Photosynthetic pigments and some biometric parameters of the leaves of Isatis tinctoria L.

Isatis tinctoria L. (woad) is cultivated in China as a medicinal plant, and its leaves and roots are included in the Pharmacopoeia of the China. Carotenoids ensure a protective function by scattering light flux, absorbing in the blue-green spectrum, and are healthful for humans. The dynamics of leaf weight, leaf growth, and photosynthetic pigments throughout the entire life cycle reveal the biological characteristics of woad cultivation and are therefore of interest. The aim of this study is to investigate the characteristics of certain biometric parametres, as well as the content of chlorophylls a and b, and carotenoids in woad leaves in the first and second years of life in two cultivar populations (China and Russia) and the Ariana variety. At the rosette stage at the end of the growing season, the studied variants differed in leaf weight: in the series Ariana > Russia > China, leaf weight gradually decreased (2.3 ÷ 1.4 g). During budding and flowering, leaf weight varied in the order RF > Ariana > PRC, and the studied populations/variety in this set of varied in leaf length within the range of 6.3–8.2 cm. The amount of photosynthetic pigments in the rosette leaves of the Ariana cultivar is 1.37 times higher than in the stem leaves. A different dynamic is observed among cultivar populations: the amount of photosynthetic pigments is higher in the stem leaves than in the rosette leaves by 9.7–32.9%.

1. Абушева Х.Ш. Изменение содержания хлорофилла в листьях у гексаплоидных видов и сортов пшеницы под действием стресса // Развитие научного наследия Н.И. Вавилова по генетическим ресурсам его последователями : Всероссийская научнопрактическая конференция с международным участием посвященная 80-летию Куркиева Уллубия Киштилиевича: материалы докладов, сообщений, Дербент, 26-29 июня 2017 года / Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, Дагестанская опытная станция – филиал ВИР, Дагестанский государственный аграрный университет им. М.М. Джамбулатова. – Дербент: ИП Овчинников Михаил Артурович (Типография Алеф), 2017. – С. 329-332. EDN ZBENBP.

2. Адрианова Ю.Е. Хлорофилл и продуктивность растений. – М.: Наука, 2000. – 135 с.

3. Государственная фармакопея Российской Федерации. XIV издание. Т.4 / Москва, 2018. – 1832 с. – [Электронный ресурс] – URL: https://pharmacopoeia.regmed.ru/pharmacopoeia/izdanie-14/1/1-2/1-2-1/1-2-1-1/fotokolorimetriya/ (дата обращения 30.04.2025.)

4. Дымова О.В. Фотосинтетические пигменты: функционирование, экология, биологическая активность // Известия Уфимского научного центра РАН. – 2018. – № 34. – С. 5-16. EDN YLJUKT.

5. Кравченко И.В., Самойленко З.А., Макарова Т.А., Гулакова Н.М., Мулюкин М.А. Количественное содержание пигментов фотосинтеза и флавоноидных соединений в растительных образцах орегано и зверобоя продырявленного, выращенных с помощью гидропонного метода // Проблемы региональной экологии. – 2021. – №. 5. – с. 5-11.

6. Ничипорович А.А. Теория фотосинтетической продуктивности растений // Итоги науки и техники. Сер. Физиол. Теоретические основы повышения продуктивности растений. – 1977. – Т 3. – С.11-54.

7. Прахова Т.Я. Новый сорт вайды красильной // Кормопроизводство. – 2022. – № 3. – С. 26-30. EDN UMBBWJ.

8. Тютерева Е.В. К вопросу о роли хлорофилла b в онтогенетических адаптациях растений // Успехи современной биологии. – 2014. – Т. 134, № 3. – С. 249-256.

9. Лиховидова В.А., Ионова Е.В., Газе В.Л., Марченко Д.М. Засухоустойчивость образцов озимой мягкой пшеницы в начальную фазу органогенеза и изменение площади листьев и содержания хлорофилла растений в условиях водного стресса // Зерновое хозяйство России. – 2018. – № 5(59). – С. 29-31. DOI: 10.31367/2079-87252018-59-5-29-31. EDN VLMSWK.

