vestnik-bio-msuВестник Московского университета. Серия 16. БиологияVestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya0137-0952Lomonosov Moscow State University, School of Biologyvestnik-bio-msu-658Research ArticleБиофизикаBiophysicsИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГРИБКОВОЙ ИНФЕКЦИИ BIPOLARIS SOROKONIANA НА СВЕТОВЫЕ РЕАКЦИИ ФОТОСИНТЕЗА ПШЕНИЦЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО МЕТОДАAPPLICATION OF THE FLUORESCENCE METHOD FOR INVESTIGATING THE INFLUENCE OF ROOT ROT PATHOGEN BIPOLARIS SOROKNIANA ON PHOTOSYNTHETIC LIGHT REACTIONS IN WHEAT PLANTSМаторинД. Н.MatorinD. N.

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

докт. биол. наук, проф., вед. науч. сотр. кафедры биофизики биологического факультета

Тел.: 8-499-267-45-01

matorin@biophys.msu.ruТимофеевН. П.TimofeevN. P.

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

аспирант кафедры гидробиологии биологического факультета 

Тел.: 8-495-939-39-68

Department of Hydrobiology, Faculty of Biology

Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234

iamqoqao@gmail.comГлинушкинА. П.GlinushkinA. P.

43050, Московская область, р.п. Большие Вяземы, ул. Институт, 5-а

докт. с.-х. наук, проф., директор

Тел.: 8-498-694-11-24

Str. Institute 5-a, Big Vyazemy, Moscow region,43050

glinale@mail.ruБратковскаяЛ. Б.BratkovskajaL. B.

119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12

канд. биол. наук, вед. науч. сотр. кафедры гидробиологии биологического факультета

Тел.: 8-495-939-25-18

Department of Hydrobiology, Faculty of Biology

Leninskiye gory 1–12, Moscow, 119234

profkom-bio@mail.ruЗаяданБ. К.ZayadanB. K.

050040, г. Алматы, проспект аль-Фараби, 71

докт. биол. наук, декан биологического факультета

Тел.: 8-727-249-62-04

Prospect al-Farabi, 71, Almaty, 050040

zbolatkhan@mail.ruМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт фитопатологииРоссияAll-Russian Scientific Research Institute of PhytopathologyRussian FederationКазахский национальный университет имени аль-ФарабиКазахстанAl-Farabi Kazakh State UniversityKazakhstan201829112018734247253Copyright © Маторин Д.Н., Тимофеев Н.П., Глинушкин А.П., Братковская Л.Б., Заядан Б.К., 20182018Маторин Д.Н., Тимофеев Н.П., Глинушкин А.П., Братковская Л.Б., Заядан Б.К.Matorin D.N., Timofeev N.P., Glinushkin A.P., Bratkovskaja L.B., Zayadan B.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik-bio-msu.elpub.ru/jour/article/view/658

Обычная корневая гниль является широко распространенным заболеванием, вызываемым грибом Bipolaris sorokoniana, который паразитирует на злаковых растениях. Изучено влияние грибковой инфекции на световые реакции фотосинтеза пшеницы мягкой при одновременной регистрация индукционных кривых быстрой и замедленной флуоресценции, а также редокс-состояния пигмента Р700. Обнаружено уменьшение квантового выхода электронного транспорта в фотосистеме II (φE0) и индекса производительности (PIABS), увеличение рассеивания энергии на реакционный центр (DI0/RC) и ΔpHзависимого нефотохимического тушения флуоресценции (qE) у зараженных растений. Показано уменьшение пика индукции замедленной флуоресценции при 10–50 мс. Реакции фотосистемы I проявляли большую устойчивость к грибковой инфекции по сравнению с реакциями фотосистемы II. Для ранней диагностики состояния растений в условиях грибковой инфекции возможно использование параметров индукции флуоресценции хлорофилла а.

Common root rot is a widespread disease caused by the fungus Bipolaris sorokoniana that parasitizes on cereals. The influence of the fungal infection on light reactions of wheat photosynthesis was studied by means of simultaneous recording of the induction curves of fast and delayed chlorophyll fluorescence, as well as the redox state of P700. A decrease in the quantum yield of electron transport in photosystem II (φE0) and in the performance index (PIABS), an increase in the energy dissipation per reaction center (DI0/RC) and ΔpH-dependent non-photochemical fluorescence quenching (qE) in infected plants has been revealed. A decrease in the induction peak of delayed chlorophyll fluorescence at 10–50 ms is shown. The reactions of photosystem I exhibited greater resistance to fungal infection compared with photosystem II. The parameters of chlorophyll a fluorescence induction are convenient for early diagnostics of the physiological condition of plants impacted by fungal infection.

