Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Axit abscisic giúp gia tăng khả năng chịu nhiệt ở cây giống đậu garbanzos (Cicer arietinum L.) thông qua việc tăng cường tích tụ các chất bảo vệ osmo
Tóm tắt
Sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu dần dần đang là một mối quan ngại lớn đối với sự phát triển và tăng trưởng của cây trồng. Đậu garbanzos (Cicer arietinum L.) là một loại cây nhạy cảm với nhiệt và do đó bị tổn thương ở các giai đoạn sinh trưởng và sinh sản. Axit abscisic (ABA), một hormone liên quan đến stress, được báo cáo là có khả năng chịu nhiệt, nhưng cơ chế của nó chưa được biết rõ, đặc biệt là việc nó có liên quan đến các osmolite (như prolin, glycine betaine và trehalose) trong hoạt động của nó hay không. Các osmolite cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cây khỏi các tác động có hại của stress nhiệt theo nhiều cơ chế khác nhau. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã khảo sát các hiệu ứng tương tác của ABA và các osmolite trong các cây đậu garbanzos được trồng thủy canh ở các nhiệt độ khác nhau 30/25°C (đối chứng), 35/30, 40/35 và 45/40°C (theo chế độ ngày/đêm (12 h/12 h)): (a) trong sự vắng mặt của ABA; (b) có ABA; và (c) trong sự hiện diện của chất ức chế sinh tổng hợp của nó là fluridone (FLU). Kết quả cho thấy sự ức chế tăng trưởng nghiêm trọng ở 45/40°C đi kèm với sự giảm mạnh nồng độ ABA nội sinh và các osmolite so với các cây không bị stress, gợi ý một mối quan hệ có thể có giữa chúng. Việc áp dụng ngoại sinh ABA (2.5 μM) đã làm giảm đáng kể sự phát triển của cây con ở 40/35 và 45/40°C, trong khi việc áp dụng FLU làm tăng cường sự ức chế. Sự gia tăng tăng trưởng nhờ ABA ở nhiệt độ căng thẳng liên quan đến việc nâng cao nồng độ nội sinh của ABA và osmolite, trong khi điều này bị ức chế bởi FLU. Các cây được xử lý bằng ABA gặp phải thiệt hại oxy hóa ít hơn nhiều, được đo bằng mức độ malondialdehyde và hydrogen peroxide. Việc áp dụng ngoại sinh prolin, glycine betaine và trehalose (10 μM) cũng thúc đẩy sự phát triển ở các cây bị stress nhiệt và tác động của chúng không bị ảnh hưởng đáng kể bởi việc áp dụng FLU, cho thấy rằng các osmolite này hoạt động ở phía hạ lưu của ABA, một phần môi giới tác dụng bảo vệ của hormone này.
Từ khóa
#abiotic stress #chickpea #abscisic acid #osmoprotectants #heat toleranceTài liệu tham khảo
Abass M, Rajashekar CB (1993) Abscisic acid accumulation in leaves and cultured cells during heat acclimation in grapes. HortSci 28:50–52
Allakhverdiev SI, Los DA, Mohanty P, Nishiyama Y, Murata N (2007) Glycinebetaine alleviates the inhibitory effect of moderate heat stress on the repair of photosystem II during photoinhibition. Biochim Biophys Acta 1767:1363–1371
Almeselmani M, Deshmukh PS, Sairam RK (2009) High temperature stress tolerance in wheat genotypes: role of antioxidant defence enzymes. Acta Agron Hung 57:1–4
Arnon DI (1949) Copper enzyme in isolated chloroplasts: polyphenol oxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol 24:1–15
Bates LS, Woldren RP, Teare ID (1973) Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil 39:205–208
Brin M (1956) Transketolase: clinical aspects. Methods Enzymol 9:506–514
Camejo D, Torres W (2001) High temperature effect on tomato (Lycopersicon esculentum) pigment and protein content and cellular viability. Cultivos Trop 22:13–17
Chen THH, Murata N (2008) Glycinebetaine: an effective protectant against abiotic stress in plants. Trends Plant Sci 13:499–505
Coria NA, Sarquís JI, Peñalosa I, Urzúa M (1998) Heat-induced damage in potato (Solanum tuberosum) tubers: membrane stability, tissue viability, and accumulation of glycoalkaloids. J Agric Food Chem 46:4524–4528
