Jump to content

Засухоустойчивость ячменя

Ячмень ( Hordeum vulgare ), как известно, более устойчив к окружающей среде, чем другие зерновые культуры , с точки зрения pH почвы , наличия минеральных питательных веществ и наличия воды. [ 1 ] По этой причине на растениях ячменя проводится много исследований, чтобы определить, существует ли генетическая основа такой устойчивости к окружающей среде. [ 2 ]

Влияние засухи на растения ячменя

[ редактировать ]

Ячмень относится к C 4 виду и является однодольным , поэтому воздействие засухи на него можно экстраполировать на другие виды растений. Засуха часто является результатом повышения температуры в регионе, что способствует потере воды растениями из-за увеличения транспирационного притяжения . Недостаток воды в почве снижает доступность минеральных питательных веществ, поскольку минералы должны растворяться в почвенном растворе, чтобы попасть в корни. Кроме того, засуха приводит к снижению скорости фотосинтеза, снижению биомассы и ускорению старения листьев. [ нужна ссылка ]

Значение

[ редактировать ]

Ячмень был бесценной культурой для людей с момента зарождения Плодородного полумесяца . До массового выращивания кукурузы ( Zea mays ), пшеницы ( Triticum aestivum ) и риса ( Oryza sativa ) ячмень был основной зерновой культурой для человека. [ 3 ] Сегодня ячмень в основном используется на корм животным (55-60%) и солод (30-40%). [ 4 ] Многие развивающиеся страны по-прежнему в значительной степени полагаются на ячмень как источник пищи, особенно в регионах Африки, Аравийского полуострова и Южной Америки. [ 5 ] Таким образом, снижение производства ячменя усугубит продолжающийся продовольственный кризис в этих странах. Уровень CO 2 увеличился на 48% после промышленной революции (1760-2019 гг.), что привело к повышению глобальной температуры. [ 6 ] Это привело к увеличению числа экстремальных погодных явлений, таких как засуха, во многих регионах мира, где расположены ценные сельскохозяйственные угодья. В целом климат меняется хаотично, и одним из возможных способов борьбы с глобальной продовольственной безопасностью является выращивание культур, устойчивых к экологическим стрессам. [ нужна ссылка ]

Механизмы

[ редактировать ]

С 4 фотосинтез

[ редактировать ]

Растения ячменя фотосинтезируют по пути C 4 , то есть они фиксируют CO 2 в 4-углеродную органическую кислоту, которая затем переносится в оболочку пучка, предотвращая диффузию обратно в атмосферу. Путь C 4 использует PEP-карбоксилазу в качестве катализатора фиксации углерода, а не RuBisCO , который используется в пути C3. ПЭП-карбоксилаза имеет более высокое сродство к CO 2 и не обладает сродством к O 2 , что препятствует фотодыханию . В целом, путь C 4 позволяет растениям ячменя более эффективно связывать углерод, что позволяет им держать устьица открытыми в течение меньшего времени, предотвращая потерю воды за счет транспирации . [ нужна ссылка ]

Абсцизовая кислота

[ редактировать ]

Абсцизовая кислота (АБК) – это гормон, который растения выделяют в ответ на стресс. [ 7 ] Он вызывает закрытие устьиц у растений, уменьшая потерю воды за счет транспирации. Однако увеличение закрытия устьиц приводит к снижению CO 2 ассимиляции . Возможно, для борьбы с этим в краткосрочной перспективе синтез АБК также способствует удлинению клеток корня, что, в свою очередь, способствует усвоению минеральных питательных веществ. [ 8 ] Другие исследования также показали, что АБК увеличивает активность карбоангидразы в условиях засухи. [ 9 ]

Увеличенный рост корней

[ редактировать ]

Некоторые сорта ячменя имеют более крупную корневую систему. Более крупная корневая система повышает устойчивость к засухе не только за счет увеличения площади поверхности для поглощения минеральных питательных веществ, но и за счет улучшения способности растений достигать глубоких грунтовых вод. [ 10 ]

Увеличение производства антиоксидантов

[ редактировать ]

Растения ячменя, выращенные в условиях засухи, проявляют более высокую активность антиоксидантных ферментов, которые предотвращают окислительное повреждение от активных форм кислорода. [ 11 ] Растения подвергаются повышенному риску повреждения клеток при воздействии стресса, вызванного засухой, из-за увеличения производства активных форм кислорода, и поэтому повышенная антиоксидантная активность, вероятно, помогает защитить растение от стресса, вызванного засухой. [ нужна ссылка ]

