doi: 10.15389/agrobiology.2025.5.rus
УДК 635.563:577.355.4:577.355.2
ОЦЕНКА МОРФОЛОГИЧЕСКИХ, СПЕКТРАЛЬНЫХ И ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ У ОБРАЗЦОВ КРЕСС-САЛАТА (Lepidium sativum L.), ВЫРАЩЕННЫХ В РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ УСЛОВИЯХ
Е.М. ЭЗЕРИНА✉, Ю.В. ЧЕСНОКОВ
Кресс-салат (Lepidium sativum L.) — перспективная, скороспелая, отзывчивая культура, представляющая интерес для условий светокультуры. Диагностика физиологического статуса служит важнейшей составляющей при выращивании растений в полевых, контролируемых и строго контролируемых условиях. Среди методов неинвазивного контроля физиологического состояния растений для регулируемых агроэкосистем наиболее эффективны и широко применяются метод спектрального анализа листовых пластинок и флуоресцентный метод. В настоящей работе на основании проведенных экспериментов впервые установлены корреляции морфологических показателей образцов кресс-салата с различными оптическими индексами в условиях светокультуры, теплицы и открытого грунта. Цель исследования — изучить влияние условий выращивания на морфологические признаки и оптические показатели листовых пластинок (флуоресценция хлорофилла и спектры отражения) образцов кресс-салата из коллекции ВИР и установить корреляции морфологических показателей с различными оптическими индексами, а также выявить высокопродуктивные, перспективные образцы, представляющие интерес для выращивания в условиях светокультуры. Объектами исследования были 17 образцов кресс-салата различного происхождения, полученные из коллекции ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР). Вегетационные опыты в строго контролируемых условиях светокультуры проводили на агробиополигоне ФГБНУ Агрофизического НИИ (АФИ) (г. Санкт-Петербург) в 2024 году. Растения выращивали методом проточной гидропоники при фотопериоде 12, 14 и 16 ч. Растения выращивали в горшках для салатной линии объемом 0,1 л. Морфологическое описание проводили в фазу технической спелости на 26-29-е сут от посева. Вегетационные опыты в поликарбонатной теплице были проведены в Пушкинском филиале ВИР (г. Санкт-Петербург) в весенний период (посев 26 апреля) и в открытом грунте (посев 3 июля) в 2024 году. Схема выращивания была одинаковой как в тепличных, так и в полевых условиях — 5×;10 см. Морфологическое описание проводили на 28-30-е сут. Оптические показатели измеряли на листьях среднего яруса репрезентативных растений каждого образца. Параметры флуоресценции хлорофилла и спектры отражения листьев регистрировали на 23-28-е сут вегетации с помощью миниатюрной оптоволоконной спектрометрической системы («Ocean Optics», США) и импульсного портативного флуориметра MINI-PAM-II («Heinz Walz GmbH», Германия). Оценивали индекс хлорофилла ChlRI, индекс соотношения каротиноидов к хлорофиллу SIPI, показатель рассеяния света R800, фотохимический индекс PRI, индекс отражения антоцианов ARI, индекс старения PSRI, индекс феофитинизации NPQI. Показатели PRI и ARI использовали с модификацией и обозначали как PRImod и ARImod. Индекс феофетинизации также использовали с добавлением константы (С + NPQI; С = 5) для удобства интерпретации и далее обозначали как NPQI + c. Также оценивали показатели, полученные в результате флуоресцентного анализа: максимальный квантовый выход фотосистемы Fv/Fm; эффективный квантовый выход фотосистемы Y(II); квантовый выход Y(NO); Y(NPQ), характеризующий регулируемые потери энергии возбуждения за счет диссипации тепла. Показано, что морфологические признаки, характеризующие продуктивность зеленных культур (масса растения, диаметр и высота розетки, число листьев) значительно изменялись у различных образцов кресс-салата и под влиянием среды выращивания. В условиях светокультуры были отмечены фотопериоды, наиболее благоприятные для наращивания зеленой массы растений — 12 и 16 ч. Также при более продолжительном фотопериоде 16 ч был отмечен более быстрый переход к генеративной фазе, чем при более коротких. В результате сравнения с растениями, выращенными в условиях теплицы и открытого грунта, установлено, что в условиях светокультуры при благоприятных фотопериодах образцы достоверно не отличались по признаку средняя масса растения, однако начало перехода к цветению было отмечено у значительно меньшего числа образцов. Большинство оптических показателей значительно изменялись под действием фактора «условия выращивания» в зависимости от изучаемого генотипа. Отмечено достоверное снижение индекса ChlRI и показателя PRImod при выращивании образцов в полевых условиях и в теплице. Установлен достоверный рост индекса R800 в условиях агробиополигона, а также достоверный рост показателя SIPI в условиях светокультуры при менее благоприятном фотопериоде. Выявлены постоянные тесные и средние корреляционные связи между морфологическими признаками, характеризующими продуктивность (диаметр розетки, высота 1 растения, число листьев, масса 1 растения), и оптическими показателями R800, PRImod, ARImod, Y(NPQ) (r = 0,51…-0,84, p = 0,05). По ряду агрономически ценных признаков выделены образцы к-112 (Местный, Азербайджан) и к-165 (Gartenkresse, Бельгия) как наиболее перспективные для культивирования в условиях светокультуры и дальнейшей селекции. Отмечено совместное изменение признака масса 1 растения и индекса PRImod у выделенных генотипов, что позволяет сделать вывод о возможности использования оптических показателей не только в качестве инструмента мониторинга состояния растений и прогноза урожая, но и в качестве критерия для выделения перспективных и высокопродуктивных образцов, представляющих интерес для культивирования в условиях светокультуры и дальнейшей генетико-физиологической и селекционной работы.
