Η επίδραση του H2O2 και του NO στους αντιοξειδωτικούς μηχανισμούς σπορόφυτων νεραντζιάς (Citrus aurantium L.) σε συνθήκες αλατότητας

Abstract

Salinity is one of the most serious environmental stresses reducing plant production. Many studies have been conducted lately aiming at stimulating the salinity defence and adaptation metabolic pathways. Hydrogen peroxide and NO• are considered among the signaling molecules mediating the plant response metabolic pathways. In the present PhD thesis, the hypothesis of triggering the sour orange (Citrus aurantium) salinity adaptation mechanism via previous exogenous pre-treatment with Η2Ο2 or SNP (NO• donor) was studied. For this purpose 5-month old sour orange seedlings were pre-treated with Η2Ο2 (10 mΜ, 8 h) or SNP (100 μΜ, 48 h) and then hydroponically cultured for 16 days with or without 150 mM NaCl. After the end of the pre-treatment period (day 0), leaf and root samples were collected as well as at the days 2, 4, 8 and 16. In the leaves of NaCl-treated seedlings, more severe salinity symptoms were observed than in the leaves treated with Η2Ο2+NaCl or SNP+NaCl. During the experimental period, the roots in salinity treatments (NaCl, Η2Ο2+NaCl, SNP+NaCl) had high Na+ and Cl- concentrations. Comparing to the ionic concentration in the leaves of the NaCl treatment, the Na+ and Cl- were lower until the 16th day in the leaves of Η2Ο2+NaCl treated seedlings and until the 4th (Na+) and 8th (Cl-) day, in the leaves of the SNP+NaCl treatment. NO• was detected in the leaf vascular bundles and the epidermal cells. Hydrogen peroxide or SNP pretreatment increased leaf and root Η2Ο2 content from day 0 until day 16th. Salinity treatments induced Η2Ο2 and MDA production in the plant tissues. However, in comparison to NaCl treatment, Η2Ο2 concentration was higher in the leaves of Η2Ο2+NaCl treatment and in the SNP+NaCl roots. Moreover MDA concentration was lower in the leaves of Η2Ο2+NaCl and SNP+NaCl treatments compared to NaCl treatment. Root and leaf deoxyribose and plasmid pBR322 DNA, both protecting against HO• were in general decreased due to Η2Ο2, SNP, Η2Ο2+NaCl, SNP+NaCl application and predominantle to NaCl. The latter caused furthermore the detection of prooxidant compounds in the root extracts the 8th and 16th day. Hydrogen peroxide pretreatment increased immediately (day 0) leaf Put content and decreased leaf Spd and root Put. At the same time (day 0), SNP pretreatment increased root Spd and decreased leaf Put and Spd. Salinity treatments caused time and tissue-dependent changes in PAs content. The most notable changes include the leaf Put and Spd decrease due to all salinity treatments, the Put decrease the NaCl and SNP+NaCl roots and the transient increase of Spm in the leaves (the 2nd day in all salinity treatments; the 4th day in Η2Ο2+NaCl treatment) and Spd in the roots (2nd and 4th day in Η2Ο2+NaCl and SNP+NaCl treatments; 8th day in Η2Ο2+NaCl treatment). The NaCl και SNP+NaCl treatments caused a gradient decrease of the root total antioxidant power (FRAP values). FRAP values remained unchanged in the leaves of NaCl treatment but increased in the leaves of Η2Ο2, SNP, Η2Ο2+NaCl, SNP+NaCl treatments. The Η2Ο2 pretreatment decreased the ratio ΑA/(ΑA+DHA) in the roots (during the whole experimental period) and in the leaves (only at day 0) whereas the SNP pretreatment in the roots (until the 4th day). During the course of the experiment, apart from the leaves of Η2Ο2+NaCl treated plants, the ratio ΑA/(ΑA+DHA) decreased in all remaining salinity treatments. The glutathione redox state (GSH/GSH+GSSG) was reduced in the roots of the NaCl treated plants, but generally increased in the leaves and the roots of the seedlings treated with SNP or SNP+NaCl and remained unchanged in those treated with Η2Ο2 or Η2Ο2+NaCl.

