به زراعی کشاورزی

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

داوران

عضویت و راهنمای پابلونز

دستورالعمل حذف نام داور از روی کامنت ها در برنامه Word

تأثیر کاربرد خارجی پرولین و گلایسین‌بتائین بر تغییرات بیوشیمیایی در انگور در وضعیت تنش خشکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم باغبانی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان - ایران

2 دانشیار، گروه علوم باغبانی، دانشکدۀ کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان - ایران

3 دانشیار، بخش تحقیقات اصلاح و تهیۀ نهال و بذر، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی قزوین، قزوین - ایران

4 استادیار، بخش خاک و آب، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی زنجان، زنجان - ایران

چکیده

پرولین و گلایسین‌بتائین از رایج‌ترین مواد آلی سازگارند که با تنظیم اسمزی و محافظت از غشا‌ها، پروتئین‌ها و آنزیم‌ها از تأثیرات مخرب تنش‌های اسمزی در گیاهان جلوگیری می‌کنند. براساس گزارش‌ها، با کاربرد خارجی این ترکیبات در گیاهان، تحمل آنها به خشکی را می‌توان افزایش داد. بدین­منظور، این تحقیق به‌صورت فاکتوریل بر پایۀ طرح بلوک‌های کامل تصادفی در چهار تکرار بر روی چهار رقم انگور ʼخوشناوʻ، ʼپیکانیʻ، ʼپرلتʻ وʼفلیم سیدلسʻ اجرا شد. تاک‌های تحت تنش خشکی با 70 درصد از آب مورد نیاز انگور آبیاری شدند. پرولین (10 میلی‌مولار) و گلایسین‌‌بتائین (15 میلی‌مولار) در چهار مرحله (پیش از گلدهی، گلدهی، غوره شدن و رنگ گرفتن خوشه‌های انگور) روی تاک‌ها محلول‌پاشی شد. نتایج نشان داد که مقدار پرولین و گلایسین‌بتائین درونی گیاه و فعالیت آنزیم‌های پراکسیداز و آسکوربات‌پراکسیداز در هر دو تیمار پرولین و گلایسین‌بتائین به‌طور معنا‌داری بیشتر از شاهد بود. بیشترین و کمترین مقدار پرولین به‌ترتیب در ارقام ʼفلیم سیدلسʻ و ʼپیکانیʻ ارزیابی شد، اما دیگر صفات اندازه‌گیری‌شده اختلاف معنا‌داری در بین ارقام نشان ندادند. با توجه به نقش این آنزیم‌ها در از بین بردن گونه‌های فعال اکسیژن و همچنین نقش پرولین و گلایسین‌بتائین در فعال کردن آنتی‌اکسیدان‌ها، با کاربرد این دو اسمولیت می‌توان تحمل انگور را در مقابل تنش خشکی افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of exogenous application of proline and glycine betaine on biochemical alterations in grapevine under drought stress

نویسندگان [English]

  • mahdi mohammad zan=mani 1
  • vali rabiei 2
  • Mohammad Ali Nejatian 3
  • Mehdi Taheri 4

1 M.Sc. Student, Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran

2 Associate Professor, Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran

3 Associate Professor, Department of Seed and Plant improvement, Agriculture and Natural Resources Research Center of Qazvin, Qazvin, Iran

4 Assistant Professor, Department of Soil and Water, Agriculture and Natural Resources Research Center of Zanjan, Zanjan, Iran

چکیده [English]

