فعالیت آنزیم‌های آنتی اکسیدان و متابولیسم بی‌هوازی در ریشه سه لاین امیدبخش گندم تحت تنش غرقابی

مجله علمی- پژوهشی اکوفیزیولوژی گیاهی

مقاله 12، دوره 12، شماره 42، مهر 1399، صفحه 147-161   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

فرشته علیزاده واسکسی¹؛ همت اله پیردشتی^{* 2}؛ علی چراتی آرایی³؛ سارا سعادتمند¹

¹گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

²گروه زراعت، پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

³مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی مازندران، ایران

چکیده

تنش غرقابی اثرات منفی بر رشد و عملکرد گیاه گندم دارد که شناخت مکانیسم دفاعی گیاه در مقابل غرقابی می‌تواند ارزشمند باشد. به منظور بررسی واکنش سه ژنوتیپ گندم به سطوح مختلف تنش غرقابی، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی با پنج تکرار در ایستگاه تحقیقات زراعی قراخیل قائمشهر اجرا شد. در این تحقیق تاثیر تنش غرقابی (صفر، 7، 14 و 21 روز) در دو مرحله پنجه‌زنی (ZG21) و رشد طولی ساقه (ZG31) بر رشد، کلروفیل کل، محتوای پرولین، مالون دی آلدئید و پراکسید هیدروژن، فعالیت آنزیم‌های آنتی اکسیدان و آنزیم‌های مسیر متابولیسم بی‌هوازی ریشه سه ژنوتیپ گندم (N-93-19، N-93-9 و N-92-9) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان داد که تنش غرقابی در هر دو مرحله رشدی باعث کاهش رنگیزه‌های فتوسنتزی و رشد هر سه ژنوتیپ شد با این حال بیشترین میزان وزن خشک اندام هوایی و ریشه و محتوای کلروفیل کل در ژنوتیپ N-92-9 مشاهده شد. تشدید تنش غرقابی باعث افزایش محتوای پرولین، مالون دی آلدئید، پراکسید هیدروژن، فعالیت سوپراکسید دیسموتاز، کاتالاز، الکل دهیدروژناز و لاکتات دهیدروژناز و کاهش فعالیت پراکسیداز ریشه ژنوتیپ‌ها در هر دو مرحله رشد نسبت به گیاه شاهد شد. براساس نتایج این آزمایش، ژنوتیپ N-92-9 پاسخ بهتری نسبت به بقیه ژنوتیپ‌ها در صفت‌های مورد بررسی شده تحت تنش غرقابی نشان داد و به عنوان ژنوتیپ متحمل به غرقابی معرفی گردید.

کلیدواژه‌ها

آنزیم آنتی اکسیدان؛ الکل دهیدروژناز؛ تنش اکسیداتیو؛ پرولین؛ لاکتات دهیدروژناز

مراجع

Aebi, H., 1984. Catalase in vitro. Methods in Enzymology. 105: 121–126

Arbona, V., Z. Hossain, M. F. Lopez-Climent, R. M. Perez-Clemente and A. Gomez-Cadenas. 2008. Antioxidant enzymatic activity is linked to waterlogging stress tolerance in citrus. Physiol. Plant. 132: 452–466.

Arnon, D. I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts polyphenol oxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol. 24: 1–15

Bailey-Serres, J. and L. A. C. J. Voesenek. 2008. Flooding stress: Acclimations and genetic diversity. Annu. Rev. Plant Biol. 59: 313–319.

Bakshandeh, A. 1989. Effect of waterlogging at early stage of crop development on the growth of wheat (Triticumaestivum L.). MSc dissertation. Uni Reading. U.K.

Bates, L.S., R. P. Waldren and I. D. Teare. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil 39: 205–207.

Biemelt, S., U. Keetman, H. P. Mock and Grimm, B. 2000. Expression and activity of isoenzymes of superoxide dismutase in wheat roots in response to hypoxia and anoxia. Plant Cell Environ. 23: 135–144.

Blokhina, O. B., K. V. Fagerstedt, and T. V. Chirkova. 1999. Relationships between lipid peroxidation and anoxia tolerance in a range of species during post-anoxic reaeration. Physiol. Plant. 105: 625–632.

Bradford, K. J., J. J. Steiner and S. T. Trawatha. 1990. Seed priming influence and emergence of pepper seed lots. Crop Sci. 30: 718–721.

Colmer, T. D. and L. A. C. J. Voesenek. 2009. Flooding tolerance: Suites of plant traits in variable environments. Funct. Plant Biol. 36: 665–681.

Drew, M. C. 1997. Oxygen deficiency and root metabolism: Injury and acclimation under hypoxia and anoxia. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 48: 223–250.

Duan, H., Y. Ma, R. Liu, Q. Li, Y. Yang and J. Song. 2018. Effect of combined waterlogging and salinity stresses on euhalophyte Suaeda glauca. Plant Physiol. Biochem. 127: 231–237.

Ghorbani, A., S. M. Razavi, V. O. Ghasemi Omran and H. Pirdashti. 2018a. Piriformospora indica alleviates salinity by boosting redox poise and antioxidative potential of tomato. Russ. J. Plant Physiol. 65 (6): 898–907

Ghorbani, A., S. M. Razavi, V. O. Ghasemi Omran and H. Pirdashti. 2018b. Piriformospora indica inoculation alleviates the adverse effect of NaCl stress on growth, gas exchange and chlorophyll fluorescence in tomato (Solanumlycopersicum L.). Plant Biol. 20(4): 729–736.

Ghorbani, A., F. Zarinkamar and A. Fallah. 2009. The effect of cold stress on the morphologic and physiologic characters of two rice varieties in seedling stage. J. Crop Breed. 1(3): 50–66

Giannopolities, C. N. and S. K. Ries. 1977. Superoxide dismutase. I. Occurrence in higher plants. Plant Physiol. 59: 309–314.

Gossett, D. R., E. P. Millhollon and M. C. Lucas. 1994. Antioxidant response to NaCl stress in salt-tolerant and salt-sensitive cultivars of cotton. Crop Sci. 34: 706–714.

Hanson, A. D., and J. V. Jacobsen. 1984. Control of lactate dehydrogenase, lactate glycolysis, and α-amilase by O₂ deficit in barley aleurone layers. Plant Physiol. 75: 566–572.

Hanson, A. D., J. V. Jacobsen and J. A. Zwar. 1984. Regulated expression of three alcohol dehydrogenase genes in barley aleurone layers. Plant Physiol. 75: 573–581.

Heath, R. L. and L. Packer. 1968. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: II. Role of electron transfer. Arch. Biochem. Biophys. 125: 850–857.

Hemeda, H. M. and B. P. Klein. 1990. Effects of naturally occurring antioxidants on peroxidase activity of vegetable extracts. J. Food Sci. 55: 184–185.

Herzog, M., G. G. Striker, T. D. Colmer and O. Pedersen. 2016. Mechanisms of waterlogging tolerance in wheat--a review of root and shoot physiology. Plant Cell Environ. 39(5): 1068–86.

Ismond, K. P., R. Dolferus, M. De Pauw, E. S. Dennis and A. G. Good. 2003. Enhanced low oxygen survival in Arabidopsis through increased metabolic flux in the fermentative pathway. Plant Physiol. 132: 1292–302.

Jain, V., N. K. Singla, S. Jain, and G. Kaushalya. 2010. Activities of enzymes of fermentation pathways in the leaves and roots of contrasting cultivars of sorghum (Sorghumbicolor L.) during flooding. Physiol. Mol. Biol. Plants 16:241–247.

Katashi, K., S. Yumi, K. Hiroyuki and O. Atsushi. 2007. Specific variation in shoot growth and root traits under waterlogging conditions of the seedlings of tribe triticeae including Mizutakamoji (Agropyronhumidum). Plant Prod. Sci. 10: 91–98.

Kato, H. 2000. Abscisic acid and hypoxic induction of anoxia tolerance in roots of lettuce seedlings. J. Exp. Bot. 51: 1939–1944.

Kato-Noguchi, H. and M. Morokuma. 2007. Ethanolic fermentation and anoxia tolerance in four rice cultivars. J. Plant Physiol. 164: 168–173.

