pastuszak J., Dziurka M., Hornyák M., Szczerba A., Kopeć P., Płażek A. Physiological and biochemical parameters of salinity resistance of three durum wheat genotypes // Inter. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 15. P. 8397. doi: 10.3390/ijms23158397
  29. Белова Т.А., Кравченко А.С. Физиологические основы адаптации растений к воздействию солевого стресса // Auditorium. 2018. № 1. P. 17.
  30. Балнокин Ю.В. Растения в условиях стресса // Физиология растений. / Под ред. Ермакова И.П. М.: ИЦ Академия, 2005. С. 530–552.
  31. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Nahar K., Hossain M.S., Mahmud J.A., Hossen M.S., Masud A.A.C., Moumita F.M. Potassium: a vital regulator of plant responses and tolerance to abiotic stresses // Agronomy. 2018. V. 8. № 3. P. 31 doi: 10.3390/agronomy8030031
  32. Shtaya M.J.Y., Yasin A., Fatoom J., Jebreen M. The effect of salinity on leaf relative water content and chlorophyll content of three wheat (Triticum aestivum L.) landraces from Palestine // Hebron Univ. Res. J. (Natur. Sci.). 2019. V. 8. P. 52–65.
  33. Mohammadi Alagoz S., Hadi H., Toorchi M., Pawłowski T.A., Asgari Lajayer B., Price G.W., Farooq M., Astatkie T. Morpho-physiological responses and growth indices of triticale to drought and salt stresses // Sci. Rep. 2023. V. 13. № 1. P. 8896. doi: 10.1038/s41598-023-36119-y

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. The effect of sodium chloride on the root length (a) and shoot height (b) of barley seedlings of the Nur variety and wheat of the Zlata variety. Different Latin letters indicate reliable differences between the control and the experiment within the species at p ˂ 0.05. The same in Fig. 2.

下载 (106KB)
索引源数据
3. Fig. 2. The effect of sodium chloride on the rate of photosynthesis (a) and stomatal conductance (b) in seedlings of barley variety Nur and wheat variety Zlata.

下载 (105KB)
索引源数据

版权所有 © The Russian Academy of Sciences, 2024

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».