Proline and glycine betaine are the most common compatible solutes that prevent plants from destructive effects of osmotic stresses by osmotic adjustment and protection of membranes, proteins and enzymes. It has been reported that exogenous application of these compounds, can increase plant resistance to drought stress. Therefore a factorial experiment based on randomized complete block design with four replications was performed in four grapevine cultivars (‘Khushnav’, ‘Peykani’, ‘Perlette’, and ‘Flame Seedless’). Grapevines were irrigated by 70 percent of the vine water requirement, in drought stress treatment. Proline (10 mM) and glycine betaine (15 mM) were sprayed on grapevines at four growth stages (before flowering, flowering, sour cluster and veraison). Results showed that endogenous proline and amount of glycine betaine, peroxidase and ascorbate peroxidase enzyme activity in treated vines were significantly higher than the control, in both proline and glycine betaine treatments. Among of the treated vines, the most and the least amount of proline was measured in ‘Flame Seedless’ and ‘Peykani’, respectively. Other measured traits in cultivars did not show significant difference. According to the role of these enzymes in eliminating reactive oxygen spices (ROS) and also the role of proline and glycine betaine in antioxidants activating, using of these two osmolytes will be able to increase the vines tolerance to drought stress conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antioxidant
  • Ascorbate peroxidase
  • Osmoregulation
  • Peroxidase
  • water stress
مراجع
  1. فرشی ع ا، شریعتی م ر، جارالهی ر، قائمی م ر، شهابی فر م و تولائی م م (1376) برآورد آب مورد نیاز گیاهان عمدۀ زراعی و باغی کشور - جلد دوم. نشر آموزش کشاورزی. تهران. 453 ص.
  2. کافی م، برزوئی ا، صالحی م، کمندی ع، معصومی ع و نباتی ج (1388) فیزیولوژی تنش‌های محیطی در گیاهان. انتشاراتجهاد دانشگاهی مشهد. 502 ص.
  3. نجاتیان م ع (1385) جمع‌آوری و ارزیابی اولیۀ ارقام انگور استان قزوین. تحقیقات نهال و بذر. 22(3): 319-338‌‌.
  4. هاپکینز ج ویلیام (1386) مقدمه‌ای بر فیزیولوژی گیاهی. ویرایش دوم. ترجمۀ احمدی ع، احسان‌زاده پ، جباری ف. مؤسسۀ انتشارات و چاپ دانشگاه تهران. تهران. 653 ص.
  5. Alia Pardha Saradhi P (1993) Suppression in mitochondrial electron transport is the prime cause behind stress-induced proline accumulation. Biochemical and Biophysical Research Communications. 19: 54-58.
  6. Apel K and Hirt H (2004) Reactive oxygen species: Metabolism, oxidative stress and signal transduction. Annual Review. Plant Biology. 55: 373-399.
  7. Ashton JD and DeshPal SV (1993) Proline biosynthesis and osmoregulation in plants. Plant. 4(2): 215-223.
  8. Aspinall D and Paleg LG (1981) Proline accumulation: Physiological aspects. In: The physiology and biochemistry of drought resistance in plants, academic Press, Paleg, L. G. and Aspinall, D. (Eds.). Sydney, pp. 205-241.
  9. Banu MN A, Hoque MA, Watanabe-Sugimoto M, Matsuoka K, Nakamura Y and Shimoishi Y (2009) Proline and glycinebetaine induce antioxidant defense gene expression and suppress cell death in cultured tobacco cells under salt stress. Plant Physiology. 166: 146-156.
  10. Barker DJ, Sullivan CY and Moser LE (1993) Water deficit effects on osmotic potential, cell wall elasticity and proline in five forage grasses. Agronomy. 85: 270-275.
  11. Bates IS, Waldern RP and Teare ID (1973) Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil. 39: 205-207.