Снижение плотности устьиц

[ редактировать ]

Исследования показали, что снижение плотности устьиц у растений ячменя не приводит к снижению урожайности зерна, несмотря на снижение газообмена. [ 12 ] Уменьшение количества устьиц повышает устойчивость к засухе, просто препятствуя утечке воды, тем самым повышая эффективность водопользования. [ 12 ]

Снижение уровня оксида азота

[ редактировать ]

Растения ячменя, выращенные в условиях засухи, также демонстрируют пониженный уровень оксида азота, что, как показали исследования, увеличивает выработку полиаминов . [ 13 ] Полиамины способствуют благополучию растений во время стресса от засухи, стабилизируя клеточные структуры, такие как ДНК и мембраны. [ 13 ] тем самым продлевая выживание. [ нужна ссылка ]

Генетическая основа

[ редактировать ]

Недавние исследования показали, что ячмень сильно варьирует по своим генотипам в отношении засухоустойчивости как у диких, так и у культурных сортов. [ 14 ] Действительно, локусы количественных признаков (QTL) были связаны с прорастанием семян ячменя в условиях засухи. [ 15 ] Кроме того, сорта, выращенные в более засушливом климате, демонстрируют лучшую регуляцию активных форм кислорода, чем сорта, выращенные в более прохладном климате. [ 16 ] У растений ячменя обнаружены признаки, которые были бы благоприятны и неблагоприятны в условиях засухи. [ 17 ] предполагая, что сельскохозяйственная промышленность могла бы, вероятно, выбрать устойчивые к засухе признаки растений ячменя для выращивания в более теплых регионах и наоборот для более прохладных регионов, чтобы максимизировать урожайность. [ нужна ссылка ]

Идентификация генов, ответственных за засухоустойчивость растений ячменя, и применение их к другим видам растений или другим сортам ячменя с помощью трансгенов также показали многообещающие результаты. Одно исследование экспрессировало ген hva1 ячменя в полевице ползучей и обнаружило, что он улучшает устойчивость к засухе, уменьшая последствия ущерба, наносимого дефицитом воды. [ 18 ] Аналогичным образом, трансгенные растения риса басмати, содержащие ген hva1 из ячменя, демонстрировали более высокую устойчивость к засухе, чем контрольные растения. [ 19 ] Другое исследование показало, что экспрессия гена HvMYB1 в ячмене увеличивается при стрессе, вызванном засухой, а при сверхэкспрессии в трансгенных растениях ячменя повышается устойчивость к засухе. [ 20 ] Индуцированная сверхэкспрессия K + Также было обнаружено, что транспортеры в растениях ячменя повышают устойчивость к засухе из-за многих ролей K + играет роль в метаболизме и физиологии растений, например, устьичное отверстие. [ 21 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Гоял, А.; Ахмед, М. (ноябрь 2012 г.). «Ячмень: производство, улучшение и использование». Растениеводство . 52 (6): 2852–2854. doi : 10.2135/cropsci2012.12.0003bra . ISSN   0011-183X . S2CID   252135699 .
  2. ^ Варшни, Раджив (2013). Трансляционная геномика в селекции сельскохозяйственных культур: Том 2 - Улучшение борьбы с абиотическим стрессом, улучшение качества и урожайности . Уайли-Блэквелл. ISBN  978-1-299-87149-6 . OCLC   858653470 .
  3. ^ Верстеген, Гарольд; Конеке, Отто; Корзун, Виктор; фон Брук, Рейнхард (2014), Кумлен, Йохен; Штейн, Нильс (ред.), «Мировое значение ячменя и проблемы дальнейшего улучшения» , «Биотехнологические подходы к улучшению ячменя» , том. 69, Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg, стр. 3–19, doi : 10.1007/978-3-662-44406-1_1 , ISBN  978-3-662-44405-4 , получено 5 декабря 2022 г.
  4. ^ Суонстон, Дж. Стюарт (29 июля 2011 г.). «Ячмень: производство, улучшение и использование. Под редакцией SE Ullrich, Чичестер, Великобритания: Wiley-Blackwell (2011), стр. 637, 170 фунтов стерлингов. ISBN 978-0-8138-0123-0». Экспериментальное земледелие . 47 (4): 733. дои : 10.1017/s0014479711000615 . ISSN   0014-4797 . S2CID   83513924 .
  5. ^ Вигманн, Матиас; Маурер, Андреас; Фам, Ань; Марч, Тимоти Дж.; Аль-Абдаллат, Айед; Томас, Уильям Т.Б.; Булл, Хейзел Дж.; Шахид, Мохаммед; Эглинтон, Джейсон; Баум, Майкл; Флэвелл, Эндрю Дж.; Тестер, Марк; Пиллен, Клаус (декабрь 2019 г.). «Формирование урожая ячменя в условиях абиотического стресса зависит от взаимодействия между генами времени цветения и факторами окружающей среды» . Научные отчеты . 9 (1): 6397. Бибкод : 2019NatSR...9.6397W . дои : 10.1038/s41598-019-42673-1 . ISSN   2045-2322 . ПМК   6484077 . ПМИД   31024028 .
  6. ^ Уокер, А.; и др. (2021). Интеграция доказательств земного поглощения углерода, вызванного увеличением содержания CO2 в атмосфере . Университет Умео, факультет медицинской химии и биофизики. OCLC   1234762992 .
  7. ^ Финкельштейн, Рут (1 ноября 2013 г.). «Синтез и реакция абсцизовой кислоты» . Книга «Арабидопсис» . 11 : e0166. дои : 10.1199/tab.0166 . ISSN   1543-8120 . ПМК   3833200 . ПМИД   24273463 .
  8. ^ Мухаммад Аслам, Мехтаб; Васим, Мухаммед; Джакада, Белло Хасан; Окал, Эялира Джейкоб; Лей, Цзулян; Сакиб, Хафиз Сохаиб Ахмад; Юань, Вэй; Сюй, Вэйфэн; Чжан, Цянь (19 января 2022 г.). «Механизмы реакции растений на стресс, опосредованный абсцизовой кислотой» . Международный журнал молекулярных наук . 23 (3): 1084. doi : 10.3390/ijms23031084 . ISSN   1422-0067 . ПМЦ   8835272 . ПМИД   35163008 .
  9. ^ Попова, Л.П.; Лазова, Г.Н. (1990), «Активность карбоангидразы в листьях ячменя после обработки абсцизовой кислотой и жасмоновой кислотой» , Текущие исследования в области фотосинтеза , Дордрехт: Springer Нидерланды, стр. 3273–3277, номер документа : 10.1007/978-94-009- 0511-5_737 , ISBN  978-94-010-6716-4 , получено 5 декабря 2022 г.
  10. ^ Хлупек, О.; Досталь, В.; Среда, Т.; Псота, В.; Дворжачкова, О. (декабрь 2010 г.). «Засухоустойчивость сортов ячменя в зависимости от размера их корневой системы: засухоустойчивость и размер корней ячменя» . Селекция растений . 129 (6): 630–636. дои : 10.1111/j.1439-0523.2010.01801.x .
  11. ^ Матаморос, Массачусетс; Лоскос, Дж.; Дитц, К.-Дж.; Апарисио-Техо, премьер-министр; Бекана, М. (1 января 2010 г.). «Функция антиоксидантных ферментов и метаболитов при созревании плодов гороха» . Журнал экспериментальной ботаники . 61 (1): 87–97. дои : 10.1093/jxb/erp285 . ISSN   0022-0957 . ПМЦ   2791115 . ПМИД   19822534 .
  12. ^ Jump up to: а б Хьюз, Джон; Хепворт, Кристофер; Даттон, Крис; Данн, Джессика А.; Хант, Ли; Стивенс, Дженнифер; Во, Робби; Кэмерон, Дункан Д.; Грей, Джули Э. (июнь 2017 г.). «Снижение плотности устьиц ячменя повышает устойчивость к засухе, не влияя на урожайность» . Физиология растений . 174 (2): 776–787. дои : 10.1104/стр.16.01844 . ISSN   0032-0889 . ПМК   5462017 . ПМИД   28461401 .
  13. ^ Jump up to: а б Монтилья-Баскон, Грасия; Рубиалес, Диего; Хебельструп, Ким Х.; Мэндон, Жюльен; Харрен, Франс Дж.М.; Кристеску, Симона М.; Мур, Луис А.Дж.; Прац, Елена (17.10.2017). «Снижение уровня оксида азота во время стресса, вызванного засухой, способствует устойчивости ячменя к засухе и связано с повышенным биосинтезом полиаминов» . Научные отчеты . 7 (1): 13311. Бибкод : 2017НатСР...713311М . дои : 10.1038/s41598-017-13458-1 . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   5645388 . ПМИД   29042616 . S2CID   205612254 .
  14. ^ Цай, Канфэн; Чен, Сяохуэй; Хан, Чжиган; Ву, Сяоцзянь; Чжан, Шуо; Ли, Ци; Назир, Мухаммад Мудассир; Чжан, Гопин; Цзэн, Фаньжун (2020). «Проверка мировой коллекции ячменя на устойчивость к засухе: оценка различных физиологических показателей как критериев отбора» . Границы в науке о растениях . 11 : 1159. дои : 10.3389/fpls.2020.01159 . ISSN   1664-462X . ПМЦ   7403471 . ПМИД   32849716 .
  15. ^ Табет, Самар Г.; Мурси, Ясир С.; Карам, Мохамед А.; Гранер, Андреас; Алькуда, Ахмад М. (2 ноября 2018 г.). «Генетические основы засухоустойчивости при прорастании семян ячменя» . ПЛОС ОДИН . 13 (11): e0206682. Бибкод : 2018PLoSO..1306682T . дои : 10.1371/journal.pone.0206682 . ISSN   1932-6203 . ПМК   6214555 . ПМИД   30388157 .
  16. ^ Вендельбо-Нельсон, Шарлотта; Моррис, Питер К. (ноябрь 2012 г.). «Белки, связанные с засухоустойчивостью, выявленные с помощью DIGE-анализа засухоустойчивых и восприимчивых сортов ячменя» . Протеомика . 12 (22): 3374–3385. дои : 10.1002/pmic.201200154 . ПМИД   23001927 . S2CID   29301162 .
  17. ^ Шаххатре, Ю.; Кафавин, О.; Чеккарелли, С.; Сауб, Х. (22 апреля 2001 г.). «Выбор линий ячменя на устойчивость к засухе в районах с низким уровнем осадков» . Журнал агрономии и растениеводства . 186 (2): 119–127. Бибкод : 2001JAgCS.186..119S . дои : 10.1046/j.1439-037x.2001.00459.x . ISSN   0931-2250 .
  18. ^ Фу, Даолинь; Хуанг, Бингру; Сяо, Янмей; Мутхукришнан, Суббаратнам; Лян, Джордж Х. (1 апреля 2007 г.). «Сверхэкспрессия гена hva1 ячменя в полевице ползучей для повышения устойчивости к засухе» . Отчеты о растительных клетках . 26 (4): 467–477. дои : 10.1007/s00299-006-0258-7 . ISSN   1432-203X . ПМИД   17106681 . S2CID   494394 .
  19. ^ Рохила, Джай С; Джайн, Раджиндер К.; Ву, Рэй (1 сентября 2002 г.). «Генетическое улучшение риса басмати на устойчивость к соли и засухе путем регулируемой экспрессии кДНК Hva1 ячменя» . Наука о растениях . 163 (3): 525–532. дои : 10.1016/S0168-9452(02)00155-3 . ISSN   0168-9452 .
  20. ^ Александр, Росс Д.; Вендельбо-Нельсон, Шарлотта; Моррис, Питер К. (01 сентября 2019 г.). «Фактор транскрипции ячменя HvMYB1 является положительным регулятором устойчивости к засухе» . Физиология и биохимия растений . 142 : 246–253. дои : 10.1016/j.plaphy.2019.07.014 . ISSN   0981-9428 . ПМИД   31374377 . S2CID   199387889 .
  21. ^ Фэн, Сюэ; Цю, Чэн-Вэй; Ван, Чжан, Гопин; Чэнь, Чжун-Хуа, Фейбо (август 2020 г.) «HvAKT2 и HvHAK1 придают ячменю устойчивость к засухе» . усиленный гомеостаз мезофилла листа H +» . Журнал «Биотехнология растений» . 18 (8): 1683–1696. doi : 10.1111 pbi.13332 ISSN   1467-7644 . PMC   7336388. PMID /   31917885 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5857e71bc37bcea906b92e74a6c3ef02__1714062060
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/58/02/5857e71bc37bcea906b92e74a6c3ef02.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Drought tolerance in barley - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)