Ключевые слова: Lepidium sativum L., кресс-салат, светокультура, открытый грунт, теплица, спектры отражения, флуоресценция хлорофилла, неинвазивные методы.
E.M. Ezerina✉, Yu.V. Chesnokov
Garden cress (Lepidium sativum L.) is a promising, precocious, responsive crop of interest to the conditions of light culture. Diagnosis of physiological status is an essential component when growing plants in the field, under controlled and strictly controlled conditions. Among the methods of noninvasive control of the physiological state of plants for regulated agroecosystems, the method of spectral analysis of leaf blades and the fluorescent method are the most effective and widely used. In this work, based on the experiments carried out, correlations of morphological parameters of garden cress samples with various optical indices were established for the first time in conditions of light culture, greenhouse and open ground. The purpose of the study was to study the influence of growing conditions on the morphological characteristics and optical parameters of leaf blades (chlorophyll fluorescence and reflection spectra) of garden cress samples from the VIR collection and to establish correlations of morphological parameters with various optical indexes, as well as to identify highly productive, promising samples of interest for growing in light culture. The objects of the study were 17 samples of garden cress of various origins obtained from the collection of the Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources (VIR). Vegetation experiments in strictly controlled conditions of light culture were carried out at the agrobiopolygon of the Agrophysical Research Institute (St. Petersburg) in 2024. The plants were grown by flow hydroponics at a photoperiod of 12, 14, and 16 hours. The plants were grown in pots for a salad line with a volume of 0.1 liters. Morphological description was carried out in the phase of technical ripeness on the 26th-29th day from sowing. Vegetation experiments in a polycarbonate greenhouse were conducted at the Pushkin branch of VIR (St. Petersburg) in the spring (sowing on April 26) and in the open ground (sowing on July 3) in 2024. The growing pattern was the same both in greenhouses and in the field, 5×;10 cm. Morphological description was performed on days 28-30. Optical parameters were measured on the leaves of the middle tier of representative plants of each sample. Chlorophyll fluorescence parameters and leaf reflection spectra were recorded on days 23-28 of vegetation using a miniature fiber-optic spectrometric system (Ocean Optics, USA) and a MINI-PAM-II pulsed portable fluorimeter (Heinz Walz GmbH, Germany), respectively. The chlorophyll index ChlRI, the carotenoid-to-chlorophyll ratio index SIPI, the light scattering index R800, the photochemical index PRI, the anthocyanin reflection index ARI, the aging index PSRI, and the pheophytination index NPQI were evaluated. The PRI and ARI indicators were used with modification and designated as PRImod and ARImod. The feofetinization index was also used with the addition of a constant (C + NPQI; C = 5) for ease of interpretation and was further designated as NPQI + с. The following parameters obtained as a result of fluorescence analysis were also evaluated: the maximum quantum yield of the Fv/Fm photosystem; the effective quantum yield of the photosystem Y(II); the quantum yield Y(NO); Y(NPQ), characterizing the controlled loss of excitation energy due to heat dissipation. It is shown that the morphological features characterizing the productivity of green crops (plant weight, diameter and height of the rosette, number of leaves) significantly changed in different garden cress samples and under the influence of the growing medium. In the conditions of light culture, the photoperiods that are most favorable for the growth of the green mass of plants were 12 and 16 hours. In addition, with a longer photoperiod of 16 hours, a faster transition to the generative phase was noted than with shorter ones. As a result of comparison with plants grown in greenhouse and open ground conditions, it was found that in light culture conditions with favorable photoperiods, the samples did not significantly differ in terms of average plant weight, however, the beginning of the transition to flowering was noted in a significantly smaller number of samples. Most of the optical parameters changed significantly under the influence of the “growing conditions” factor, depending on the studied “genotype”. There was a significant decrease in the ChlRI index and the PRImod index when growing samples in the field and in the greenhouse. There was a significant increase in the R800 index in agrobiopoligon conditions, as well as a significant increase in the SIPI index in light culture conditions with a less favorable photoperiod. Constant close and average correlations were found between morphological features characterizing productivity (rosette diameter, height of 1 plant, number of leaves, weight of 1 plant) and optical indicators R800, PRImod, ARImod, Y(NPQ) (r = 0.51…-0.84, p = 0.05). Samples k-112 (Local, Azerbaijan) and k-165 (Gartenkresse, Belgium) have been identified for a number of agronomically valuable traits as the most promising for cultivation in the conditions of light culture and further breeding. A joint change in the plant mass trait and the PRImod index was noted in the selected genotypes. This allows us to conclude that optical indicators can be used not only as a tool for monitoring plant condition and crop forecasting, but also as a criterion for identifying promising and highly productive samples of interest for cultivation in light culture and further genetic, physiological and breeding work.
Keywords: garden cress, Lepidium sativum L., light culture, field, greenhouse, reflection spectra, chlorophyll fluorescence, non-invasive methods.
ФГБНУ Агрофизический научно-исследовательский |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
