Біологічні системи: теорія та інновації

Регуляція морфометричних параметрів ячменю озимого (Hordeum vulgare L.) оксидом графену за водного стресу

Тетяна Ткаченко, Єлизавета Дідур, Ольга Мележик, Cвітлана Прилуцька
Завантажити статтю
Анотація

Проблема продовольчої безпеки за екстремальних кліматичних змін є критичною у Європі і світі вцілому, а її вирішення є однією з цілей сталого розвитку, оскільки кількість опадів щорічно зменшується, а середньорічна температура зростає, що призводить до поширення посух, подовження бездощових періодів та ускладнює вирощування сільськогосподарських культур. Метою роботи було дослідити вплив структурованих наночастинок оксиду графену при передпосівній обробці насіння озимого ячменю (Hordeum vulgare L.) сорту ‘Достойнийʼ на морфометричні показники рослин за умов водного дефіциту. У роботі було використано хімічні, фізичні та фізіологічні методи. Вплив оксиду графену у концентраціях 5, 10, 20 і 50 мкг/мл на морфометричні показники озимого ячменю вивчали через 17 діб після обробки насіння за умов регулярного поливу та водного стресу. Виявлено відсутність фітотоксичної дії оксиду графену на проростки ячменю при регулярному поливі. За передпосівної обробки насіння оксидом графену у концентрації 5 мкг/мл спостерігалося максимальне збільшення довжини коренів (на 35 %) та висоти рослини (на 23 %) за водного дефіциту порівняно з контролем. За інших досліджуваних концентрацій також спостерігали стимулювання росту рослин, проте ефект був менш вираженим. Маса рослин за оптимальних концентрацій оксиду графену зростала незначно, а за водного дефіциту приріст був мінімальним. Оксид графену ефективно покращував розвиток кореневої системи ячменю за умов водного дефіциту, що є важливим в адаптації рослин до посухи. Практичне значення дослідження полягає в тому, що отримані результати обґрунтовують доцільність використання наночастинок як ефективної агротехнології для підвищення стресостійкості сільськогосподарських культур до водного дефіциту

Ключові слова

зернові культури; посухостійкість; інноваційні агротехнології; наноматеріали; передпосівна обробка

