Αστάρωμα με το πράσινο φύλλο Το πτητικό (Z)-3-εξενυ-1-υλικό οξικό άλας ενισχύει την ανοχή στην αλατότητα στο στρες σε σπορόφυτα φυστικιών (Arachis hypogaea L.)
- 1 Επαρχιακό Βασικό Εργαστήριο Σαντονγκ Τεχνολογίας Ξηράς Γεωργίας, Κολλέγιο Αγρονόμων, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Qingdao, Qingdao, Κίνα
- 2 Shandong Peanut Research Institute, Qingdao, Κίνα
Τα πτητικά των πράσινων φύλλων παίζουν ζωτικό ρόλο στο βιοτικό στρες των φυτών. Ωστόσο, οι λειτουργίες τους στις αποκρίσεις των φυτών στο αβιοτικό στρες δεν έχουν προσδιοριστεί. Ο σκοπός αυτής της μελέτης ήταν να διερευνήσει τον πιθανό ρόλο του οξικού (Z)-3-εξενυ-1-υλίου (Z-3-HAC), ενός είδους πτητικών πράσινων φύλλων, στην ανακούφιση του στρες αλατότητας του φυστικιού (Arachis hypogaea L .) τα σπορόφυτα και οι υποκείμενοι φυσιολογικοί μηχανισμοί που διέπουν αυτή την επίδραση. Ένας ευαίσθητος στο άλας και ένας ανθεκτικός στο αλάτι γονότυπος φυστικιού εκκινήθηκαν με 200 μM Z-3-HAC στο στάδιο ηλικίας 4 εβδομάδων προτού εκτεθούν σε στρες αλατότητας. Φυσιολογικές μετρήσεις έδειξαν ότι τα ασταρωμένα σπορόφυτα διέθεταν υψηλότερη σχετική περιεκτικότητα σε νερό, καθαρό φωτοσυνθετικό ρυθμό, μέγιστη φωτοχημική απόδοση του φωτοσυστήματος II, δραστηριότητες των αντιοξειδωτικών ενζύμων και συσσώρευση οσμολύτη υπό συνθήκες αλατότητας. Επιπλέον, τα δραστικά είδη οξυγόνου, η διαρροή ηλεκτρολυτών και η περιεκτικότητα σε μηλονοδιαλδεΰδη στα τρίτα πλήρως διογκωμένα φύλλα ήταν σημαντικά χαμηλότερα από ό,τι στα φυτά που δεν έχουν προετοιμαστεί. Επιπρόσθετα, διαπιστώσαμε ότι η εφαρμογή του Z-3-HAC αύξησε το συνολικό μήκος, την επιφάνεια και τον όγκο των ριζών των φυστικιών υπό συνθήκες αλατότητας. Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το πράσινο πτητικό Z-3-HAC προστατεύει τα σπορόφυτα φιστικιών από ζημιές από το στρες αλατότητας μέσω του ασταρώματος για τροποποιήσεις της φωτοσυνθετικής συσκευής, των αντιοξειδωτικών συστημάτων, της ωσμορύθμισης και της μορφολογίας των ριζών. και τον όγκο των ριζών των φιστικιών υπό συνθήκες αλατότητας. Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το πράσινο πτητικό Z-3-HAC προστατεύει τα σπορόφυτα φιστικιών από ζημιές από το στρες αλατότητας μέσω του ασταρώματος για τροποποιήσεις της φωτοσυνθετικής συσκευής, των αντιοξειδωτικών συστημάτων, της ωσμορύθμισης και της μορφολογίας των ριζών. και τον όγκο των ριζών των φιστικιών υπό συνθήκες αλατότητας. Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το πράσινο πτητικό Z-3-HAC προστατεύει τα σπορόφυτα φιστικιών από ζημιές από το στρες αλατότητας μέσω του ασταρώματος για τροποποιήσεις της φωτοσυνθετικής συσκευής, των αντιοξειδωτικών συστημάτων, της ωσμορύθμισης και της μορφολογίας των ριζών.