  12. Cha um S, Supaibulwatana K and Kirdmanee C (2006) Water relation, photosynthetic ability and growth of Thai Jasmine rice (Oryza sativa L. sp. indica cv. KDML 105) to salt stress by application of exogenous glycinebetaine and choline. Agronomy and Crop Science. 192: 25-36.
  13. Chance B and Maehly AC (1995) Assay of catalase and peroxidase. Methods in Enzymology. 2: 764-775.
  14. Demiral T and Turkan I (2004) Does exogenous glycinebetaine affect antioxidative system of rice seedlings under NaCl treatment?. Plant Physiology. 161: 1089-1100.
  15. Gadallah MAA (2000) Effects of acid mist and ascorbic acid treatment on the growth, stability of leaf membranes, chlorophyll content and some mineral elements of Carthamus tinctorius, the safflower. Water, Air and Soil Pollution. 118: 311-327.
  16. Grieve CM and Grattan SR (1983) Rapid assay for determination of water soluble quaternary ammonium compounds. Plant Soil. 70: 303-307.
  17. Hanson AD and Hitz WD (1982) Metabolic responses of mesophytes to plant water deficit. Annual Review of Plant Physiology. 33: 163-203.
  18. Hare PD and Cress WA (1996) Tissue specific accumulation of transcript encoding D1-pyrroline-5-carboxylate reductase in Arabidopsis thaliana. Plant Growth Regulation. 19: 249-256.
  19. Hare PD, Cress WA and Van Staden J (1998) Dissecting the roles of osmolyte accumulation in plants. Plant Cell Environment. 21: 535-553.
  20. Heuer B (2003) Influence of exogenous application of proline and glycinebetaine on growth of salt-stressed tomato plants. Plant Science. 165: 693-699.
  21. Hong Z, Lakkineni K, Zhang Z and Verma DP (2000) Removal of feedback inhibition of D1-pyrroline-5-carboxylate synthetase results in increased proline accumulation and protection of plants from osmotic stress. Plant Physiology. 122: 1129-1136.
  22. Hoque MA, Okuma E, Banu MNA, Nakamura Y, Shimoishi Y and Murata Y (2007) Exogenous proline mitigates the detrimental effects of salt stress more than exogenous betaine by increasing antioxidant enzyme activities. Plant Physiology. 164: 553-561.
  23. Huang Y, Bie ZL, Liu ZX, Zhen A and Wang WJ (2009) Exogenous proline increases the salt tolerance of cucumber by enhancing water status and peroxidase enzyme activity. Soil Science and Plant Nutrition. 55: 698-704.
  24. Incharoensakadi A, Takabe T and Akazawa T (1986) Effect of betaine on enzyme activity and subunit interaction of ribulose-1, 5-biphosphate carboxylase: oxygenase from Aphanothece halophytica. Plant Physiology. 81: 1044-1049.
  25. Ingram J and Bartles D (1996) The molecular basis of dehydration tolerance in plants. Annual. Review. Plant Physiology. Plant Molecular. Biology. 47: 377-403.
  26. Jones RG, Storey R, Betaines LG and Paleg D (1981) The Physiology and Biochemistry of Drought Resistance in Plants. Academic Press. Sydney. Pp. 171-204.
  27. Khedr AHA, Abbas MA, Wahid AAA, Quick WP and Abogadallah GM (2003) Proline induces the expression of salt-stress responsive proteins and may improve the adaptation of Pancratium maritimum L. to salt-stress. Experimental Botany. 54: 2553-2562.
  28. Kumar N, Pal M, Singh A, Sairam RK and Srivasatava GC (2010) Exogenous proline alleviates oxidative stress abd increase vase life in rose (Rosa hybrida L. Grand Gala). Scientia Horticulturae. 127: 79-85.
  29. Laurie S and Stewart GR (1990) The effects of compatible solutes on the heat stability of glutamine synthetase from chickpeas grown under different nitrogen and temperature regimes. Experimental Botany. 41: 1415-1422.
  30. Lopez CML, Takahashi H and Yamazaki S (2002) Plant-water relations of kidney bean plants treated with NaCl and foliarly applied glycinebetaine. J. kidney bean plants treated with NaCl and foliar applied glycinebetaine. Agronomy and Crop Science. 188: 73-80.
