اثر سدیم نیتروپروساید بر صفات رشدی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی سیب زمینی رقم آگریا تحت تنش شوری در شرایط درون شیشه‌ای

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

2 گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 عضو هیئت علمی، گروه باغبانی دانشگاه تبریز

4 گروه بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران.

5 گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه مراغه

چکیده

سابقه و هدف: تنش‌های محیطی از جمله شوری به شدت پراکنش و عملکرد گیاهان را کاهش و تولید محصولات کشاورزی را در سراسر جهان محدود می‌کنند. نیتریک اکسید یک مولکول فعال زیستی می‌باشد که در گیاهان توسط مسیرهای آنزیمی و غیر آنزیمی تحت شرایط تنش در اندام‌های مختلف گیاه تولید می‌شود و واکنش‌های دفاعی گیاه را تنظیم و تعدیل می‌کند. سیب‌زمینی از نظر سطح زیر کشت چهارمین محصول مهم دنیا محسوب می شود که در نواحی نیمه خشک، تنش شوری به عنوان مانع اصلی تولید این محصول می‌باشد. این پژوهش با هدف بررسی اثر سدیم نیتروپروساید به عنوان ترکیب آزاد کننده نیتریک اکسید بر صفات رشدی و بیوشیمیایی سیب زمینی رقم آگریا تحت تنش شوری در شرایط درون شیشه‌ای انجام شد.
مواد و روش‌ها: این آزمایش در آزمایشگاه‌های کشت بافت گیاهی و تنظیم کننده‌های رشد گیاهی گروه علوم باغبانی دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز انجام گرفت. در این آزمایش از ریزنمونه‌های حاصل از کشت قطعات تک جوانه‌ای ساقه سیب‌زمینی رقم آگریا استفاده شد. به منظور اعمال تیمار قطعات تک جوانه‌ای ساقه سیب‌زمینی رقم آگریا در محیط کشت MS با نصف غلظت عناصر ماکرو و میکرو دارای چهار سطح سدیم نیتروپروساید (0، 10-3، 10-4 و 5-10 میلی‌مولار) و دو سطح شوری (0 و 70 میلی‌مولار NaCl) کشت گردیدند.
یافته‌ها: نتایج حاصل نشان داد که تحت تنش شوری تعداد برگ، ارتفاع، وزن تر و خشک گیاهچه‌های سیب‌زمینی کاهش یافت، همچنین میزان کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها، پروتئین و فنل گیاهچه‌ها را نیز کاهش معنی‌داری نشان داد. استفاده از سدیم نیتروپروساید با غلظت‌های مختلف در محیط کشت به عنوان ترکیب آزاد کننده NO تأثیر معنی‌داری در مقدار کلروفیل‌ها و کارتنوئیدهای گیاهچه‌های سیب-زمینی داشت. در مقابل میزان فعالیت آنتی‌اکسیدانی و محتوای گلایسین بتائین در بافت‌های گیاهچه‌های درون شیشه‌ای سیب‌زمینی تحت تنش شوری افزایش معنی‌داری داشتند. استفاده از سدیم نیتروپروساید در محیط کشت باعث بهبود شاخص‌های رشدی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی تحت تنش شوری گردید.
نتیجه‌گیری: کاربرد سدیم نیتروپروساید موجب بهبود رشد و افزایش مقدار پروتئین و فنل و فعالیت آنتی‌اکسیدانی گیاهان در شرایط تنش و غیر تنش شد. سدیم نیتروپروساید، اثرات منفی تنش را از طریق افزایش مقدار آنتی‌اکسیدا‌ن‌های غیر آنزیمی (فنل) و افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان (آسکوربات پراکسیداز و سوپر اکسید دیسموتاز) تعدیل نمود. اگر چه کاربرد سدیم نیتروپروساید در شرایط غیر تنش موجب افزایش مقدار گلایسین بتائین گردید ولی تحت شرایط تنش شوری اثر منفی بر مقدار این ترکیب داشت. لذا چنین به نظر می‌ر‌سد که کاربرد این ماده در مناطق خشک و نیمه خشک می‌تواند با کاهش اثرات زیانبار شوری و جلوگیری از کاهش عملکرد به بهبود اقتصاد کشاورزان کمک نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of sodium nitroprusside on growth, physiological and biochemical characters of Solanum tuberosum cv. Agria under salinity stress on in vitro condition

نویسندگان [English]

  • Zhila Mohammadi 1
  • Alireza Motallebi Azar 2
  • Fariborz Zaare-Nahandi 3
  • Alireza Tarinejad 4
  • Gholamreza Gohari 5
1 1Department of Horticulture, Faculty Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Department of Horticulture, Faculty Agriculture, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
3 1Department of Horticulture, Faculty Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
4 Department of Biotechnology, Faculty of Agriculture, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran.
5 Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Maragheh
چکیده [English]

Introduction: Salinity stress is the certain factor that seriously constrains agricultural production in various regions especially in arid and semi-arid areas. Nitric oxide is a bioactive molecule that synthesis via enzymatic and non-enzymatic pathways under stress conditions in different organs of plant, regulates and adjustments defense reactions of plant. Sodium nitroprusside (SNP) is used as a releasing compound of nitric oxide. Many studies have shown that this compound can protect plant under oxidative stresses and maintain chlorophyll. SNP could improve the effects of salinity and increased chlorophyll in cotton. Salinity is a serious environmental stress in the regions around Urmia Salt Lake and grapevine is one of the most economically important fruit crops in south west of Iran.
Material and Methods: This study was investigated the effect of sodium nitroprussdie as a nitric oxide donor, on growth characters (leave number, plantlet height, fresh and dry weight), physiological (chlorophyll a, b and carotenoids) and biochemical (antioxidant activity, total phenol, protein and glycine betaine) characters of Solanum tuberosum cv. Agria under salinity stress on in vitro condition. For treatment the single node of S. tuberosum cv. Agria stem were cultured in MS medium with half concentration of macro and micro elements contained four levels of sodium nitroprosside (0, 10-3, 10-4 and 10-5 mM) and two levels of salinity (0 and 70 mM).
Results: Obtained results showed that under salinity stress leaves number, height and fresh and dry weight of plantlets decreased, also chlorophylls, carotenoids, protein and total phenol of plantlets showed significant reduction. In contrast, antioxidant activity and glycine betaine content of in vitro plantlets significantly increased. Application of sodium nitroprusside in media culture caused to improvement of growth, physiological and biochemical characters under salinity stress.
Conclusion:
In conclusion, antioxidant activity, total phenol and protein were decreased by application salinity stress. In addition, antioxidant activity and glycine betaine content during salt stress period was decreased application of nitric oxide. The glycine betaine content of plantlets in general condition with application of sodium nitroprosside increased but under salinity stress, sodium nitroprosside had negative effect on glycine betaine content. The results of this research showed that with increasing antioxidant activity, total phenol, protein can tolerate salt solution and also applying the SNP enhance plant tolerance to salinity. Further studies are necessary to determine optimum concentration and duration of NO application in order to achieve maximum benefit of this chemical in Solanum tuberosum tissue culture

کلیدواژه‌ها [English]