ЦИТУВАТИ
Тkachenko, Т., Didur, Ye., Melezhyk, O., & Prylutska, S. (2025). Regulation of morphometric parameters of winter barley (Hordeum vulgare L.) using graphene oxide under water stress. Biological Systems: Theory and Innovation, 16(2), 50-60. https://doi.org/10.31548/biologiya/2.2025.50
Використані джерела
  1. Anegbe, B., Ifijen, I.H., Maliki, M., Uwidia, I.E., & Aigbodion, A.I. (2024). Graphene oxide synthesis and applications in emerging contaminant removal: A comprehensive review. Environmental Sciences Europe, 36(1), article number 15. doi: 10.1186/s12302-023-00814-4.
  2. Buziashvili, A., Prylutska, S., & Yemets, A. (2024). Effect of fullerene C60 on tomato plants. Innovative Biosystems and Bioengineering, 8(4), 13-22. doi: 10.20535/ibb.2024.8.4.317138.
  3. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_030#Text.
  4. Ergun, N., Akdogan, G., Aydogan, S., Bilir, M., & Kilic, G. (2024). Determination of early-stage shoot and root traits of cultivated and wild barley genotypes. Journal of Central European Agriculture, 25(3), 661-674. doi: 10.5513/JCEA01/25.3.4220.
  5. Fathi, A., Shiade, S.R.G., Kianersi, F., Altaf, M.A., Amiri, E., & Nabati, E. (2024). Photosynthesis in cereals under drought stress. In Handbook of photosynthesis (4th ed., pp. 568-576). Boca Raton: CRC Press. doi: 10.1201/b22922-38.
  6. Filipovic, A. (2020). Water plant and soil relation under stress situations. In R.S. Meena & R. Datta (Eds.), Soil moisture importance. IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.93528.
  7. Kompas, T., Che, T.N., & Grafton, R.Q. (2024). Global impacts of heat and water stress on food production and severe food insecurity. Scientific Reports, 14, article number 14398. doi: 10.1038/s41598-024-65274-z.
  8. Lopes, T., Cruz, C., Cardoso, P., Pinto, R., Marques, P.A.A.P., & Figueira, E. (2021). A multifactorial approach to untangle graphene oxide (GO) nanosheets effects on plants: Plant growth-promoting bacteria inoculation, bacterial survival, and drought. Nanomaterials, 11(3), article number 771. doi: 10.3390/nano11030771.
  9. Mahmood, T., et al. (2022). Differential seedling growth and tolerance indices reflect drought tolerance in cotton. BMC Plant Biology, 22, article number 331. doi: 10.1186/s12870-022-03724-4.
  10. Mahmoud, N.E., & Abdelhameed, R.M. (2021). Superiority of modified graphene oxide for enhancing the growth, yield, and antioxidant potential of pearl millet (Pennisetum glaucum L.) under salt stress. Plant Stress, 2, article number 100025. doi: 10.1016/j.stress.2021.100025.
  11. Miranda, M.T., Da Silva, S.F., Silveira, N.M., Pereira, L., Machado, E.C., & Ribeiro, R.V. (2020). Root osmotic adjustment and stomatal control of leaf gas exchange are dependent on citrus rootstocks under water deficit. Journal of Plant Growth Regulation, 40, 11-19. doi: 10.1007/s00344-020-10069-5.
  12. Nagdalian, A.A., et al. (2023). Effect of selenium nanoparticles on biological and morphofunctional parameters of barley seeds (Nordéum vulgáre L.). Scientific Reports, 13, article number 6453. doi: 10.1038/s41598-023-33581-6.
  13. Park, S., Choi, K.S., Kim, S., Gwon, Y., & Kim, J. (2020). Graphene oxide-assisted promotion of plant growth and stability. Nanomaterials, 10(4), article number 758. doi: 10.3390/nano10040758.
  14. Prylutska, S.V., Tkachenko, T.A., Tkachenko, V.V., & Yemets, A.I. (2024). The role of aquaporins and carbon nanomaterials in abiotic stress in plants. Cytology and Genetics, 58, 428-439. doi: 10.3103/S0095452724050104.
  15. Pykalo, S., Demydov, O., Yurchenko, T., Khomenko, S., Humeniuk, O., Kharchenko, M., & Prokopik, N. (2020). Methods for evaluation of wheat breeding material for drought tolerance. Visnyk of Lviv University. Biological Series, 82, 63-79. doi: 10.30970/vlubs.2020.82.05.
  16. Shoham, J. (2020). The rise of biological products in the crop protection and plant nutrition markets. Outlooks on Pest Management, 31(3), 129-131. doi: 10.1564/v31_jun_09.
  17. Yang, Y., Zhang, R., Zhang, X., Chen, Z., Wang, H., & Li, P.C.H. (2022). Effects of graphene oxide on plant growth: A review. Plants, 11(21), article number 2826. doi: 10.3390/plants11212826.
  18. Yiğit, A., & Chmielewski, F.-M. (2024). A deeper insight into the yield formation of winter and spring barley in relation to weather and climate variability. Agronomy, 14(7), article number 1503. doi: 10.3390/agronomy14071503.
  19. Zhang, X., Cao, H., Zhao, J., Wang, H., Xing, B., Chen, Z., & Li, X., Zhang, J. (2021). Graphene oxide exhibited positive effects on the growth of Aloe vera L. Physiology and Molecular Biology of Plants, 27, 815-824. doi: 10.1007/s12298-021-00979-3.
  20. Zhang, Y., Huang, X., & Huang, K. (2024). Graphene oxide improves the tolerance of Tartary buckwheat to continuous cropping by coordinating the antioxidant defense system and endogenous hormone levels. Plant Stress, 14, article number 100646. doi: 10.1016/j.stress.2024.100646.
  21. Zhao, L., Wang, W., Fu, X., Liu, A., Cao, J., & Liu, J. (2022a). Graphene oxide, a novel nanomaterial as soil water retention agent, dramatically enhances drought stress tolerance in soybean plants. Frontiers in Plant Science, 13, article number 810905. doi: 10.3389/fpls.2022.810905.
  22. Zhao, S., Wang, W., Chen, X., Gao, Y., Wu, X., Ding, M., & Duo, L. (2023). Graphene oxide affected root growth, anatomy, and nutrient uptake in alfalfa. Ecotoxicology and Environmental Safety, 250, article number 114483. doi: 10.1016/j.ecoenv.2022.114483.
  23. Zhao, S., Zhu, X., Mou, M., Wang, Z., & Duo, L. (2022b). Assessment of graphene oxide toxicity on the growth and nutrient levels of white clover (Trifolium repens L.). Ecotoxicology and Environmental Safety, 234, article number 113399. doi: 10.1016/j.ecoenv.2022.113399.