10. Цицилин А.Н. Вайда красильная (Isatis tinctoria L.) – перспективное лекарственное растение // Агробиотехнология-2021: Сборник статей Международной научной конференции, Москва, 24-25 ноября 2021 года. – Москва: Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева, 2021. – С. 625629. EDN RBJSCG.

11. Koirala M., Cristine Goncalves Dos Santos K., Gélinas S.E., et al. Auxin and light-mediated regulation of growth, morphogenesis, and alkaloid biosynthesis in Crinum x powellii ‘Album’ callus / // Phytochemistry. – 2023. – Vol. 216. – P. 113883. DOI: 10.1016/j.phytochem.2023.113883. EDN WZFRKC.

12. Panfyorova T.V., Puhalsky Y.V., Vorobyov N.I., et al. Changing the balance of nutrients and the content of total chlorophyll in the leaves-feathers of onions (Allium cepa L.), grown hydroponically on water various of physical structures with the use of the biopreparation "Agrofil" // Вторая Международная научная конференция PLAMIC2020 "Растения и микроорганизмы: биотехнология будущего", 05-09 октября 2020 года. – P. 191. EDN VEOZVS.

13. Groher T., Röhlen-Schmittgen S., Fiebig A., Noga G. Influence of supplementary LED lighting on physiological and biochemical parameters of tomato (Solanum lycopersicum L.) leaves // Scientia Horticulturae. – 2019. – Vol. 250, No.10 – P. 154-158.

14. Gholizadeh F., Darkó É., Benczúr K., et al. Mauricio Hunsche Growth light substantially affects both primary and secondary metabolic processes in Catharanthus roseus plants // Photosynthetica. – 2023. – Vol. 61. – P. 451-460. DOI: 10.32615/ps.2023.037. EDN UMYMU.

15. Li Q., Xu J., Yang L., et al. LED Light Quality Affect Growth, Alkaloids Contents, and Expressions of Amaryllidaceae Alkaloids Biosynthetic Pathway Genes in Lycoris longituba // Journal of Plant Growth Regulation. – 2021. DOI: 10.1007/s00344-021-10298-2. – EDN DCHRQA.

16. Mon Monaco T.A., Johnson D.A., Creech J.E. "Morphological and physiological responses of the invasive weed Isatis tinctoria to contrasting light, soil‐nitrogen and water." Weed Research. – 2005. – Vol. 45. – P. 460-466.

17. Moncalvillo B, Méndez M, Iriondo JM. Ecotypic differentiation reveals seed colour-related alkaloid content in a crop wild relative. Plant Biol (Stuttg). – 2019. – Vol. 21(5). – P. 942-950.

18. Speranza J, Miceli N, Taviano MF, Ragusa S, Kwiecień I, Szopa A, Ekiert H. Isatis tinctoria L. (Woad): A Review of its Botany, Ethnobotanical Uses, Phytochemistry, Biological Activities, and Biotechnological Studies. Plants (Basel). – 2020. – P. 298.

19. Haghighi T.M., Saharkhiz M.Ja., Ramezanian A., Zarei M. The use of silicon and mycorrhizal fungi to mitigate changes in licorice leaf micromorphology, chlorophyll fluorescence, and rutin content under water-deficit conditions // Plant Physiology and Biochemistry. – 2023. – Vol. 197. – P. 107662. DOI: 10.1016/j.plaphy.2023.107662. EDN VJIQML.

20. Zhou P. et al. Increase in the active ingredients of traditional Chinese medicine Isatis indigotica through iron nanoparticles supplementation versus carbon nanotubes: a comparative study //Environmental Science: Nano. – 2022. – Vol. 9. – №. 8. – P. 2966-2978.