  31. Ma QQ, Wang W, Li YH, Li DQ and Zou Q (2006) Alleviation of photoinhibition in drought-stressed wheat (Triticum aestivum) by foliar-applied glycinebetaine. Plant Physiology. 163: 165-175.
  32. Makela P, Munns R, Colmer TD, Condon AG and Peltonen-Sainio P (1998) Effect of foliar applications of glycinebetaine on stomatal conductance, abscisic acid and solute concentrations in leaves of salt or drought stressed tomato. Plant Physiology. 25: 655-663.
  33. Mickelbart M, Chapman P and Collier-Christian L (2006) Endogenous levels and exogenous of glycinebetaine to grapvines. Scientia Horticultural. 111: 7-16.
  34. Nilsen ET and Orcutt DM (1996) Physiology of plants under stress (Abiotic factors). Jon Wily & Sons, New York. 680 p.
  35. Okuma E, Soeda K, Tada M and Murata Y (2000) Exogenous proline mitigates the inhibition of growth of Nicotiana tabacum cultured cells under saline conditions. Soil Science and Plant Nutrition. 46: 257-263.
  36. Ozden M, Demirel U and Kahraman A (2009)
    Effects of proline on antioxidant system in leaves of grapevine (Vitis vinifera L.) exposed to oxidative stress by H2O2. Scientia Horticulturae. 119: 163-168.
  37. Papageorgiou GC, Fujimara Y and Murata YN (1991) Protection of the oxygen-evolving photosystem II complex by glycine betaine. Biochimica et Biophysica Acta. 1057: 361-366.
  38. Robinson SP and Jones JP (1986) Accumulation of glycine betaine in chloroplasts provides osmotic adjustment during salt stress. Plant Physiology. 13: 659-668.
  39. Scandalios JG (1993) Oxygen stress and superoxide dismutase. Plant Physiology. 101: 7-12.
  40. Sharma SS and Dietz KJ (2006) The significance of amino acids and amino-acid-derived molecules in plant responses and adaptation to heavy metal stress.  Experimental Botany. 57: 711-726.
  41. Taiz L and Zeiger E (2006) Plant Physiology. Fourth edition. Publishers Sunderland, Massachusetts. 738 p.
  42. Ushimaru T, Maki Y, Sano S, Koshiba T, Asada K and Tsuji H (1997) Induction of enzyme involved in the ascorbate dependent antioxidative system, namely, ascorbate peroxi-Antioxidant Enzymes and Aldehyde Releasing Capacity in Oryza sativa 44 dase, monodehydroascorbate reductase and dehydro ascorbate reductase after exposure to air of rice (Oryza sativa) seedlings germinated under water. Plant Cell Physiology. 38: 541-549.
  43. Wiliams WP and Brain APR (1992) Dominy, Induction of non-bilayer lipid phase separation in chloroplast thylakoid membranes by compatible cosolutes and its relationto the thermal stability of photosystem II. Biochimica et Biophysica Acta. 1099: 137-144.
  44. Xing W and Rajashekar CB (1999) Alleviation of water stress in beans by exogenous glycine betaine. Plant Science. 148: 185-195.
  45. Yang X and Lu C (2005) Photosynthesis is improved by exogenous glycinebetaine in salt stressed maize plants. Plant Physiology. 124: 343-352.
  46. Yordanov V and Tsoev T (2000) Plant response to drought, acclimation and stress tolerance. Photosynthica. 38(1): 171-186.
  47. Zhang CS, Lu Q and Verma DPS (1997) Characterization of Δ-1-pyrroline-5-carboxylate synthetase gene promoter in transgenic Arabidopsis thaliana subjected to water stress. Plant Science. 129: 81-89.
  48. Zhang J, Nguyen HT and Blum A (1999) Genetic analysis of osmotic adjustment in crop plants. Experimental Botany. 50: 291-302.

به زراعی کشاورزی
دوره 16، شماره 2 - شماره پیاپی 2
شهریور 1393
صفحه 247-258
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار