Особливості впливу борошнистої роси (Sawadaea bicornis (Wallr.) Miyabe) на процес фотосинтезу сіянців клена гостролистого (Acer platanoides L.)


  • A. A. Aleksieieva Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, Ukraine
  • K. K. Holoborodko Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, Ukraine
  • I. A. Ivanko Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, Ukraine
  • M. V. Shulman Oles Honchar Dnipro National University, Dnipro, Ukraine
DOI: https://doi.org/10.15421/442404
Ключові слова: грибкові захворювання рослин, інтенсивність індукції флуоресценції хлорофілу, фотосинтетичний апарат рослин, біосенсори

Анотація

У статті наведено результати досліджень впливу Sawadaea bicornis (Wallr.) Miyabe на стан фотосинтетичного апарату сіянців  Acer platanoides L. за допомогою методики вимірювання індукції флуоресценції хлорофілу (ІФХ), яка на сучасному етапі може бути запроваджена завдяки використанню біосенсорів. Клен гостролистий (Acer platanoides Linnaeus, 1753) є однією з найпоширеніших порід природних листяних лісів та міських насаджень Центральної Європи. Це швидкорослий вид, здатний рости в широкому діапазоні ґрунтів і умов існування. Дерева клена гостролистого стійкі до забруднення повітря, однак не досить довговічні, особливо в умовах міста, де вони більш вразливі для патогенів. Однією з найпоширеніших хвороб, що вражає молоді проростки і дорослі рослини клена гостролистого, є борошниста роса, спричинена паразитним грибом Sawadaea bicornis (Wallroth) Miyabe 1937. Негативний вплив цього фітопатогену множинний, і його можна класифікувати як прямий (гриби забирають поживні речовини з рослини-господаря) і непрямий (вкриваючи поверхню листка, епіфітний міцелій зменшує асиміляцію). Дослідження проводилися протягом вегетаційного сезону 2023 р. на території Ботанічного саду Дніпровського національного університету імені Олеся Гончара. На його території закладено дві пробні ділянки, у межах яких обрано по 14 одно-, дворічних сіянців (7 уражених S. bicornis та 7 не уражених) клена гостролистого (A. platanoides) із близькими морфологічними характеристиками (висота 10–15 см). Для діагностики порушення фотосинтезу нативного хлорофілу в живому листку A. platanoides використовували портативний флуорометр «Флоратест» (спектральний діапазон вимірювання інтенсивності флуоресценції 670–800 нм). Аналіз отриманих даних свідчить про високу чутливість параметрів індукції флуоресценції хлорофілу до уражень хворобами та умов місця зростання сіянців A. platanoides. Виявлено високу інформативність індукційних змін флуоресценції хлорофілу в структурній організації хлоропластів листків клена гостролистого, що визначаються параметрами Fo, Fm, Fv, Fv/Fо, Fv/Fm, (Fm–Fst)/Fst, (Fp–Fо)/Fv.  Наші дослідження показали, що методика ІФХ з використанням апарата «Флоратест» дозволяє експресно визначати загальний стан рослини шляхом оцінки основного процесу життєдіяльності, а саме фотосинтезу. Аналіз параметрів флуоресценції хлорофілу є потужним і ефективним інструментом для визначення впливу паразитного гриба на рослину.

Посилання


  1. Ayyaz А., Amir М., Umer S., Iqbal М., Bano Н., Gul Н. S., Noor Y., Кanwal А., Кhalid А., Javed М., Athar H. R., Zafar Z. U., Farooq M. A. (2020). Melatonin induced changes in photosynthetic efficiency as probed by OJIP associated with improved chromium stress tolerance in canola (Brassica napus L.). Heliyon, 6: е04364.

  2. Baghbani F., Lotfi R., Moharramnejad S., Bandehagh А., Roostaei М., Rastogi А., Kalaji М. Н. (2019). Impact of Fusarium verticillioides on chlorophyll fluorescence parameters of two maize lines. European Journal of Plant Pathology, 154(2): 1–10.

  3. Bojović M., Nikolić N., Borišev M., Pajević S., Horák R., Pavlović L., Vaštag E. (2017). Uticaj suše i oporavka na parametre razmene gasova kod populacija hrasta lužnjaka gajenih u polukontrolisanim uslovima. Topola, 199/200: 193–207. Available at http://journalpoplar.ilfe.org/sites/default/files/15_Bojovic_et_al_2017.pdf

  4. Chen Х., Mo X., Hu S., Liu S. (2019): Relationship between fluorescence yield and photochemical yield under water stress and intermediate light conditions. Journal of Experimental Botany, 70(1). 301–313.