Η αλατότητα αποτελεί σημαντικό πρόβλημα για τα καλλιεργουμενα φυτά. Τα τελευταία έτη πραγματοποιήθηκαν ερευνητικές προσπάθειες προκειμένου να ενεργοποιηθούν οι μεταβολικές οδοί άμυνας και προσαρμογής των φυτών στην αλατότητα. Το Η2Ο2 και το NO• θεωρούνται μόρια επαγωγής μοριακών ερεθισμάτων για την ενεργοποίηση των μεταβολικών οδών που συνδέονται με τους αμυντικούς μηχανισμούς των φυτών. Έτσι, στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνήθηκε εάν η εξωγενής προμεταχείριση σποροφύτων νεραντζιάς (Citrus aurantium) με Η2Ο2 ή με νιτροπρωσσικό νάτριο (SNP- δότης NO•) μπορεί μετέπειτα να προκαλέσει αντοχή στην αλατότητα. Για το σκοπό αυτό, σπορόφυτα νεραντζιάς ηλικίας 5 μηνών προμεταχειρίσθηκαν με Η2Ο2 (10 mΜ, 8 h) ή με SNP (100 μΜ, 48 h) και στη συνέχεια αναπτύχθηκαν υδροπονικά χωρίς ή με 150 mM NaCl για 16 ημέρες. Δείγματα φύλλων και ριζών παραλήφθηκαν αμέσως μετά τις προμεταχειρίσεις (ημέρα 0) καθώς και τη 2, 4, 8 και 16η ημέρα. Έντονα συμπτώματα αλατότητας παρατηρήθηκαν στα φύλλα της μεταχείρισης με NaCl και ηπιότερα στα φύλλα με Η2Ο2+NaCl ή με SNP+NaCl. Oι ρίζες των μεταχειρίσεων αλατότητας (NaCl, Η2Ο2+NaCl, SNP+NaCl) διατηρούσαν τις συγκεντρώσεις Na+ και Cl- σε υψηλά επίπεδα σε όλη τη διάρκεια του πειράματος. Οι συγκεντρώσεις Na+ και Cl- παρέμειναν σε χαμηλότερα επίπεδα στα φύλλα της μεταχείρισης Η2Ο2+NaCl μέχρι τη 16η ημέρα, ενώ της μεταχείρισης SNP+NaCl μέχρι την 4η (Νa+)και την 8η (Cl-) ημέρα, συγκριτικά με τη μεταχείριση NaCl. Το NO• ανιχνεύθηκε κυρίως στις ηθμαγγειώδεις δεσμίδες και στα επιδερμικά κύτταρα των φύλλων. Η προμεταχείριση με Η2Ο2 ή με SNP είχε ως αποτέλεσμα η συγκέντρωση του Η2Ο2 να αυξηθεί στις ρίζες και στα φύλλα των σποροφύτων από την έναρξη (ημέρα 0) ως το τέλος του πειράματος. Οι μεταχειρίσεις αλατότητας συντέλεσαν στην αυξημένη παραγωγή Η2Ο2 και μαλονδιαλδεΰδης (MDA) στους φυτικούς ιστούς. Όμως, η συγκέντρωση του Η2Ο2 ήταν υψηλότερη, συγκριτικά με τη μεταχείριση NaCl, στα φύλλα της μεταχείρισης Η2Ο2+NaCl και στις ρίζες της μεταχείρισης SNP+NaCl. Επίσης, η συγκέντρωση της MDA στα φύλλα των μεταχειρίσεων Η2Ο2+NaCl και SNP+NaCl ήταν χαμηλότερη από αυτή της μεταχείρισης NaCl. Σε γενικές γραμμές, η ικανότητα των ριζών και των φύλλων να προστατεύουν το μόριο της δεσοξυριβόζης και το πλασμιδιακό pBR322 DNA από τις HO• μειώθηκε εξαιτίας της προσθήκης Η2Ο2, SNP, Η2Ο2+NaCl, SNP+NaCl, ενώ ιδιαίτερη μείωση διαπιστώθηκε στη μεταχείριση NaCl, στις ρίζες των σποροφύτων της οποίας την 8η και τη 16η ημέρα ανιχνεύθηκε ποσότητα ουσιών με προοξειδωτική δράση. Η προμεταχείριση με Η2Ο2 είχε ως άμεσο αποτέλεσμα (ημέρα 0) την αύξηση της πουτρεσκίνης (Put) στα φύλλα, τη μείωση της (σπερμιδίνης) Spd στα φύλλα και τη μείωση της Put στις ρίζες. Επίσης, την ίδια χρονική στιγμή (ημέρα 0) η προμεταχείριση με SNP συντέλεσε στην αύξηση της Spd στις ρίζες και την μείωση της Put και Spd στα φύλλα. Μεταβολές στη συγκέντρωση των πολυαμινών (PΑs)- εξαρτώμενες από χρόνο και τον ιστό διαπιστώθηκαν στις μεταχειρίσεις αλατότητας με αξιοσημείωτες τη μείωση της Put και της Spd στα φύλλα όλων των μεταχειρίσεων αλατότητας, τη μείωση της Put στις ρίζες των μεταχειρίσεων NaCl και SNP+NaCl, καθώς και την παροδική αύξηση της σπερμίνης (Spm) στα φύλλα (2η ημέρα, σε όλες της μεταχειρίσεις αλατότητας; 4η ημέρα, μεταχείριση Η2Ο2+NaCl) και της Spd στις ρίζες (2η και 4η ημέρα, Η2Ο2+NaCl και SNP+NaCl; 8η ημέρα, Η2Ο2+NaCl).