  • Salinity stress
  • nitric oxide
  • Antioxidant activity
  • glycine betaine
1.Esmaeilzadeh Bahabadi, S., Rezaei, A.
and Najafi, S.H. 2015. Nitric oxide Effect
on growth and some physiological
parameters of In vitro cultured lemon
balm (Melissa officinalis L.). J. Cell.
Tissue. 6: 195-203.
2.Almodares, A., Hadi, M.R. and Dosti, B.
2008. The effect of salt stress on growth
parameters and carbohydrate contents in
sweet sorghum. Res. J. Environ. Sci.
2: 298-304.
3.Aqueel Ahmad, M.S., Javed, F. and Ashraf,
M. 2007. Iso osmotic effect of NaCl and
PEG on growth, cations and free proline
accumulation in callus tissue of two indica
rice (Oryza sativa L.) genotypes. Plant.
Growth. Regul. 53: 53-63.
4.Bradford, M.M. 1976. A rapid and
sensitive method for the quantification of
microgram quantities of protein utilizing
the principle of protein-dye binding.
Anal. Biochem. 72: 248-54.
5.Brand-Williams, W., Cuvelier, M.E. and
Berset, C. 1995. Use of a free radical
method to evaluate antioxidant activity.
Lebenson. Wiss. Technol. 28: 25-30.
6.Bruria, H. and Arie, N. 1998.
Physiological response of potato plants to
soil salinity and water deficit. Plant. Sci.
137: 43-51.
7.Chen, T.H.H. and Murata, N. 2002.
Enhancement of tolerance to abiotic stress
by metabolic engineering of betaines and
other compatible solutes. Curr. Opin.
Plant. Biol. 5: 250-257.
8.Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N.,
Fujita, D. and Basra, S.M.A. 2009. Plant
drought stress: effects, mechanisms
and management. Agron. Sustain. Dev.
29: 185-212.
9.Giannopolitis, C. and Ries, S. 1977.
Superoxide dismutase. I. Occurrence in
higher plants. Plant Physiol. 59: 309-314.
10.Grieve, C.M. and Grattan, S.R. 1983.
Rapid assay for determination of water
soluble quaternary ammonium
compounds. Plant. Soil. 70: 303-307.
11.Hanson, A.D., May, A., Grumet, M.R.,
Bode, J., Jamieson, G.C. and Rhods, D.
2007. Betaine synthesis in chenopods:
Localization in chloroplasts. Proc. Natl.
Acad. Sci. U S A. 82: 3678-3682.
12.Khan, M.A., Ungar, I.A. and
Showalters, A.M. 2000. The effect of
salinity on the growth, water status, and
ion content of a leaf succulent perennial
halophyte, Suaeda fruticosa (L.). Forssk.
J. Arid. Environ. 45: 73-84.
13.Khenifi, M.L., Boudjeniba, M. Kameli,
A. 2011. Effects of salt stress on
micropropagation of potato (Solanum
tuberosum L.). Afr. J. Biotechnol.
10: 7840-7845.
14.Koyro, H.W. 2006. Effect of salinity on
growth, photosynthesis, water relations
and solute composition of potential cash
crop halophyte Plantago coronopus L.
Environ. Exp. Bot. 56: 136-149.
15.Laspina, N.V., Groppa, M.D., Tomaro,
M.L. and Benavides, M.P. 2005. Nitric
oxide protects sunflower leaves against
Cd-induced oxidative stress. Plant. Sci.
169: 323-330.
16.Lei, Y., Yin, C., Ren, J. and Li, C. 2007.
Effect of osmotic stress and sodium
nitroprusside pretreatment on proline
metabolism of wheat seedlings. Biol.
Plant. 51: 386-390.
17.Li, Q.Y., Niu, H.B., Yin, J., Wang,
M.B., Shao, H.B., Deng, D.Z., Chen,
X.X., Ren, J.P. and Li, Y.C. 2008.
Protective role of exogenous nitric oxide
against oxidative stress induced by salt
stress in barley (Hordeum vulgare).
Colloids and Surfaces B: Biointerfa.
56: 220-225.
18.Lichtenthaler, H.K. 1987. Chlorophylls
and carotenoids: Pigments of photosynthetic
bio membranes. Methods. Enzymo.
148: 350-382.
19.Murashige, T. and Skoog, F. 1962. A
revised medium for rapid growth and
bios assay with tobacco tissue culture.
Plant. Physiol. 15: 473-497.
20.Nakano, Y. and Asada, K. 1981.
Hydrogen peroxide is scavenged by
ascorbate-specific peroxidase in spinach
chloroplasts. Plant. Cell. Physiol.
22: 867-280.
21.Nasibi, F. and Kalantari, K.M. 2009.
Influence of nitric oxide in protection of
tomato seedling against oxidative stress
induced by osmotic stress. Acta.
Physiol. Planta. 31: 1037-1044.
22.Navarro, J.M., Flores, P., Garrido, C.
and Martinez, V. 2006. Changes in the
contents of antioxidant compounds in
pepper fruits at different ripening stages,
as affected by salinity. Food. Chem.
96: 66-73.
23.Parida, A.K. and Das, A.B. 2005. Salt
tolerance and salinity effects on plants:
A review. Ecotoxicol. Environ. Saf.
60: 324-349.
24.Rahimi, A.R., Mashayekhi, K., Hemati,
K.H. and Dordipour, E. 2009. Effect of
salicylic acid and mineral nutrition on
fruit yield and yield components of
Coriander (Coriandrum sativum L.).
J. Agric. Sci. Nat. Resour. 16: 149-156.
25.Rhodes, D. and Hanson, A.D. 1993.
Quaternary ammonium and tertiary
sulfonium Compounds in higher-plants.
Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant. Mol.
Biol. 44: 357-384.
26.Sakamoto, A. and Murata, N. 2000.
Genetic engineering of glycine betaine
synthesis in plants: current status and
implications for enhancement of stress
tolerance. J. Exp. Bot. 51: 81-88.
27.Saleh, J. and Maftoun, M. 2008.
Interactive effect of NaCl levels and
zinc sources and levels on the growth
and chemical composition of rice. J.
Agric. Sci. Technol. 10: 325-336.
28.Shi, Q., Ding, F., Wang, X. and Wei, M.
2007. Exogenous nitric oxide protects
cucumber roots against oxidative stress
induced by salt stress. Plant. Physiol.
Biochem, 45: 542-550.
29.Slinkard, K. and Singleton, V.L. 1977.
Total phenol analyses: Automation and
comparison with manual methods. Am.
J. Enol. Vitic. 28: 49-55.
30.Tian, X. and Li, Y. 2006. Nitric oxide
treatment alleviates drought stress in wheat
seedlings. Biol. Planta. 50: 775-778.
31.Xu, J., Yin, H., Wang, W., Mi, Q. and
Xiaojing, L. 2009. Effects of sodium
nitroprusside on callus induction and
shoot regeneration in micropropagated
Dioscorea opposite. Plant. Growth.
Regul. 59: 279-285.
32.Zaman, M.S., Ali, G.M., Muhammad,
A., Farooq, K. and Hussain, I. 2015. In
vitro screening of salt tolerance in potato
(Solanum tuberosum L.) varieties
Sarhad. J. Agric. 31: 106-113.