Ding W, Song L, Wang X, Bi Y (2010) Effect of abscisic acid on heat stress tolerance in the calli from two ecotypes of Phragmites communis. Biol Plant 54:607–613
Fernandez O, Bethencourt L, Quero A, Sangwan RS, Clement C (2010) Trehalose and plant stress responses: friend or foe? Trends Plant Sci 15:409–417
Gao XP, Pan QH, Li MJ, Zhang LY, Wang XF, Shen YY, Lu YF, Chen SW, Liang Z, Zhang DP (2004) Abscisic acid is involved in the water stress-induced betaine accumulation in pear leaves. Plant Cell Physiol 45:742–750
Gong M, Li YJ, Chen SZ (1998) Abscisic acid-induced thermotolerance in maize seedlings is mediated by calcium and associated with antioxidant systems. J Plant Physiol 153:488–496
Grieve CM, Grattan SR (1983) Rapid assay for determination of water soluble quaternary ammonium compounds. Plant Soil 70:303–307
Guo YP, Zhou HF, Zhang LC (2006) Photosynthetic characteristics and protective mechanisms against photooxidation during high temperature stress in two citrus species. Sci Hort 108:260–267
Halford NG (2009) New insights on the effects of heat stress on crops. J Exp Bot 60:4215–4216
Heath RL, Packer L (1968) Photoperoxidation in isolated chloroplast. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch Biochem Biophys 125:189–198
Howarth C (1989) Heat shock proteins in Sorghum bicolor and Pennisetum americanum: genotypic and developmental variation during seed germination. Plant Cell Environ 1:360–366
Kaplan F, Kopka J, Haskell DW, Zhao W, Cameron Schiller K, Gatzke N, Sung DY, Guy CL (2004) Exploring the temperature-stress metabolome of Arabidopsis. Plant Physiol 136:4159–4168
Karim MA, Fracheboud Y, Stamp P (2000) Effect of high temperature on seedling growth and photosynthesis of tropical maize genotypes. J Agron Crop Sci 184:217–223
Kaushal N, Gupta K, Bhandhari K, Kumar S, Thakur P, Nayyar H (2011) Proline induces heat tolerance in chickpea (Cicer arietinum L.) plants by protecting vital enzymes of carbon and antioxidative metabolism. Physiol Mol Biol Plants 17:203–213
Kumar S, Kaur G, Nayyar H (2008) Exogenous application of abscisic acid improves cold tolerance in chickpea (Cicer arietinum L.). J Agron Crop Sci 194:449–456
Kumar S, Kaur R, Kaur N, Bhandhari K, Kaushal N, Gupta K, Bains TS, Nayyar H (2011) Heat-stress induced inhibition in growth and chlorosis in mungbean (Phaseolus aureus Roxb.) is partly mitigated by ascorbic acid application and is related to reduction in oxidative stress. Acta Physiol Plant 33:2091–2101
Larkindale J, Knight MR (2002) Protection against heat stress-induced oxidative damage in Arabidopsis involves calcium, abscisic acid, ethylene, and salicylic acid. Plant Physiol 128:682–695
Li S, Li F, Wang J, Zhang W, Meng Q, Chen THH, Murata N, Yang X (2011) Glycinebetaine enhances the tolerance of tomato plants to high temperature during germination of seeds and growth of seedlings. Plant Cell Environ 34:1931–1943
Liu X, Huang B (2000) Heat stress injury in relation to membrane lipid peroxidation in creeping bentgrass. Crop Sci 40:503–510
Luo Y, Li F, Wang GP, Yang XH, Wang W (2010) Exogenously-supplied trehalose protects thylakoid membranes of winter wheat from heat-induced damage. Biol Plant 54:495–501
Maestri E, Klueva N, Perrotta C, Gulli M, Nguyen T, Marmiroli N (2002) Molecular genetics of heat tolerance and heat shock proteins in cereals. J Plant Mol Biol 48:667–681
Mongrand S, Hare PD, Chua NH (2003) Abscisic Acid. Encyclopedia of hormones. Elsevier, London, pp 1–10
Mukherjee SP, Choudhuri MA (1983) Implications of water stress induced changes in the levels of endogenous ascorbic acid and hydrogen peroxide in Vigna seedlings. Physiol Plant 58:166–170
