Differential sensitivity of C3 and C4 plants to water deficit stress: Association with oxidative stress and antioxidants

توضیحات

ABSTRACT

The metabolic reasons associated with differential sensitivity of C3 and C4 plant species to water stress are  not well understood. In the present study, 15-day-old wheat (Triticum aestivum) and maize (Zea mays) plants, representatives of C3 and C4 plants, respectively, were subjected to mild (–0.4 MPa), moderate (–0.8 MPa) and high (–1.5 MPa) water stress levels induced by PEG-6000 for 7 days under controlled conditions. The roots and leaves of these plant species were evaluated for oxidative damage and antioxidants along with stress injury (as electrolyte leakage), water content and abscisic acid. While at mild stress, both the plant species did not vary significantly from each other for stress injury, moderate and high stress levels caused considerably more damage to wheat as compared to maize. This was accompanied by more loss of water and chlorophyll by wheat relative to maize at these stress levels. ABA content remained unaffected at mild stress level in both the plant species but showed significantly higher content in roots and leaves of maize than wheat at moderate and high stress levels. The oxidative damage in terms of malondialdehyde and H2O2  content was markedly higher in wheat as compared to maize at moderate and high stress levels. Relatively, maize had significantly higher content of non-enzymatic (ascorbic acid and glutathione) and enzymatic  antioxidants (ascorbate peroxidase, dehydroascorbate reductase and glutathione reductase, especially in its leaves). In contrast, wheat possessed more activity of catalase in its roots as well as leaves in comparison to maize. Superoxide dismutase activity showed little variation between the two plant species. Leaves of both the species experienced more damage than roots. These findings suggested that differential sensitivity of C3 and C4 plants to water stress appear to be partially governed by their ability to counter oxidative stress, pertinently involving ascorbic acid and glutathione .

INTRODUCTION

Water deficit stress has profound impact on ecological and agricultural systems (Rochefort and Woodward, 1992). The ecosystem function may be altered due to change in relative abundance of plant functional  groups (e.g., C3 versus C4) in natural systems (Epstein et al., 1998). Moreover, the production potential of crops having either C3 (e.g., wheat) or C4 (e.g., maize) is greatly reduced due to frequent droughts causing marked yield loss (Chaves and Perira ,1992).  The reactions of the plants to water stress differ significantly at various organizational levels depending upon intensity and duration of stress as well as plant species and its stage of development (Chaves et al., 2003).

چکیده

دلایل متابولیک مرتبط با حساسیت دیفرانسیلی گونه های گیاهی C3 و C4 به استرس آب به خوبی درک نمی شود. در این تحقیق، گیاهان گندم 15 روزه (Triticum aestivum) و ذرت (Zea mays)، نمایندگان گیاهان C3 و C4 به ترتیب، نسبتا ملایم (-0.4 MPa)، متوسط ​​(-0.8 MPa) و بالا (-1.5 مگاپاسکال) سطح استرس آب ناشی از PEG-6000 به مدت 7 روز تحت شرایط کنترل شده است. ریشه و برگ این گونه گیاهان برای آسیب اکسیداتیو و آنتی اکسیدان ها همراه با آسیب های تنش (به عنوان نشت الکترولیتی)، محتوای آب و اسید واکنش دهنده مورد بررسی قرار گرفتند. در حالی که در استرس خفیف، هر دو گونه گیاه به طور قابل توجهی از نظر یکدیگر در برابر آسیب های تنشي تفاوت نداشت، سطوح استرس متوسط ​​و شدید باعث شد که به طور معنی داری بیشتر از گندم نسبت به ذرت بیشتر شود. در این سطوح استرس با کاهش بیشتر آب و کلروفیل توسط گندم نسبت به ذرت همراه بود. محتوای ABA در سطوح تنش خفیف در هر دو گونه گیاهی تحت تاثیر قرار نگرفت، اما محتوای ریشه ها و برگ های ذرت نسبت به گندم در سطوح استرس متوسط ​​و شدید بسیار بالاتر بود. آسیب اکسیداتیو در شرایط مالون دی آلدئید و محتوای H2O2 در گندم به طور معنی داری نسبت به ذرت در سطوح استرس متوسط ​​و شدید بالاتر بود. نسبت ذرت به محتوای قابل توجهی بالاتر از آنزیمی (اسید اسکوربیک و گلوتاتیون) و آنتی اکسیدان های آنزیمی (آسکوربات پراکسیداز، dehydroascorbate reductase و glutathione reductase، به خصوص در برگ های آن) به میزان قابل توجهی بالاتر بود. در مقابل، گندم در ریشه ها و برگ ها نسبت به ذرت بیشتر فعالیت کاتالاز داشت. فعالیت سوپر اکسید دیسموتاز بین دو گونه گیاهی تفاوت معکوس داشت. برگهای هر دو گونه آسیب بیشتری نسبت به ریشه ها داشتند. این یافته ها نشان می دهد که حساسیت دیافراگم گیاهان C3 و C4 به تنش آب به طور جزئی به وسیله توانایی آنها برای مقابله با استرس اکسیداتیو مورد بررسی قرار می گیرد، به طور خاص شامل اسید اسکوربیک و گلوتاتیون است.

مقدمه

استرس کمبود آب تأثیر زیادی بر سیستم های زیست محیطی و کشاورزی دارد (Rochefort and Woodward، 1992). عملکرد اکوسیستم ممکن است به علت تغییر در فراوانی نسبی گروه های عملکردی (مانند C3 در مقابل C4) در سیستم های طبیعی تغییر کند (Epstein et al.، 1998). علاوه بر این، پتانسیل تولید محصولات با داشتن C3 (مانند گندم) و یا C4 (به عنوان مثال، ذرت) به علت خشکسالی های مکرر باعث کاهش قابل توجه عملکرد (Chaves and Perira، 1992) است. واکنش گیاهان به تنش آب به طور قابل توجهی در سطوح مختلف سازمانی، بسته به شدت و مدت زمان استرس و همچنین گونه های گیاهی و مرحله توسعه آن، متفاوت است (Chaves et al.، 2003).

Year: 2006

Publisher : ELSEVIER

By : Harsh Nayyar , Deepti Gupta

File Information: English Language/ 8 Page / size: 155 KB

Only site members can download free of charge after registering and adding to the cart

Download tutorial

سال : 1395

ناشر : ELSEVIER

کاری از : شدید نایار، Deepti Gupta

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 8 صفحه / حجم : KB 155

فقط اعضای سایت پس از ثبت نام و اضافه کردن به سبد خرید می توانند دانلود رایگان کنند.خوشحال می شویم به ما پبیوندید

آموزش دانلود