Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phản ứng sinh hóa của rễ lúa trước stress lạnh
Tóm tắt
Stress lạnh là yếu tố chính làm giảm năng suất lúa ở các vùng cận nhiệt đới, đặc biệt là ở giai đoạn cây con. Hầu hết các nghiên cứu hiện tại về stress lạnh tập trung vào phản ứng của phần thân cây lúa với stress lạnh. Các nghiên cứu về phản ứng của rễ lúa với stress lạnh còn hạn chế. Nghiên cứu này nhằm minh họa các phản ứng sinh hóa của rễ lúa dưới điều kiện lạnh, từ đó thiết lập các đặc điểm sinh hóa liên quan đến stress lạnh phục vụ cho việc chọn giống lúa hoặc điều chỉnh canh tác. Kết quả của chúng tôi cho thấy sự phát triển của cây lúa con bị suy giảm khi gặp stress lạnh, với mức độ khác nhau giữa tám giống lúa sản lượng cao nhất ở Đài Loan. Dưới điều kiện lạnh, các giống thử nghiệm có tỷ lệ phát triển cao hơn có mức hydrogen peroxide (H2O2) cao hơn ở thân nhưng có mức thấp hơn ở rễ. Ngược lại, các giống có tỷ lệ phát triển thấp lại có mức H2O2 cao hơn ở rễ nhưng thấp hơn ở thân. Đồng thời, hàm lượng MDA cao hơn và sự rò rỉ điện giải liên quan đến tổn thương tế bào cũng được tìm thấy ở rễ chứ không phải ở thân, cho thấy stress lạnh có thể gây ra stress oxy hóa ở rễ chứ không phải ở thân. Hơn nữa, phân tích hoạt động của bốn enzym chống oxy hóa, bao gồm superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbic peroxidase (APX), và glutathione reductase (GR), cho thấy stress lạnh có thể làm tăng hoạt tính SOD và CAT ở rễ. Tóm lại, hàm lượng H2O2 và MDA thấp cùng với hoạt tính SOD và CAT thấp ở rễ lúa có thể là những dấu hiệu sinh hóa của phản ứng với stress lạnh ở cây lúa con. Các kết quả này hy vọng sẽ góp phần vào việc chọn giống lúa hoặc điều chỉnh canh tác để tăng khả năng chịu lạnh.
Từ khóa
#stress lạnh #rễ lúa #phản ứng sinh hóa #giống lúa #khả năng chịu lạnhTài liệu tham khảo
Aghaee A, Moradi F, Zare-Maivan H, Zarinkamar F, Pour Irandoost H, Sharifi P (2011) Physiological responses of two rice (Oryza sativa L.) genotypes to chilling stress at the seedling stage. Afr J Biotechnol 10:7617–7621
Baruah AR, Ishigo-Oka N, Adachi M, Oguma Y, Tokizono Y, Onishi K, Sano Y (2009) Cold tolerance at the early growth stage in wild and cultivated rice. Euphytica 165:459–470
Bhattacharjee S (2013) Heat and chilling induced disruption of redox homeostasis and its regulation by hydrogen peroxide in germinating rice seeds (Oryza sativa L., Cultivar Ratna). Physiol Mol Biol Plants 19:199–207
Blum A, Ebercon A (1981) Cell membrane stability as a measure of drought and heat tolerance in wheat. Crop Sci 21:43–47
Bonnecarrère V, Borsani O, Díaz P, Capdevielle F, Blanco P, Monza J (2011) Response to photoxidative stress induced by cold in japonica rice is genotype dependent. Plant Sci 180(3):726–732
Bradford MM (1976) Rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biol 72:248–254
Burton RA, Gidley MJ, Fincher GB (2010) Heterogeneity in the chemistry, structure, and function of plant cell walls. Nat Chem Biol 6:724–732
Chao YY, Hong CY, Kao CH (2010) The decline in ascorbic acid content is associated with cadmium toxicity of rice seedlings. Plant Physiol Biochem 48:374–381
Cho SC, Chao YY, Hong CY, Kao CH (2012) The role of hydrogen peroxide in cadmium inhibited root growth of rice seedlings. Plant Growth Regul 66:27–35
Chou TS, Chao YY, Kao CH (2012) Involvement of hydrogen peroxide in heat shock- and cadmium-induced expression of ascorbate peroxidase and glutathione reductase in leaves of rice seedlings. J Plant Physiol 169:478–486
Conklin PL, Barth C (2004) Ascorbic acid, a familiar small molecule intertwined in the response of plants to ozone, pathogens, and the onset of senescence. Plant Cell Environ 27:959–970
Dashtmian PF, Hosseini MK, Esfahani M (2014) Alleviating harmful effects of chilling stress on rice seedling via application of spermidine as seed priming factor. Afr J Agric Res 9:1412–1418
Diaz-Vivancos P, Faize M, Barba-Espin G, Faize L, Petri C, Hernández JA, Burgos L (2013) Ectopic expression of cytosolic superoxide dismutase and ascorbate peroxidase leads to salt stress tolerance in transgenic plums. Plant Biotechnol J 11:976–985
Faize M, Burgos L, Faize L, Piqueras A, Nicolas E, Barba-Espin G, Clemente-Moreno MJ, Alcobendas R, Artlip T, Hernandez JA (2011) Involvement of cytosolic ascorbate peroxidase and Cu/Zn-superoxide dismutase for improved tolerance against drought stress. J Exp Bot 62:2599–2613
Foster JG, Hess JL (1980) Superoxide dismutase and glutathione reductase activities in cotton leaf tissue exposed to an atmosphere enriched in oxygen. Plant Physiol 66:482–487
Fry SC (1986) Cross-linking of matrix polymers in the growing cells of angiosperms. Annu Rev Plant Physiol 37:165–186
Health RL, Packer L (1968) Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch Biochem Biophys 125:189–198
Hsu YT, Kao CH (2004) Cadmium toxicity is reduced by nitric oxide in rice leaves. Plant Growth Regul 42:227–238
Hsu YT, Kao CH (2007) Toxicity in leaves of rice exposed to cadmium is due to hydrogen peroxide accumulation. Plant Soil 298:231–241
Hung KT, Cheng DG, Hsu YT, Kao CH (2008) Abscisic acid-induced hydrogen peroxide is required for anthocyanin accumulation in leaves of rice seedlings. J Plant Physiol 165:1280–1287
Jana S, Choudhuri MA (1982) Glycolate metabolism of three submerged aquatic angiosperms during aging. Aquat Bot 12:345–354
Kato M, Shimizu S (1985) Chlorophyll metabolism in higher plants VI. Involvement of peroxidase in chlorophyll degradation. Plant Cell Physiol 26:1291–1301
Knox JP (2008) Revealing the structural and functional diversity of plant cell walls. Curr Opin Plant Biol 11:308–313
Kuk YI, Shin JS, Burgos NR, Hwang TE, Han O, Cho BH, Jung S, Guh JO (2003) Antioxidative enzymes offer protection from chilling damage in rice plants. Crop Sci 43:2109–2117
Lin CC, Kao CH (1999) NaCl induced changes in ionically bound peroxidase activity in roots of rice seedlings. Plant Soil 216:147–155
Lin CC, Kao CH (2001a) Cell wall peroxidase activity, hydrogen peroxide level and NaCl-inhibited root growth of rice seedlings. Plant Soil 230:135–143
Lin CC, Kao CH (2001b) Abscisic acid-induced changes in cell wall peroxidase activity and hydrogen peroxide level in roots of rice seedlings. Plant Sci 160:323–329
Lin J, Zoyu Y, Cao K, Ma C, Chen Z (2016) The impact of heterologous catalase expression and superoxide dismutase overexpression on enhancing the oxidative resistance in Lactobacillus casei. J Ind Microbiol Biotechnol 43(5):703–711
Liu X, Zhang Z, Shuai J, Wang P, Shi W, Tao F, Chen Y (2013) Impact of chilling injury and global warming on rice yield in Heilongjiang Province. J Geogr Sci 23:85–97
Morsy MR, Jouve L, Hausman J, Hoffmann L, Stewart JM (2006) Alteration of oxidative and carbohydrate metabolism under abiotic stress in two rice (Oryza sativa L.) genotypes contrasting in chilling tolerance. J Plant Physiol 162:157–167
Nakano Y, Asada K (1981) Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiol 22:867–880
Neilson KA, Scafaro AP, Chick JM, George IS, Sluyter SCV, Gygi SP, Atewell BJ, Haynes PA (2013) The influence of signals from chilled roots on the proteome of shoot tissues in rice seedlings. Proteomics 13:1922–1933
Paoletti F, Aldinucci D, Mocali A, Caparrini A (1986) A sensitive spectrophotometric method for the determination of superoxide dismutase activity in tissue extracts. Anal Biochem 153:36–541
Sampathkumar A, Yan A, Krupinski P, Meyerowitz EM (2014) Physical forces regulate plant development and morphogenesis. Curr Biol 24:R475–R483
Schachtman DP, Shin R (2007) Nutrient sensing and signaling: NPKS. Annu Rev Plant Biol 58:47–69
Setter TL, Greenway H (1988) Growth reductions of rice at low root temperature decreases in nutrient uptake and development of chlorosis. J Exp Bot 39:811–819
Shin R, Schachtman DP (2004) Hydrogen peroxide mediates plant root cell response to nutrient deprivation. Proc Natl Acad Sci USA 101:8827–8832
Shin R, Berg RH, Schachtman DP (2005) Reactive oxygen species and root hairs in Arabidopsis root response to nitrogen, phosphorus and potassium deficiency. Plant Cell Physiol 46:1350–1357
Solomon S, Qin D, Manning M, Marquis M, Averyt K, Tignor MMB, Miller HL, Cheng Z (2007) Climate change 2007: the physical science basis. Contribution of working group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge University Press, New York
Wintermans IFGM, De Mots A (1965) Spectrophotometric characteristics of chlorophylls a and b and their pheophytins in ethanol. Biochem Biophys Acta 109:448–453
Yan SP, Zhang QY, Tang ZC, Su WA (2006) Comparative proteomic analysis provides new insights into chilling stress responses in rice. Mol Cell Proteom 5:484–496
Zhang C, Liu J, Zhang Y, Cai X, Gong P, Zhang J, Wang T, Li H, Ye Z (2010) Overexpression of SlGMEs leads to ascorbate accumulation with enhanced oxidative stress, cold, and salt tolerance in tomato. Plant Cell Rep 30:389–398