RUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesRUDN Journal of Agronomy and Animal IndustriesВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство2312-797X2312-7988Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba1947110.22363/2312-797X-2019-14-1-18-39Crop productionРастениеводствоResearch ArticleEVALUATION OF MORPHOLOGICAL AND BIOCHEMICAL RESISTANCE PARAMETERS TO CHLORIDE SALINATION IN DIFFERENT WHEAT GENOTYPESОЦЕНКА МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ГЕНОТИПОВ ПШЕНИЦЫ К ХЛОРИДНОМУ ЗАСОЛЕНИЮKononenkoNeonila VКононенкоНеонила Васильевна

-

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной биологии

nilava@mail.ruDilovarovaTat’yana AДиловароваТатьяна Анатольевна

-

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник группы геномной модификации

dilovarova@yandex.ruKanavskyRoman VКанавскийРоман Валерьевич

-

студент

rkanav@yandex.ruLebedevSvyatoslav VЛебедевСвятослав Валерьевич

-

доктор биологических наук, профессор кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры

nilava@mail.ruBaranovaEkaterina NБарановаЕкатерина Николаевна

-

кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной биологии

greenpro2007@rambler.ruFedoreevaLarisa IФедорееваЛариса Ивановна

-

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник группы геномной модификации

fedlara@inbox.ruRussian Research Institute of Agricultural Biotechnology, Russian Academy of SciencesВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАНRussian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural AcademyРГАУ-МСХА имени К.А. ТимирязеваOrenburg State UniversityОренбургский государственный университетFederal Research Center of Russian Academy of SciencesФедеральный научный центр РАНLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова15122019141VOL 14, NO1 (2019)ТОМ 14, №1 (2019)183911042019Copyright ©; 2019, Kononenko N.V., Dilovarova T.A., Kanavsky R.V., Lebedev S.V., Baranova E.N., Fedoreeva L.I.Copyright ©; 2019, Кононенко Н.В., Диловарова Т.А., Канавский Р.В., Лебедев С.В., Баранова Е.Н., Федореева Л.И.2019Kononenko N.V., Dilovarova T.A., Kanavsky R.V., Lebedev S.V., Baranova E.N., Fedoreeva L.I.Кононенко Н.В., Диловарова Т.А., Канавский Р.В., Лебедев С.В., Баранова Е.Н., Федореева Л.И.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/19471

Determining salt tolerance potential in wheat is one of the most important problems in breeding practice for areas with primary and secondary salinity. Presence of large areas of saline soils results in inhibition of growth, development and stability in obtaining high yields of agricultural plants. Therefore, there is a need for a comprehensive studying and improving of diagnostic methods during early growth stages. Different genotypes of wheat Triticum aestivum Host. and Triticum durum Desf. were used to identify salt tolerance markers. Both morphometric and some biochemical indicators of wheat varieties were used as salt tolerance markers. At this stage, it was shown that a comprehensive description of wheat varieties is needed to assess resistance of wheat varieties to chloride salinity.

Проблема определения потенциала солеустойчивости пшеницы - одна из наиболее актуальных в селекционной практике для районов с первичным и вторичным засолением. Наличие больших площадей засоленных почв является значительным препятствием для роста, развития и стабильности получения высокого урожая сельскохозяйственных растений. В связи с этим существует необходимость всестороннего изучения и усовершенствования методов диагностики на ранних этапах онтогенеза. Для идентификации маркеров солеустойчивости были взяты разные генотипы пшеницы Triticum aestivum и Triticum durum . В качестве маркеров солеустойчивости были использованы как морфометрические показатели сортов пшеницы, так и некоторые биохимические параметры. На данном этапе было показано, что для оценки устойчивости сортов пшеницы к действию хлоридного засоления необходима всесторонняя характеристика сортов пшеницы.