Triticum aestivum L.Bipolaris sorokoniana Shoemakerфотосистемы I и IIфотосинтезфлуоресценция хлорофиллафотосинтезM-PEA-2Triticum aestivum L.Bipolaris sorokoniana Shoemakerphotosystem I and IIchlorophyll fluorescencephotosynthesisM-PEA-2ReferencesBakonyi J., Apony I., Fisch G. Diseases caused by Bipolaris sorokiniana and Drechslera tritici-repentis in Hungary // Helminthosporium blights of wheat: spot blotch and tan spot / Eds. E. Duveiller, H.J. Dubin, and J. Reeves. Mexico City: CIMMYT, 1997. P. 80–85.Bakonyi J., Apony I., Fisch G. Diseases caused by Bipolaris sorokiniana and Drechslera tritici-repentis in Hungary // Helminthosporium blights of wheat: spot blotch and tan spot / Eds. E. Duveiller, H.J. Dubin, and J. Reeves. Mexico City: CIMMYT, 1997. P. 80–85.Kumar J., Schäfer P., Hückelhoven R., Langen G., Baltruscha H., Stein E., Kogel K.H. Bipolaris sorokiniana, a cereal pathogen of global concern: Cytological and molecular approaches towards better control // Mol. Plant Pathol. 2002. Vol. 3. N 4. P. 185–195.Kumar J., Schäfer P., Hückelhoven R., Langen G., Baltruscha H., Stein E., Kogel K.H. Bipolaris sorokiniana, a cereal pathogen of global concern: Cytological and molecular approaches towards better control // Mol. Plant Pathol. 2002. Vol. 3. N 4. P. 185–195.Гольцев В.Н., Каладжи М.Х., Кузманова М.А., Аллахвердиев С.И. Переменная и замедленная флуоресценция хлорофилла a – теоретические основы и практическое приложение в исследовании растений // М.–Ижевск: ИКИ-РХД, 2014. 220 с.Гольцев В.Н., Каладжи М.Х., Кузманова М.А., Аллахвердиев С.И. Переменная и замедленная флуоресценция хлорофилла a – теоретические основы и практическое приложение в исследовании растений // М.–Ижевск: ИКИ-РХД, 2014. 220 с.Маторин Д.Н., Рубин А.Б. Флуоресценция хлорофилла высших растений и водорослей // М.–Ижевск: ИКИ-РХД, 2012. 256 с.Маторин Д.Н., Рубин А.Б. Флуоресценция хлорофилла высших растений и водорослей // М.–Ижевск: ИКИ-РХД, 2012. 256 с.Christova I., Stefanovb D., Velinovc T., Goltsev V., Georgievab K., Abrachevaa P., Genovab Y., Christov N. The symptomless leaf infection with grapevine leafroll associated virus 3 in grown in vitro plants as a simple model system for investigation of viral effects on photosynthesis // J. Plant Physiol. 2007. Vol. 164. N 9. P. 1124–1133.Christova I., Stefanovb D., Velinovc T., Goltsev V., Georgievab K., Abrachevaa P., Genovab Y., Christov N. The symptomless leaf infection with grapevine leafroll associated virus 3 in grown in vitro plants as a simple model system for investigation of viral effects on photosynthesis // J. Plant Physiol. 2007. Vol. 164. N 9. P. 1124–1133.Granum E., Pérez-Bueno M., Calderón C.E., Ramos C., Vicente A., Cazorla F. M., Barón M. Metabolic responses of avocado plants to stress induced by Rosellinia necatrix analysed by fluorescence and thermal imaging // Eur. J. Plant Pathol. 2015. Vol. 142. N 3. P. 625–632.Granum E., Pérez-Bueno M., Calderón C.E., Ramos C., Vicente A., Cazorla F. M., Barón M. Metabolic responses of avocado plants to stress induced by Rosellinia necatrix analysed by fluorescence and thermal imaging // Eur. J. Plant Pathol. 2015. Vol. 142. N 3. P. 625–632.Rai M.K., Shende S., Strasser R.J. JIP test for fast fluorescence transients as a rapid and sensitive technique in assessing the effectiveness of arbuscular mycorrhizal fungi in Zea mays: Analysis of chlorophyll a fluorescence // Plant Biosyst. 2008. Vol. 142. N 2. P. 191–198.Rai M.K., Shende S., Strasser R.J. JIP test for fast fluorescence transients as a rapid and sensitive technique in assessing the effectiveness of arbuscular mycorrhizal fungi in Zea mays: Analysis of chlorophyll a fluorescence // Plant Biosyst. 2008. Vol. 142. N 2. P. 191–198.Scholes J.D., Rolfe S.A. Photosynthesis in localised regions of oat leaves infected with crown rust (Puccinia coronata): quantitative imaging of chlorophyll fluorescence // Planta. 1996. Vol. 199. N 4. P. 573–582.Scholes J.D., Rolfe S.A. Photosynthesis in localised regions of oat leaves infected with crown rust (Puccinia coronata): quantitative imaging of chlorophyll fluorescence // Planta. 