Li, C., D. Jiang, B. Wollenweber, Y. Li, T. Dai, W. Cao. 2011. Waterlogging pretreatment during vegetative growth improves tolerance to waterlogging after anthesis in wheat. Plant Sci. 180: 672–678

Marashi, S. and G. Chinchanikar. 2012. Evaluation of growth parameters of wheat under waterlogging conditions. Crop Physiol. J. 3(12): 29–39.

Meloni, D.A., M.O. Oliva,C.A. Martinez and J. Cambraia. 2003. Photosynthesis and activity of superoxide dismutase, peroxidase and glutathione reductase in cotton under salt stress. Environ. Exp. Bot. 49: 69–76.

Mittler, R. 2002. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends Plant Sci. 7:405–410.

Olgun, M., A.M. Kumlay, M.C. Adiguzel and A. Caglar. 2008. The effect of waterlogging in wheat (T.aestivum L.). Acta Agric. Scand. B 58(3): 193-198.

Pang, J., M. Zhou, N. Mendham, and S. Shabala. 2004. Growth and physiological responses of six barley genotypes to waterlogging and subsequent recovery. Austra. J. Agric. Res. 55(8): 895–906.

Richard, B., S. Aschi-Smiti, I. Gharbi and R. Brouquisse. 2006. Cellular and molecular mechanism of plant tolerance to waterlogging, p. 177–208. In: B. Huang (ed.). Plant-environment interaction. CRC Press, Boca Raton, FL.

Roberts, J.K.M., K. Chang, C. Webster, J. Callis and V. Walbot. 1989. Dependence of ethanolic fermentation, cytoplasmic pH regulation, and viability on the activity of alcohol dehydrogenase in hypoxic maize root tips. Plant Physiol. 89: 1275–1278.

Sayre, K.D., M. Van Ginkel, S. Rajaram andI. Ortiz-Monasterio.1994. Tolerance to waterlogging losses in spring bread wheat: effect of time of onset on expression. Annu. Wheat Newsl. 40: 165–171.

Sharma, D.P. and A.Swarup. 1988. Effects of short-term flooding on growth yield mineral composition of wheat on sodic soil under field conditions. Plant Soil 107: 137-143.

Smethurst, C. F. andS. Shabala.2003. Screening methods for waterlogging tolerance in lucerne: comparative analysis of waterlogging effects on chlorophyll fluorescence, photosynthesis, biomass and chlorophyll content. Funct. Plant Biol. 30: 335-343.

Tan, S., M. Zhu and Q. Zhang. 2010. Physiological responses of bermudagrass (Cynodondactylon) to submergence. Acta Physiol. Plant. 32:133–140.

Ushimaru, T., Y.Maki, S. Sano,K.Koshiba, K. Asada andH.Tsuji. 1997. Induction of enzymes involved in the ascorbate-dependent antioxidative system, namely ascorbate peroxidase, mono dehydroascorbate reductase and dehydroascorbate reductase, after exposure to air of rice (Oryzasativa) seedlings germinated under water. Plant Cell Physiol. 38: 541-549.

Velikova, V., I. Yordanov and A. Edreva. 2000. Oxidative stress and some antioxidant systems in acid rain-treated bean plants. Plant Sci. 151: 59–66.

Videmšek, U., B. Turk andD.Vodnik. 2006. Root aerenchyma–formation and function. Acta Agric. Slov. 87: 445-453.

Wang, K. and Y. Jiang. 2007. Waterlogging tolerance of Kentucky bluegrass cultivars. HortScience 42:386–390.

Wei, W., D. Li, L. Wang, X. Ding, Y. Zhang, Y. Gao and X. Zhang. 2013. Morpho-anatomical and physiological responses to waterlogging of sesame (Sesamumindicum L.). Plant Sci. 208:102–111.

Yin, D., S. Chen, F. Chen, Z. Guan and W. Fang. 2009. Morphological and physiological responses of two chrysanthemum cultivars differing in their tolerance to waterlogging. Environ. Exp. Bot. 67:87–93.

Yin, D., S. Chen, F. Chen, Z. Guan and W. Fang. 2010. Morpho-anatomical and physiological responses of two Dendranthema species to waterlogging. Environ. Exp. Bot. 68: 122–130.