NaClwheatNaCltoleranceroll cropphenotypic and biochemical markersпшеницаустойчивостьрулонная культурафенотипические и биохимические маркерыBalandrán-Quintana RR, Mercado-Ruiz JN, Mendoza-Wilson AM. Wheat bran proteins: a review of their uses and potential. Food Reviews International. 2015; 31(3):279—293. Available from: doi: 10.1080/87559129.2015.1015137.Balandrán-Quintana R.R., Mercado-Ruiz J.N., Mendoza-Wilson A.M. Wheat bran proteins: a review of their uses and potential // Food Reviews International. 2015. Vol. 31. №. 3. P. 279-293.Kovrigina LV, Zaushintseva AV, Petunkina LO. Laboratory-based comparative assessment of salt-tolerance in barley cultivars. Proceedings on Applied Botany, Genetics and Breeding. 2006; 162:44—49. (In Russ).Ковригина Л.В., Заушинцева A.B., Петункина JI.O. Сравнительная оценка солеустойчивости сортов ячменя в лабораторных условиях // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2006. Т. 162. С. 44-49.Udovenko GV, Goncharova ĖA. Effect of extreme environmental conditions on yield structure of agricultural plants. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ.; 1982. (In Russ).Удовенко Г.В., Гончарова Э.А. Влияние экстремальных условий среды на структуру урожая сельскохозяйственных растений. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 215 с.Belozerova AA, Bome NA. Study of spring wheat reaction to salinity on the variability of sprouts morphometric parameters. Fundamental research. 2014; (12—2):300—306. (In Russ).Белозерова А.А., Боме Н.А. Изучение реакции яровой пшеницы на засоление по изменчивости морфометрических параметров проростков // Фундаментальные исследования. 2014. № 12-2. С. 300-306.Maas EV, Grieve CM. Spike and leaf development of sal-stressed wheat. Crop Science. 1990; 30(6):1309—1313. Available from: doi: 10.2135/cropsci1990.0011183X003000060031x.Maas E.V., Grieve C.M. Spike and leaf development of sal-stressed wheat // Crop Science. 1990. Vol. 30. №. 6. P. 1309-1313.Maas EV, Lesch, SM, Francois LE, Grieve CM. Tiller development in salt-stressed wheat. Crop science. 1994; 34(6):1594—1603. Available from: doi: 10.2135/cropsci1994. 0011183X003400060032x.Maas E.V., Lesch S.M., Francois L.E., Grieve C.M. Tiller development in salt-stressed wheat // Crop science. 1994. Vol. 34. № 6. P. 1594-1603.Turki N, Harrabi M, Okuno K. Effect of salinity on grain yield and quality of wheat and genetic relationships among durum and common wheat. J Arid Land Studies. 2012; 22(1):311—314.Turki N., Harrabi M., Okuno K. Effect of salinity on grain yield and quality of wheat and genetic relationships among durum and common wheat // J Arid Land Studies. 2012. Vol. 22. №. 1. P. 311-314.Houshmand S, Arzani A, Mirmohammadi-Maibody SAM. Effects of salinity and drought stress on grain quality of durum wheat. Communications in soil science and plant analysis. 2014; 45(3):297—308. Available from: doi: 10.1080/00103624.2013.861911.Houshmand S., Arzani A., Mirmohammadi-Maibody S.A.M. Effects of salinity and drought stress on grain quality of durum wheat // Communications in soil science and plant analysis. 2014. Vol. 45. №. 3. P. 297-308.Boiko LA. Physiology of plant root system under soil salinization condition. Leningrad: Nauka Publ.; 1969. (In Russ).Бойко Л.А. Физиология корневой системы растений в условиях засоления. Л.: Наука. 1969. 164 с.Colmer TD, Flowers TJ, Munns R. Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat. Journal of Experimental Botany. 2006; 57(5):1059—1078. Available from: doi: 10.1093/jxb/erj124.Colmer T.D., Flowers T.J., Munns R. Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat // Journal of Experimental Botany. 2006. Vol. 57. №. 5. P. 1059-1078.Baranova EN, Gulevich AA. Problems and perspectives of genetic engineering approach to the resolving of the tasks of plant resistance to salinity. Agricultural Вiology. 2006; 41(1):39—56. (In Russ).Баранова Е.Н., Гулевич А.А. Проблемы и перспективы генно-инженерного подхода в решении вопросов устойчивости растений к засолению (обзор) // Сельскохозяйственная биология. 