Effect of Exogenous Amino Acid Use on Plant Growth and Development

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

Scientific publications for the period 1990–2023 devoted to the study of the effect of exogenous amino acids on the physiological, biochemical, morphometric and molecular genetic parameters of crops, including under conditions of various stresses, were summarized and analyzed. Amino acid preparations are environmentally safe and harmless to agroecosystems. It has been shown that the considered processing methods contribute to the optimization of plant nutrition, improve physiological, biochemical and morphometric parameters, and mitigate the effects of various stresses. Proteinogenic and non-proteinogenic amino acids, used in different doses and in different phases of vegetation on various plants (melons, cereals, vegetables, fruits, essential oils, etc.), reduce the incidence of mycoses and bacterioses, have an immunomodulatory effect on plants, contribute to the stabilization of cell membranes, lower the content of reactive oxygen species and improve nutrition with potassium in salinity conditions. The simplest and most suitable methods for practical application in agriculture are foliar processing and priming of seeds. The active dissemination of the considered methods is hindered by an insufficient level of knowledge about the biochemical and physiological processes occurring in seeds and vegetative plants when treated with amino acids. To solve this problem, an integrated and interdisciplinary approach is needed, which will provide for development of practical recommendations for agricultural production.

全文:

受限制的访问

作者简介

L. Voronina

Lomonosov Moscow State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: Luydmila.voronina@gmail.com
俄罗斯联邦, 1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

A. Moiseev

Lomonosov Moscow State University

Email: Luydmila.voronina@gmail.com
俄罗斯联邦, 1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

E. Morachevskaya

Lomonosov Moscow State University

Email: Luydmila.voronina@gmail.com
俄罗斯联邦, 1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

A. Ansabaeva

Baitursynov Kostanay Regional University

Email: Luydmila.voronina@gmail.com
哈萨克斯坦, 47, Baitursynov St., Kostanay, 110000

M. Akishina

Lomonosov Moscow State University; NEST M Autonomous Non-Profit Organization

Email: Luydmila.voronina@gmail.com
俄罗斯联邦, 1, Leninskie Gory, Moscow, 119991; 10a, Kostyakov St., Moscow, 127422

参考

  1. Битюцкий Н.П. Минеральное питание растений: учеб-к. 2-е изд. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2020. 540 с.
  2. Агрохимия: Учебник / Под ред. Минеева В.Г. М.: ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. 854 с.
  3. Bafeel S.O., Ibrahim M.M. Antioxidants and accumulation of α‐tocopherol induce chilling tolerance in Medicago sativa // Inert. J. Agric. Biol. 2008. V. 10. P. 593−598.
  4. Winter G., Todd C.D., Trovato M., Forlani G., Funck D. Physiological implications of arginine metabolism in plants // Front. Plant Sci. 2015. V. 6. P. 534. doi: 10.3389/fpls.2015.00534
  5. Waqas M.A., Khan I., Akhter M.J., Noor M.A., Ashraf U. Exogenous application of plant growth regulators (PGRs) induces chilling tolerance in short‐duration hybrid maize // Environ. Sci. Pollut. Res. 2017. V. 24. P. 11459−11471. doi: 10.1007/s11356‐017‐8768‐0
  6. Ковалев Н.И. Применение гидроксикоричных кислот на лекарственных культурах (Обзор) // Агрохимия. 2022. № 8. C. 87–96. doi: 10.31857/S0002188122080099
  7. Дядюченко Л.В., Тараненко В.В., Муравьев В.С. Влияние нового регулятора роста растений на продуктивность озимой пшеницы // Агрохимия. 2021. № 12. C. 64–68. doi: 10.31857/S0002188121100070
  8. Chen M., Cheng B., Zhang Q., Ding Y., Yang Z. Effects of applying L-methionine, L-phenylalanine and L-tryptophan on Zea mays growth and its nutrient uptake // J. Appl. Ecol. 2005. V. 16. P. 1033–1037.
  9. Петухов Д.В., Изместьев Е.С., Сазанов А.В. Применение аминокислот и их хелатных комплексов с микроэлементами в питании растений // Теор. и прикл. экол. 2022. № 1. С. 167–174.
  10. Mohammadi P., Khoshgoftarmanesh A.H. The effectiveness of synthetic zinc (Zn)-amino chelates in supplying Zn and alleviating salt-induced damages on hydroponically grown lettuce // Sci. Hort. 2014. V. 172. P. 117–123.
  11. Amira M.S., Qados A. Effect of arginine on growth, yield and chemical constituents of wheat grown under salinity condition // Acad. J. Plant Sci. 2009. V. 2. P. 67–278.
  12. Mohammadipour N., Souri M.K. Beneficial effects of glycine on growth and leaf nutrient concentrations of coriander (Coriandrum sativum) plants // J. Plant Nutr. 2019. V. 42. P. 1–8.
  13. Shooshtari F., Souri M.K., Hasandokht M.R. Glycine mitigates fertilizer requirements of agricultural crops: case study with cucumber as a high fertilizer demanding crop // Chem. Biol. Technol. Agric. 2020. V. 7. P. 19.
  14. Haghighi M., Barzegar Sadeghabad A., Abolghasemi R. Effect of exogenous amino acids application on the biochemical, antioxidant, and nutritional value of some leafy cabbage cultivars // Sci. Rep. 2022. V. 21. № 12(1) P. 17720. doi: 10.1038/s41598-022-21273-6
  15. Amin A.A., Awad M.E., Dawood M.G., Gharib F.A.E., Hassan E.A. Kinetin and tryptophan enhance yield and production efficiency of lupine (Lupinus termis L.) plants // World Rural Observ. 2014. V. 6(4). P. 50–56.
  16. Zou Z., Deng G., Peng X., Xie H., Li X., Peng L., Zhang Z. Effects of exogenous amino acids application on nitrogen accumulation, yield and grain quality in rice // Inter. J. Agricult. Biol. 2018. V. 20. P. 2053–2058.
  17. Jia Z., Wang Y., Wang L., Zheng Y., Jin P. Amino acid metabolomic analysis involved in flavor quality and cold tolerance in peach fruit treated with exogenous glycine betaine // Food Res. Inter. 2022. V. 7. № 157. P. 111204. doi: 10.1016/j.foodres.2022.111204
  18. Фомина Т.И., Кукушкина Т.А. Содержание биологически активных веществ в надземной части некоторых видов лука (Allium L.) // Хим. раст. сырья. 2019. № 3. С. 177–184.
  19. Steeve B. Modifying plant growth with growth regulators // Carolina Biol. Life Sci. 2003. P. 1–3.
  20. Amin A.A., Gharib F., El-Awadi M., El-Sherbeny M.R. Physiological response of onion plants to foliar application of putrescine and glutamine // Sci. Horticult. 2011. V. 129. Iss. 3. P. 353–360. doi: 10.1016/j.scienta.2011.03.052
  21. Котляров Д.В., Котляров В.В., Федулов Ю.П. Влияние экзогенных аминокислот на морозостойкость и засухоустойчивость зерновых колосовых культур // Международ. научн.-исслед. журн. 2017. № 4(58). С. 174–176.
  22. Яблонская Е.К., Котляров Д.В., Котляров В.В., Федулов Ю.П. Возделывание озимой пшеницы с использованием обработки растений экзогенными регуляторами // Тр. КубГАУ. Краснодар: КубГАУ, 2012. Вып. 3. С. 81–87.
  23. Котляров Д.В., Багрянцев Е.С. Влияние экзогенных аминокислот на фотосинтетическую активность сои // Политемат. сетев. электр. научн. журн. КубГАУ. Краснодар: КубГАУ, 2013. № 89. С. 944–959.
  24. Чиков В.И. Физиология растений. 2008. Т. 55. № 1. C. 140–154.
  25. Dawood M.G., Sadak M.S. Physiological response of canola plants (Brassica napus L.) to tryptophan or benzyladenine // Lucrari Stiintifice. 2007. V. 50. P. 198–207.
  26. Queiroz R., Bessa L., Avila R., Augusto D., Oliveira M., Vitorino L. Effect of exogenous tryptophan on primary metabolism and oxidative stress and their relationship with seedling germination and vigor of glycine max L. // Agronomy. 2023. V. 13. № 6. P. 1609.
  27. Frankenberger W.T., Arshad Jr.M. Yield response of watermelon and muskmelon to L-tryptophan applied to soil // Hort. Sci. 1991. V. 26(1). P. 35–37. doi: 10.21273/HORTSCI.26.1.35
  28. Лищеновский М.Ю. Влияние экзогенных аминокислот на растения озимой пшеницы и кукурузы в условиях Западного Предкавказья: Aвтореф. дис. … канд. биол. наук. Краснодар, 2018. 28 с.
  29. Sayed O.M., Gammal O.H.M., Salama A.S.M. Effect of proline and tryptophan amino acids on yield and fruit quality of manfalouty pomegranate variety // Sci. Horticult. 2014. V. 169. P. 1–5. DOI: 10.1016/j. scienta.2014.01.023
  30. Geshnizjani N., Khosh-Khui M. Promoted growth and improved quality of Gerbera jamesonni L. flowers using exogenous application of amino acids // Inter. J. Hort. Sci. Technol. 2016. V. 3(2). P. 155–166.
  31. Zeier J. New insights into the regulation of plant immunity by amino acid metabolic pathways // Plant Cell Environ. 2013. V. 36. № 12. P. 2085–2103.
  32. Häusler R.E., Ludewig F., Krueger S. Amino acids – a life between metabolism and signaling // Plant Sci. 2014. V. 229. P. 225–237.
  33. Li W. Two conserved amino acids characterized in the island domain are essential for the biological functions of brassinolide receptors // Inter. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 19. P. 11454.
  34. Сырова Д.С., Шапошников А.И., Юзихин О.С., Белимов А.А. Деструкция и трансформация фитогормонов микроорганизмами // Прикл. биохим. и микробиол. 2022. T. 58. № 1. C. 26–30.
  35. Lubbers R.J.M., Dilokpimol A., Visser J., Mäkelä M.R., Hildén K.S., de Vries R.P. A comparison between the homocyclic aromatic metabolic pathways from plant-derived compounds by bacteria and fungi // Biotechnol. Adv. 2019. V. 37. № 7. Art. 107396. doi: 10.1016/j.biotechadv.2019.05.002
  36. Торопова Е.Ю., Селюк М.П., Казакова О.А., Соколов М.С., Глинушкин А.П. Факторы индукции супрессивности почвы агроценозов // Агрохимия. 2017. № 4. С. 51–64.
  37. Vurro M. Exogenous amino acids inhibit seed germination and tubercle formation by Orobanche ramosa (broomrape): potential application for management of parasitic weeds // Biolo. Control. 2006. V. 36. № 2. P. 258–265.
  38. Kadotani N. Exogenous proteinogenic amino acids induce systemic resistance in rice // BMC Plant Biol. 2016. V. 16. P. 1–10.
  39. Liu Y. Induction of defense response against Alternaria rot in Zaosu pear fruit by exogenous L-lysine through regulating ROS metabolism and activating defense-related proteins // Postharv. Biol. Technol. 2021. V. 179. P. 111567.
  40. Zeier J. New insights into the regulation of plant immunity by amino acid metabolic pathways // Plant Cell Environ. 2013. V. 36. № 12. P. 2085–2103.
  41. Kadotani N., Akagi A., Takatsuji H. Exogenous proteinogenic amino acids induce systemic resistance in rice // BMC Plant Biol. 2016. V. 16. P. 60. doi: 10.1186/s12870-016-0748-x
  42. Schauberger B., Archontoulis S., Arneth A. Consistent negative response of US crops to high temperatures in observations and crop models // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 13931. doi: 10.1038/ncomms13931
  43. Matysiak K., Kierzek R., Siatkowski I., Kowalska J., Krawczyk R., Miziniak W. Effect of exogenous application of amino acids L-arginine and glycine on maize under temperature stress // Agronomy. 2020. V. 10. P. 769. doi: 10.3390/agronomy10060769
  44. Nasibi F., Heidari T., Asrar Z., Mansoori H. Effect of arginine pre‐treatment on nickel accumulation and alleviation of the oxidative stress in Hyoscyamus niger // J. Soil Sci. Plant Nutr. 2013. V. 13. P. 680 –689. doi: 10.4067/S0718‐95162013005000054
  45. Nejadalimoradi H., Nasibi F., Kalantari K.M., Zanganeh R. Effect of seed priming with L‐arginine and sodium nitroprusside on some physiological parameters and antioxidant enzymes of sunflower plants exposed to salt stress // Agric. Commun. 2014. V. 2. P. 23 −30.
  46. Hassanein R.A., El‐Khawas S.A., Ibrahim S.K., El‐Bassiouny H.M., Abdel‐Monem A.A. Improving the thermo tolerance of wheat plant by foliar application of arginine or putrescine // Pak. J. Bot. 2013. V. 45. P. 111–118.
  47. Liu J.H., Kitashiba H., Wang J., Ban Y., Moriguchi T. Polyamines and their ability to provide environmental stress tolerance to plants // Plant Biotechnol. 2007. V. 24. P. 117−126. doi: 10.5511/plantbiotechnology.24.117
  48. Shelp B.J., Mullen R.T., Waller J.C. Compartmentation of GABA metabolism raises intriguing questions // Trends Plant Sci. 2012. V. 17. P. 57–59. doi: 10.1016/j.tplants.2011.12.006
  49. Joshi V., Joung J.G., Fei Z., Jander G. Interdependence of threonine, methionine and isoleucine metabolism in plants: accumulation and transcriptional regulation under abiotic stress // Amino Acids. 2010. V. 39. P. 933–947. doi: 10.1007/s00726-010-0505-7
  50. Hijaz F., Killiny N. Exogenous GABA is quickly metabolized to succinic acid and fed into the plant TCA cycle // Plant Signal Behav. 2019. V. 14. e1573096. doi: 10.1080/15592324.2019.1573096
  51. Gill S.S., Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants // Plant Physiol. Biochem. 2010. V. 48. P. 909 −930. doi: 10.1016/j.plaphy.2010.08.016
  52. Ghezzi P., Bonetto V. Redox proteomics: Identification of oxidatively modified proteins // Proteomics. 2003. V. 3. P. 1145–1153.
  53. Kahveci H.B., Nilgun Y., Emel K., Muhittin Y., Emre K., Ferit K.S. Priming with salicylic acid, β-carotene and tryptophan modulates growth, phenolics and essential oil components of Ocimum basilicum L. grown under salinity // Sci. Horticult. 2021. V. 281. P. 1–11. doi: 10.1016/j.scienta.2021.109964
  54. Tarchoune I., Incerti A., Lachaal M., Ouerghi Z., Izzo R., Navari-Izzo F. Relations between antioxidant activity and salinity in basil (Ocimum basilicum Mill.) // Agrochimica. 2009. V. 53(1). P. 56–64.
  55. Abdelkader M., Voronina L., Puchkov M., Shcherbakova N., Pakina E., Zargar M., Lyashko M. Seed priming with exogenous amino acids improves germination rates and enhances photosynthetic pigments of onion seedlings (Allium cepa L.) // Horticulturae. 2023. V. 9. P. 80. DOI: 10.3390/ horticulturae9010080
  56. Kusvuran A., Kaytez I.A., Yılmaz Ü., Kusvuran S. The effects of exogenous amino acid on growth, ionic homeostasis, biochemical composition and antioxidative activity of guar (Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.) seedlings // Appl. Ecol. Environ. Res. 2019. V. 17. P. 15519–15530. doi: 10.15666/aeer/1706_1551915530
  57. Cuin T.A., Shabala S. Amino acids regulate salinity-induced potassium efflux in barley root epidermis // Planta. 2007. Т. 225. P. 753–761.
  58. Dubey R.S., Rani M. In fluence of NaCl salinity on the behavior of protease, aminopeptidase and carboxypeptidase in rice seedlings in relation to salt tolerance // Aust. J. Plant Physiol. 1990. V. 17. P. 215–221.
  59. Kathiresan A., Tung P., Chinnappa C.C., Reid D.M. γ-Aminobutyric acid stimulates ethylene biosynthesis in sunflower // Plant Physiol. 1997. V. 115. P. 129–135.
  60. Shi S.Q., Shi Z., Jiang Z.P. Efects of exogenous GABA on gene expression of Caragana intermedia roots under NaCl stress: regulatory roles for H2O2 and ethylene production // Plant Cell Environ. 2010. V. 33. P. 149–162. doi: 10.1111/j.1365-3040.2009.02065.x
  61. Sarwar N., Ishaq W., Farid G., Shaheen M.R., Imran M., Geng M., Hussain S. Zinc–cadmium interactions: Impact on wheat physiology and mineral acquisition // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2015. V. 122. P. 528–536.
  62. Murtaza G., Javed W., Hussain A., Qadir M., Aslam M. Soil-applied zinc and copper suppress cadmium uptake and improve the performance of cereals and legumes // Inter. J. 412 Phytorem. 2017. V. 19. P. 199–206.
  63. Muhammad R., Shafaqat A., Afzal H., Qasim A., Muhammad B.S., Muhammad Z.R., Mujahid F., Maliha A. Effect of zinc-lysine on growth, yield and cadmium uptake in wheat (Triticum aestivum L.) and health risk assessment // Chemosphere. 2017. V. 187. P. 35–42. doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.08.071
  64. Dalir N., Khoshgoftarmanesh A.H. Symplastic and apoplastic uptake and root to shoot translocation of nickel in wheat as affected by exogenous amino acids // J. Plant Physiol. 2014. V. 171. № 7. P. 531–536.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © The Russian Academy of Sciences, 2025

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».