doi: 10.15389/agrobiology.2023.1.3rus
УДК 631.811.982:581.1:632
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках проекта № 22-24-00489.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЖАСМОНАТОВ, САЛИЦИЛАТОВ И АБСЦИЗОВОЙ КИСЛОТЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СТРЕССОУСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ (обзор)
А.В. ПИГОЛЕВ1, Е.А. ДЕГТЯРЁВ1, 2, Д.Н. МИРОШНИЧЕНКО1, 3, 4,
Т.В. САВЧЕНКО1 ✉
В настоящее время по-прежнему актуален поиск новых эффективных способов и подходов, позволяющих контролировать рост, развитие и продуктивность растений, но при этом оказывающих минимальное негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. Одним из направлений, способствующих экологизации сельскохозяйственного производства, стало внедрение препаратов на основе фитогормонов, которые обладают выраженными протекторными функциями, таких как абсцизовая кислота, салициловая кислота и жасмонаты. Применение указанных фитогормонов может значительно повысить устойчивость растений к неблагоприятным факторам биотической и абиотической природы. В представленном обзоре суммирована актуальная информация о биологических функциях абсцизовой кислоты, жасмонатов и салицилатов, а также собраны примеры, демонстрирующие возможности применения препаратов на основе этих веществ на значимых сельскохозяйственных культурах, и обозначены перспективные направления использования таких препаратов в растениеводстве. Абсцизовая кислота участвует в регуляции роста и развития растения на протяжении всего онтогенеза, а также определяет устойчивость к абиотическим и биотическим стрессовым факторам (J. Li с соавт., 2017), играет важную роль в закрытии устьиц, регулируя потоки ионов в замыкающих клетках, вовлечена в регуляцию всех этапов созревания семян (К. Chen с соавт., 2020). Она может оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на устойчивость растений к патогенам (L. Lievens с соавт., 2017; K. Xie с соавт., 2018) и влиять на симбиотические взаимоотношения растений с грибами и бактериями (А. Цыганова с соавт., 2015). Салициловая кислота обеспечивает устойчивость растений к патогенам (A. Vlot с соавт., 2009; P. Ding с соавт., 2020), играет ключевую роль в развитии реакции сверхчувствительности, локальной гибели клеток вместе с патогеном (D. Klessig с соавт., 1994; M. Alvarez, 2000), а также формировании устойчивости в непораженных частях растения (системная приобретенная устойчивость) (M. Bürger с соавт., 2019). Салициловая кислота также может быть вовлечена в формирование устойчивости к солевому и низкотемпературному стрессам (E. Horvath с соавт., 2015; Ю. Колупаев с соавт., 2021; W. Wang с соавт., 2018) и поддержание микробиома в зоне корней (S. Lebeis с соавт., 2015). Регуляторные эффекты жасмонатов разнообразны, однако в первую очередь их функции связывают с регуляцией механизмов, определяющих устойчивость растений к некротрофным патогенам и насекомым, включая вредителей корней (C. Rohwer с соавт., 2008; S. Johnson с соавт., 2018). Жасмонаты также контролируют устойчивость к низкотемпературному стрессу, солевому стрессу, затоплению, засухе, озону, тяжелым металлам и ультрафиолетовому излучению (Т. Савченко с соавт., 2014; D. Pandita, 2022; T. Savchenko и соавт., 2019; K. Kazan, 2015; H. Kim с соавт., 2021). Высокая биологическая активность абсцизовой кислоты, салицилатов и жасмонатов определяет значительный потенциал их применения в различных областях сельского хозяйства для повышения стрессоустойчивости растений. Вместе с тем опосредованное этими фитогормонами повышение устойчивости зачастую сопровождается подавлением ростовых процессов, что может негативно сказаться на урожайности сельскохозяйственных культур и качестве получаемой продукции. Чтобы оценить перспективы практического использования препаратов на основе абсцизовой кислоты, жасмонатов и салициловой кислоты, необходим углубленный анализ доступных данных о физиологических эффектах, вызываемых этими веществами, поскольку их действие во многом определяется видовой и сортовой специфичностью, фазой развития растений, восприимчивостью ткани-мишени, концентрацией препарата, продолжительностью обработки и условиями применения.