2006. Т. 41. № 1. С. 39-56.Munns R, James RA, Gilliham M, Flowers TJ, Colmer TD. Tissue tolerance: an essential but elusive trait for salt-tolerant crops. Functional Plant Biology. 2016; 43(12):1103—1113. Available from: doi: 10.1071/FP16187Munns R., James R.A., Gilliham M., Flowers T.J., Colmer T.D. Tissue tolerance: an essential but elusive trait for salt-tolerant crops // Functional Plant Biology. 2016. Vol. 43. № 12. P. 1103-1113.Zhurbitskii ZI. Theory and practice of vegetation method. Moscow: Nauka Publ.; 1968. (In Russ).Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного метода. М.: Наука. 1968. 226 с.Sid’ko AF, Botvich IY, Pis’man TI, Shevyrnogov AP. Estimation of the chlorophyll content and yield of grain crops via their chlorophyll potential. Biophysics. 2017; 62(3):565—569. (In Russ). Available from: doi: 10.1134/S0006350917030198.Сидько А.Ф., Ботвич И.Ю., Письман Т.И., Шевырногов А.П. Оценка содержания хлорофилла и урожайности зерновых культур по хлорофилльному потенциалу // Биофизика. 2017. Т. 62. № 3. С. 565-569.Sun Z, Liu S, Fan J, Li Q, Wang K, Guo M, Zhang G, Ren L,Zheng G, Ma T, Pu H, Cai J, Jiang D, Chen F, Li X. Performance index derived from chlorophyll A fluorescence induction curve indicates the salt induced grain yield loss in wheat. JAPS: Journal of Animal and Plant Sciences. 2018; 28(3):837—844.Sun Z., Liu S., Fan J., Li Q., Wang K., Guo M., Zhang G., Ren L., Zheng G., Ma T., Pu H., Cai J., Jiang D., Chen F., Li X. Performance index derived from chlorophyll A fluorescence induction curve indicates the salt induced grain yield loss in wheat // JAPS: Journal of Animal and Plant Sciences. 2018. Vol. 28. № 3. P. 837-844.Farkas GL. Ribonucleases and ribonucleic acid breakdown. In: Parthier D, Boulter D. (eds.) Nucleic Acids and Proteins in Plants II. Encyclopedia of Plant Physiology. Berlin, Heidelberg: Springer; 1982. p. 224—262. Available from: doi: 10.1007/978-3-642-68347-3_8.Farkas G.L. Ribonucleases and ribonucleic acid breakdown. In: Parthier D., Boulter D. (eds.) Nucleic Acids and Proteins in Plants II. Encyclopedia of Plant Physiology. Berlin, Heidelberg: Springer; 1982. P. 224-262.Fukuda H, Komamine A. Establishment of an experimental system for the study of tracheary element differentiation from single cells isolated from the mesophyll of Zinnia elegans. Plant physiology. 1980; 65(1):57—60. Available from: doi: 10.1104/pp.65.1.57.Fukuda H., Komamine A. Establishment of an experimental system for the study of tracheary element differentiation from single cells isolated from the mesophyll of Zinnia elegans // Plant Physiology. 1980. Vol. 65. № 1. P. 57-60.van Doorn WG, Woltering EJ. Senescence and programmed cell death: substance or semantics? Journal of Experimental Botany. 2004; 55(406):2147—2153. Available from: doi: 10.1093/jxb/erh264.van Doorn W.G.,Woltering E.J. Senescence and programmed cell death: substance or semantics? // J. Exp. Bot. 2004. Vol. 55. № 406. P. 2147-2153.Kirnos MD, Volkova SA, Ganicheva NI, Kudryashova IB, Vanyushin BF. Synchronous DNA synthesis in coleoptile and initial leaf of developing etiolated wheat seedlings: nature and correlation of nuclear and mitochondrial DNA synthesis. Biochemistry. 1983; 48(10): 1587—1595. (In Russ).Кирнос М.Д., Волкова С.А., Ганичева Н.И., Кудряшова И.Б., Ванюшин Б.Ф. Синхронный синтез ДНК в колеоптиле и первом листе развивающихся этиолированных проростков пшеницы. Природа и соотношение синтезов ядерной и митохондриальной ДНК // Биохимия. 1983. Т. 48. № 10. 1587-1595.Kirnos MD, Alexandrushkina NI, Vanyushin BF. Apoptosis in cells of the initial leaf and coleoptile of wheat seedlings: internucleosomal fragmentation of genome and synthesis of “heavy” oligonucleosome-size DNA fragments. Biochemistry. 1997; 62 (8):1008—1014. (In Russ).Кирнос М.Д., Александрушкина Н.И., Ванюшин Б.Ф. Апоптоз в клетках первого листа и колеоптиля проростков пшеницы: межнуклеосомная фрагментация генома и синтез тяжелых олигонуклеосомного размера фрагментов ДНК // Биохимия. 1997. Т. 62. № 8. 1008-1014.Vanyushin BF. Apoptosis in plants. Uspekhi Biologicheskoi Khimii. 