1996. Vol. 199. N 4. P. 573–582.Yan K., Han G., Ren C., Zhao S., Wu X., Bian T. Fusarium solani infection depressed photosystem performance by inducing foliage wilting in apple seedlings // Front. Plant Sci. 2018. Vol. 9:479.Yan K., Han G., Ren C., Zhao S., Wu X., Bian T. Fusarium solani infection depressed photosystem performance by inducing foliage wilting in apple seedlings // Front. Plant Sci. 2018. Vol. 9:479.Scholes J.D., Farrar J.F. Increased rates of photosynthesis in localized regions of a barley leaf infected with brown rust // New Phytol. 1986. Vol. 104. N 4. P. 601–612.Scholes J.D., Farrar J.F. Increased rates of photosynthesis in localized regions of a barley leaf infected with brown rust // New Phytol. 1986. Vol. 104. N 4. P. 601–612.Bassanezi R.B., Amorim L., Filho A.B., Berger R.D. Gas exchange and emission of chlorophyll fluorescence during the monocycle of rust, angular leaf spot and anthracnose on bean leaves as a function of their trophic characteristics // J. Phytopathol. 2002. Vol. 150. N 1. P. 37–47.Bassanezi R.B., Amorim L., Filho A.B., Berger R.D. Gas exchange and emission of chlorophyll fluorescence during the monocycle of rust, angular leaf spot and anthracnose on bean leaves as a function of their trophic characteristics // J. Phytopathol. 2002. Vol. 150. N 1. P. 37–47.Kuckenberg J., Tartachnyk I., Noga G. Temporal and spatial changes of chlorophyll fluorescence as a basis for early and precise detection of leaf rust and powdery mildew infections in wheat leaves // Precis. Agric. 2009. Vol. 10. N 1. P. 34–44.Kuckenberg J., Tartachnyk I., Noga G. Temporal and spatial changes of chlorophyll fluorescence as a basis for early and precise detection of leaf rust and powdery mildew infections in wheat leaves // Precis. Agric. 2009. Vol. 10. N 1. P. 34–44.Tartachnyk I.I., Rademacher I., K hbauch W. Distinguishing nitrogen deficiency and fungal infection of winter wheat by laser-induced fluorescence // Precis. Agric. 2006. Vol. 7. N 4. P. 281–293.Tartachnyk I.I., Rademacher I., K hbauch W. Distinguishing nitrogen deficiency and fungal infection of winter wheat by laser-induced fluorescence // Precis. Agric. 2006. Vol. 7. N 4. P. 281–293.Strasser R.J., Tsimilli-Michael M., Qiang S., Goltsev V. Simultaneous in vivo recording of prompt and delayed fluorescence and 820-nm reflection changes during drying and after rehydration of the resurrection plant Haberlea rhodopensis // BBA-Bioenergetics. 2010. Vol. 1797. N 6–7. P. 1313–1326.Strasser R.J., Tsimilli-Michael M., Qiang S., Goltsev V. Simultaneous in vivo recording of prompt and delayed fluorescence and 820-nm reflection changes during drying and after rehydration of the resurrection plant Haberlea rhodopensis // BBA-Bioenergetics. 2010. Vol. 1797. N 6–7. P. 1313–1326.Bulychev A.A., Osipov V.A., Matorin D.N., Vredenberg W.J. Effects of far-red light on fluorescence induction in infiltrated pea leaves under diminished ΔpH and Δφ components of the proton motive force // J. Bioenerg. Biomembr. 2013. Vol. 45. N 1–2. P. 37–45.Bulychev A.A., Osipov V.A., Matorin D.N., Vredenberg W.J. Effects of far-red light on fluorescence induction in infiltrated pea leaves under diminished ΔpH and Δφ components of the proton motive force // J. Bioenerg. Biomembr. 2013. Vol. 45. N 1–2. P. 37–45.Lazár D., Schansker G. Models of chlorophyll a fluorescence transients // Photosynthesis in silico / Eds. A. Laisk, L. Nedbal, and Govindjee. Dordrecht: Springer, 2009. P. 85–123.Lazár D., Schansker G. Models of chlorophyll a fluorescence transients // Photosynthesis in silico / Eds. A. Laisk, L. Nedbal, and Govindjee. Dordrecht: Springer, 2009. P. 85–123.Briquet M., Vilre D., Goblet P., Mesa M., Elo M.C. Plant cell membranes as biochemical targets of the phytotoxin helminthosporol // J. Bioenerg. Biomembr. 1998. Vol. 30. N 3. P. 285–295.Briquet M., Vilre D., Goblet P., Mesa M., Elo M.C. Plant cell membranes as biochemical targets of the phytotoxin helminthosporol // J. Bioenerg. Biomembr. 1998. Vol. 30. N 3. P. 285–295.Веселовский В.А., Веселова Т.В. Люминесценция растений. Теоретические и практические аспекты // М.: Наука, 1990. 220 c.Веселовский В.А., Веселова Т.В. Люминесценция растений. Теоретические и практические аспекты // М.: Наука, 1990. 220 c.Чаморовский С.К., Mаторин Д.Н. Влияние антагонистов кальмодулина на замедленную флуоресценцию хлоропластов и водорослей // Биохимия. 1984. Т. 49. № 13. С. 2029–2034.Чаморовский С.К., Mаторин Д.Н. Влияние антагонистов кальмодулина на замедленную флуоресценцию хлоропластов и водорослей // Биохимия. 1984. Т. 49. № 13. С. 2029–2034.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.