Ключевые слова: фитогормоны, абсцизовая кислота, жасмоновая кислота, салициловая кислота, физиологические эффекты, устойчивость растений, абиотический стресс, биотические стрессовые факторы, экзогенная обработка, адаптивные реакции.
A.V. Pigolev1, E.A. Degtyaryov1, 2, D.N. Miroshnichenko1, 3, 4,
T.V. Savchenko1 ✉
Nowadays, the search for new effective methods and approaches based on using natural bioactive compounds that control plant growth, development, and plant productivity with minimal impact to the environment and human health is still in great demand. One of the directions developing during the last decades contributing to the “greening” of agricultural production is the application agrochemicals based on phytohormones with protective functions, such as abscisic acid, salicylic acid, and jasmonates. The use of these phytohormones is very promising since it can significantly increase plant tolerance to unfavorable factors of biotic and abiotic nature. This review summarizes the current information on the biological functions of abscisic acid, jasmonates, and salicylates, presents the examples demonstrating crop species treatment with the agrochemicals based on these phytohormones, and discusses the promising directions for the phytohormones application in agriculture. Abscisic acid, jasmonates, and salicylates are often referred to as stress hormones because they regulate the plant adaptive responses to adverse environmental conditions. Abscisic acid is a regulator of plant growth and development throughout ontogenesis, as well as tolerance to abiotic and biotic stress factors (J. Li et al., 2017), plays a role in the stomata closure, regulating the ion flow in the guard cells, controls all stages of seed maturation (K. Chen et al., 2020). Abscisic acid can play positive and negative roles in plant protection against pathogens (L. Lievens et al., 2017; K. Xie et al., 2018) and influence the symbiotic relationships with fungi and bacteria (A. Tsyganova, V. Tsyganov, 2015). Salicylic acid controls plant tolerance to pathogens (A. Vlot et al., 2009; P. Ding, Y. Ding, 2020), plays a role in the development of hypersensitive response, death of infected cells (D. Klessig and J. Malamy, 1994; M. Alvarez, 2000), and formation of tolerance in unaffected plant parts (systemic acquired resistance) (M. Bürger, J. Chory, 2019). Salicylic acid may also be involved in the enhancement of plant tolerance to salt and low temperature stress (E. Horvath et al., 2015; Yu. Kolupaev, Yu. Karpets, 2021; W. Wang et al., 2018) and maintenance of the root zone microbiome (S. Lebeis et al., 2015). The range of regulatory effects of jasmonates is broad, but their functions are primarily associated with the regulation of mechanisms that determine plant tolerance to necrotrophic pathogens and insects, including root pests (C. Rohwer, J. Erwin, 2008; S. Johnson et al., 2018). Jasmonates also control plant tolerance to low temperature, salt stress, flooding, drought, ozone, heavy metals, and ultraviolet radiation (T. Savchenko et al., 2014; D. Pandita, 2022; T. Savchenko et al., 2019; K. Kazan, 2015; H. Kim et al., 2021). The high biological activity of abscisic acid, salicylates and jasmonates determines the significant potential of their application in agriculture to increase plant stress tolerance. At the same time, according to published data, the increase in plant tolerance mediated by the mentioned phytohormones is often accompanied by the suppression of growth-related processes, which can adversely affect crop yields and product quality. To assess the prospects for the practical use of agrochemicals based on abscisic acid, jasmonates, and salicylic acid, a comprehensive analysis of the available data on the physiological effects caused by these substances is necessary due to their spectrum of actions, dependent on species/variety specificity, phase of plant development, susceptibility of the target tissue, chemicals concentration, duration of treatment and conditions of application.
Keywords: phytohormones, abscisic acid, jasmonic acid, salicylic acid, physiological effects, plant tolerance, abiotic stress, biotic stressors, exogenous treatment, adaptive response.
1ФГБУН Пущинский научный центр биологических исследований, Институт фундаментальных проблем биологии РАН, |
Поступила в редакцию |