2001; 41(1):3—38. (In Russ).Ванюшин Б.Ф. Апоптоз у растений // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. № 1. С. 3-38.Bakeeva LE, Kirnos MD, Aleksandrushkina NI, Kazimirchyuk SB, Shorning BY, Zamyatnina VA, Yaguzhinsky LS, Vanyushin BF. Subcellular reorganization of mitochondria producing heavy DNA in aging wheat coleoptiles. FEBS Letters. 1999; 457(1):122—125. (In Russ).Bakeeva L.E., Kirnos M.D., Aleksandrushkina N.I., Kazimirchyuk S.B., Shorning B.Yu., Zamyatnina V.A., Yaguzhinsky L.S., Vanyushin B.F. Subcellular reorganization of mitochondria producing heavy DNA in aging wheat coleoptiles // FEBS Letters. 1999. Vol. 457. № 1. P. 122-125.Vanyushin BF, Bakeeva LE, Zamyatnina VA, Aleksandrushkina NI. Apoptosis in plants: Spesific features of plant apoptotic cells and effect of various factors and agents. Int. Rev. Cytol. 2004; 233:135—179. (In Russ).Vanyushin B.F., Bakeeva L.E., Zamyatnina V.A., Aleksandrushkina N.I. Apoptosis in plants: Spesific features of plant apoptotic cells and effect of various factors and agents // Int. Rev. Cytol. 2004. Vol. 233. P. 135-179.Cimini S, Ronci MB, Barizza E, de Pinto MC, Locato V, Schiavo FL, De Gara L. Plant cell cultures as model systems to study programmed cell death. In: De Gara L, Locato V. (eds) Plant Programmed Cell Death. Methods in Molecular Biology. New York: Humana Press; 2018. p. 173—186. Available from: doi: 10.1007/978-1-4939-7668-3_16.Cimini S., Ronci M.B., Barizza E., de Pinto M.C., Locato V., Schiavo F.L., De Gara L. Plant Cell Cultures as Model Systems to Study Programmed Cell Death. In: Plant Programmed Cell Death (pp. 173-186). Humana Press, New York, NY, 2018.Gibson SW, Todd CD. Arabidopsis AIR12 influences root development. Physiology and Molecular Biology of Plants. 2015: 21(4):479—489. Available from: doi: 10.1007/s12298-015-0323-1.Gibson S.W., Todd C.D. Arabidopsis AIR12 influences root development // Physiol Mol Biol Plants. 2015. Vol. 21. № 4. Р. 479-489.Foyer CH, Noctor G. Redox regulation in photosynthetic organisms: signaling, acclimation, and practical implications. Antioxidants and Redox Signaling. 2009; 11(4):861—905. Available from: doi: 10.1089/ars.2008.2177.Foyer C.H., Noctor G. Redox regulation in photosynthetic organisms: signaling, acclimation, and practical implications // Antioxid. Redox Signal. 2009. Vol. 11. № 1. P. 861-905.Munns R, Tester M. Mechanisms of salinity tolerance. Annu. Rev. Plant Biol. 2008; 59:651—681. Available from: doi: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911.Munns R., Tester M. Mechanisms of salinity tolerance // Annu. Rev. Plant Biol. 2008. Vol. 59. P. 651-681.Kolupaev IE, Karpets IV. Reactive oxygen species and stress signaling in plants. Ukrainian biochemical journal. 2014; 86(4):18—35. (In Russ).Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В. Активные формы кислорода и стрессовый сигналинг у растений // Ukrainian biochemical journal. 2014. Т. 86. № 4. С. 18-35.Kreslavski VD, Los DA, Allakhverdiev SI, Kuznetsov VV. Signaling role of reactive oxygen species in plants under stress. Russian Journal of Plant Physiology. 2012; 59(2):163—178. (In Russ).Креславский В.Д., Лось Д.А., Аллахвердиев С.И., Кузнецов В.В. Сигнальная роль активных форм кислорода при стрессе у растений // Физиология растений. 2012. Т. 59. С. 163-178.Munns R, James RA, Läuchli A. Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals. Journal of experimental botany. 2006; 57(5):1025—1043. Available from: doi: 10.1093/jxb/erj100.Munns R., James R.A., Läuchli A. Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals // Journal of experimental botany. 2006. Vol. 57. №. 5. P. 1025-1043.Lutsenko EK, Marushko EA, Kononenko NV, Leonova TG. Effects of fusicoccin on the early stages of sorghum growth at high NaCl concentrations. Russian Journal of Plant Physiology. 2005; 52(3):378—383. (In Russ).Луценко Э.К., Марушко Е.А., Кононенко Н.В., Леонова Т.Г. Влияние фузикокцина на ранние этапы роста сорго при высоких концентрациях NaCl // Физиология растений. 2005. Т. 52. № 3. С. 378-383.