  5. Desprez-Loustau M., Hamelin F., Marçais B. (2019). The ecological and evolutionary trajectory of oak powdery mildew in Europe. In Wilson K., Fenton A., Tompkins D. (еds): Wildlife Disease Ecology: Linking Theory to Data and Application (Ecological Reviews). Cambridge: Cambridge University Press: 429–457.

  6. Guidi L., Lo Piccolo Е., Landi E. M. (2019). Fluorescence Chlorophyll, Photoinhibition and abiotic stress: does it make any difference the fact to be a C3 or C4 species? Frontiers in Plant Science, 10: 174.

  7. Heil P., Karsh K., McMinn A., Suzuki K. (2021). Low Fe availability for photosynthesis of sea-ice algae: Ex situ incubation of the ice diatom Fragilariopsis cylindrus in low-Fe sea ice using an ice tank. Frontiers in Marine Science, 8: 632087.

  8. Holoborodko K., Seliutina O., Alexeyeva A., Brygadyrenko V., Ivanko I., Shulman M., Pakhomov O., Loza I., Sytnyk S., Lovynska V., Grytsan Y., Bandura L. (2022). The Impact of Cameraria ohridella (Lepidoptera, Gracillariidae) on the State of Aesculus hippocastanum Photosynthetic Apparatus in the Urban Environment. International Journal of Plant Biology. 2022, 13 (3): 223–234.

  9. Holoborodko K. K., Sytnyk S. A., Lovynska V. M., Ivanko I. A., Loza I. M., Brygadyrenko V. V. (2022). Impact of invasive species Parectopa robiniella (Gracillariidae) on fluorescence parameters of Robinia pseudoacacia in the conditions of the steppe zone of Ukraine. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 13 (3):
    324–330.

  10. Kautsky H., Hirsch A. (1931). Neue Versuche zur Kohlensäureassimilation. Naturwissenschaften, 19: 964.

  11. Korányi D., Markó V. (2022). Host plant identity and condition shape phytophagous insect communities on urban maple (Acer spp.) trees. Arthropod-Plant Interactions, 16:129–143.

  12. Kunakh O. M., Ivanko I. A., Holoborodko K. K., Lisovets O. I., Volkova A. M., Zhukov O. V. (2022). Urban park layers: Spatial variation in plant community structure. Biosystems Diversity, 30 (3): 274–288.

  13. Kuzmin Р., Bukharina І., Kuzmina А. (2020). Biochemical characteristics of urban maple trees. Saudi Journal of Biological Sciences, 27(11): 2912–2916.

  14. Lahr E. C., Dunn R. R., Frank S. D. (2018). Variation in photosynthesis and stomatal conductance among red maple (Acer rubrum) urban planted cultivars and wildtype trees in the southeastern United States. PLOS ONE, 13(5): e0197866.

  15. Lotfi R., Abbasi A., Kalaji Н. М., Eskandari І., Sedghieh V., Khorsandi Н., Sadeghian N., Yadav S., Rastogi А. (2022). The role of potassium on drought resistance of winter wheat cultivars under cold dryland conditions: Probed by chlorophyll a fluorescence. Plant Physiology and Biochemistry, 182: 45–54.

  16. Lovynska V. М., Sytnyk S. А., Holoborodko K. К., Ivanko I. А., Buchavyi Yu. V., Alekseeva A. A. (2022). Study on accumulation of heavy metals by green plantations in the conditions of industrial cities. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6: 117–122.

  17. Lu L., Tibpromma S., Karunarathna S. C., Jayawardena R. S., Lumyong S., Xu J., Hyde K. D.(2022). Comprehensive review of fungi on Coffee. Pathogens, 11: 411.

  18. Lu Y., Yao J. (2018). Chloroplasts at the crossroad of photosynthesis, pathogen infection and plant defense. International Journal of Molecular Sciences, 19: 3900.

  19. Matić S., Cucu M. A., Garibaldi A., Gullino M. L. (2018). Combined effect of CO2and temperature on wheat powdery mildew development. Plant Pathology Journal, 34(4):316–326.

  20. Matlok N., Szostek M., Antos P., Gajdek G., Gorzelany J., Bobrecka-Jamro D., Balawejder M. (2020). Effect of foliar and soil fertilization with new products based on calcinated bones on selected physiological parameters of maize plants. Applied Sciences, 10(7): 2579.

  21. Nancy, P., Muthurajkumar, S., Ganapathy, S., Santhosh Kumar, S. V. N., Selvi, M. and Arputharaj, K. (2020). Intrusion detection using dynamic feature selection and fuzzy temporal decision tree classification for wireless sensor networks. IET Communications, 14: 888–895. 

  22. Peng J., Feng Y., Wang X., Li J., Xu G., Phonenasay S., Luo Q., Han Z., Lu W. (2021). Efects of nitrogen application rate on the photosynthetic pigment, leaf fuorescence characteristics, and yield of indica hybrid rice and their interrelations. Scientifc Reports, 11: 7485.

  23. Ramut, R. A., Pusz, W. (2023). Fungi complicit in oak powdery mildew infection in the Oława Forest District. Acta Mycologica, 58, 1–9.

  24. Sen А., Khan І., Kundu D., Das K., Datta J.K. (2017). Ecophysiological evaluation of tree species for biomonitoring of air quality and identification of air pollution-tolerant species. Environmental Monitoring and Assessment, 189: 262.

  25. Shupranova L., Holoborodko K., Loza I., Zhukov O., Pakhomov O. (2022). Assessment of Parectopa robiniella Clemens (Gracillariidae Stainton, 1854) effect on biochemical parameters of Robinia pseudoacacia under conditions of an industrial city in Steppe Ukraine. Ekológia (Bratislava). 41(4): 340–350.

  26. Skórska Е., Murkowski А. (2018). Photosynthetic responses of Chlorella vulgaris L. short-term UV-B radiation exposure. Acta biologica Cracoviensia. Series botanica, 60(1): 65–71.

  27. Song X., Zhou G., Xu Z., Lu X., Wang Y. (2016). Detection of photosynthetic performance of Stipa bungeana seedlings under climatic change using chlorophyll fluorescence imaging. Frontiers in Plant Science, 6: 1254.

  28. Swoczyna T., Latocha Р. (2020). Monitoring seasonal damage of photosynthetic apparatus in mature street trees exposed to road-side salinity caused by heavy traffic. Photosynthetica, 58: 573–584.

  29. Vaštag E. E., Kastori R. R., Orlović S. S., Bojović M. M., Kesić L. A., Pap P. L., Stojnić S. M. (2019). Effects of oak powdery mildew (Erysiphe alphitoides [Griffon and Maubl.] U. Braun and S. Takam.) on photosynthesis of pedunculate oak (Quercus robur L.). Zbornik Matice srpske za prirodne nauke, 136: 43–56.

  30. Vasylenko O., Kondratenko T., Havryliuk O., Andrusyk Y., Kutovenko V., Dmytrenko Y., Grevtseva N., Marchyshyna Y. (2021). The study of the productivity potential of grape varieties according to the indicators of functional activity of leaves. Potravinarstvo Slovak Journal of Food Sciences, 15: 639–647.

  31. Wang X. M., Wang X. K., Chen Y. Y., Berlyn G. P. (2019). Photosynthetic parameters of urban greening trees growing on paved land. iForest, 12: 403–410.

  32. Yang H., Luo P. (2021). Changes in photosynthesis could provide important insight into the interaction between wheat and fungal pathogens. International Journal of Molecular Sciences, 22: 8865.

  33. Yanjun Y., Jinhua Z., Linjing C., Aiqing J., Hongmei Z., Pingyi G. (2018). Effects of fertilizer levels and plant density on chlorophyll contents, its fluorescence and grain yield of Setaria italica. International Journal of Agriculture and Biology, 20: 737−744.

  34. Zhang Y., Guanter L., Joiner J., Song L., Guan K. (2018). Spatially-explicit monitoring of crop photosynthetic capacity through the use of space-based chlorophyll fuorescence data. Remote Sensing of Environment, 210: 362–374.

  35. Zhao F., Zhang W., Liu Y., Wang L. (2018). Responses of growth and photosynthetic fluorescent characteristics in Ottelia acuminata to a water-depth gradient. Journal of Freshwater Ecology, 33: 285–297.

  36. Zhu Z., Cao H., Li X., Rong J., Cao X., Tian J. (2021). A Carbon Fixation Enhanced Chlamydomonas reinhardtii Strain for Achieving the Double-Win Between Growth and Biofuel Production Under Non-stressed Conditions. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8: 603513.


Переглядів анотації: 25
Завантажень PDF: 19
Опубліковано
2024-12-30
Номер
Том 53 (2024)
Розділ
Articles