Nayyar H (2003) Accumulation of osmolytes and osmotic adjustment in water-stressed wheat (Triticum aestivum) and maize (Zea mays) as affected by calcium and its antagonists. Environ Exp Bot 50:253–264
Nayyar H, Gupta D (2006) Differential sensitivity of C3 and C4 plants to water deficit stress: association with oxidative stress and antioxidants. Environ Exp Bot 58:106–113
Nayyar H, Walia DP (2003) Water stress induced proline accumulation in contrasting wheat genotypes as affected by calcium and abscisic acid. Biol Plant 46:275–279
Nayyar H, Bains T, Kumar S (2005) Low temperature induced floral abortion in chickpea: relationship to abscisic acid and cryoprotectants in reproductive organs. Environ Exp Bot 53:39–47
Pareek A, Singla SL, Grover A (1998) Proteins alterations associated with salinity, desiccation, high and low temperature stresses and abscisic acid application in seedlings of Pusa 169, a high-yielding rice (Oryza sativa L.) cultivar. Curr Sci 75:1023–1035
Premchandra GS, Sameoka H, Ogata S (1990) Cell osmotic membrane-stability, an indication of drought tolerance, as affected by applied nitrogen in soil. J Agric Res 115:63–66
Rojas A, Almoguera C, Jordano J (1999) Transcriptional activation of a heat shock gene promoter in sunflower embryos: synergism between ABI3 and heat shock factors. Plant J 20:601–610
Salvucci ME, Crafts-Brandner SJ (2004) Mechanism for deactivation of Rubisco under moderate heat stress. Physiol Plant 122:513–519
Shirasawa K, Takabe T, Takabe T, Kishitani S (2006) Accumulation of glycinebetaine in rice plants that overexpress choline monooxygenase from spinach and evaluation of their tolerance to abiotic stress. Ann Bot 98:565–571
Sohn SO, Back K (2007) Transgenic rice tolerant to high temperature with elevated contents of dienoic fatty acids. Biol Plant 51:340–342
Song SQ, Lei YB, Tian XR (2005) Proline metabolism and cross-tolerance to salinity and heat stress in germinating wheat seeds. Russ J Plant Physiol 52:793–800
Song L, Ding W, Shen J, Zhang Z, Bi Y, Zhang L (2008) Nitric oxide mediates abscisic acid induced thermotolerance in the calluses from two ecotypes of reed under heat stress. Plant Sci 175:826–832
Steponkus PL, Lanphear FO (1967) Refinement of the triphenyl tetrazolium chloride method of determining cold injury. Plant Physiol 42:1423–1426
Suzuki N, Mittler R (2006) Reactive oxygen species and temperature stresses: a delicate balance between signaling and destruction. Physiol Plant 126:45–51
Takahashi S, Whitney S, Itoh S, Maruyama T, Badger M (2008) Heat stress causes inhibition of the de novo synthesis of antenna proteins and photobleaching in cultured Symbiodinium. PNAS 105:4203–4208
Trevelyan WE, Harrison JS (1956) Studies on yeast metabolism. 1. The trehalose content of baker’s yeast during the anaerobic fermentation. Biochem J 62:177–183
Verbruggen N, Hermans C (2008) Proline accumulation in plants: a review. Amino Acids 35:753–759
Wahid A, Gelani S, Ashraf M, Foolad MR (2007) Heat tolerance in plants: an overview. Environ Exp Bot 61:199–223
Wang WC, Nguyen HT (1989) Thermal stress evaluation of suspension cell cultures in winter wheat. Plant Cell Rep 8:108–111
Wang Z, Mamabelli S, Setter TL (2002) Abscisic acid catabolism in maize kernels in response to water deficit at early endosperm development. Ann Bot 90:623–630
Wang J, Gan YT, Clarke F, McDonald CL (2006) Response of chickpea yield to high temperature stress during reproductive development. Crop Sci 46:2171–2178
Waterland NL, Finer JJ, Jones ML (2010) Abscisic acid applications decrease stomatal conductance and delay wilting in drought-stressed chrysanthemums. Hort Tech 20:896–901