Εισαγωγή
Ως σημαντική καλλιέργεια σε μετρητά και ελαιούχους σπόρους, το φυστίκι (Arachis hypogaea L.) καλλιεργείται ευρέως στις περισσότερες τροπικές, υποτροπικές και εύκρατες περιοχές παγκοσμίως (Sharma et al., 2016; Cui et al., 2018). Το φιστίκι είναι επίσης μια εξαιρετική πηγή πολλών θρεπτικών συστατικών για τον άνθρωπο, όπως πρωτεΐνες, λιπαρά οξέα και βιταμίνες (King et al., 2008; Aninbon et al., 2016). Η αλατότητα του εδάφους είναι ένας από τους βασικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες που επηρεάζει την ανάπτυξη των φυτών και μειώνει την παραγωγικότητα των καλλιεργειών παγκοσμίως (Tanji, 2002; Hasegawa, 2013). Περισσότερα από 800 εκατομμύρια εκτάρια γεωργικής γης έχουν υποστεί βλάβη από την αλατότητα (Rengasamy, 2010). Μεταξύ όλων των τύπων αλατότητας, το πιο διαλυτό και διαδεδομένο άλας είναι το χλωριούχο νάτριο (NaCl). Παρόμοια με πολλά άλλα είδη ψυχανθών, το φυστίκι είναι μέτρια ευαίσθητο στην αλατότητα, ιδιαίτερα στο στρες NaCl (Greenway και Munns, 1980).
Τα φυτά χρησιμοποιούν πανταχού παρόντες μηχανισμούς για να αντιμετωπίσουν την αλατότητα και να ελαχιστοποιήσουν την τοξικότητα του αλατιού. Οι αποκρίσεις των φυτών στο στρες της αλατότητας περιλαμβάνουν την επαγωγή φυτοορμονών και αντιοξειδωτικών συστημάτων, διαμερισματοποίηση κενού τοξικών ιόντων και σύνθεση και συσσώρευση συμβατών ενώσεων για την οσμωτική εξισορρόπηση του κυτοσόλης με τα κενοτόπια (Cheeseman, 1988, Zhu, 2002, Munns, 2002; Garma et al., 2015· Ferchichi et al., 2018· Abdel Latef et al., 2019). Τις τελευταίες δεκαετίες, οι ουσίες που ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για να προσδώσουν στρες αλατότητας σε πολλά είδη καλλιεργειών, συμπεριλαμβανομένου του σεληνικού νατρίου (Subramanyam et al., 2019), της μελατονίνης (Li et al., 2017; Chen et al., 2018), υπεροξείδιο του υδρογόνου (Li et al., 2011), brassinosteroid (Divi et al., 2010; Zhu et al., 2015), νιτρικό οξείδιο (Sun et al., 2014; Ahmad et al., 2016), και γλυκίνη βεταΐνη (Nawaz and Ashraf, 2010; Nusrat et al., 2014; Kreslavski et al., 2017; Annunziata et al., 2019). Επιπλέον, η παραδοσιακή αναπαραγωγή και η γενετική μηχανική είναι επίσης πολλά υποσχόμενες προσεγγίσεις για την απόκτηση αντοχής στην αλατότητα των καλλιεργειών (Hanin et al., 2016· Ismail and Horie, 2017). Αν και αυτές οι στρατηγικές είναι καλά αποδεκτές από τους αγρότες, απαιτούνται πιο φιλικές προς το περιβάλλον ουσίες που ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών που προσδίδουν ανοχή στην αλατότητα των καλλιεργειών για την επίτευξη του στόχου της γεωργικής βιωσιμότητας.
Οι βιογενείς πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) αποτελούνται κυρίως από τερπένια, προϊόντα που προέρχονται από λιπαρά οξέα και προϊόντα της οδού σικιμικού οξέος, τα οποία εκπέμπονται από φυτά υπό πίεση (Dudareva et al., 2006; Heil and Silva Bueno, 2007; Nguyen et. al., 2016). Οι πτητικές οργανικές ενώσεις μπορούν να λειτουργήσουν ως σήμα συναγερμού όταν τα φυτά δέχονται επίθεση από φυτοφάγα έντομα. Τα πτητικά πράσινα φύλλα (GLVs) είναι μια σημαντική ομάδα πτητικών οργανικών ενώσεων για την εκκίνηση της άμυνας των φυτών ενάντια στις επιθέσεις φυτοφάγων εντόμων, οι οποίες αναφέρθηκαν για πρώτη φορά από τους Engelberth et al. (2004). Τυπικά, τα GLV απελευθερώνονται από τα φυτά μετά από μηχανικό τραυματισμό ή επίθεση φυτοφάγων και θα μπορούσαν να προκαλέσουν γονίδια που σχετίζονται με την άμυνα για να προειδοποιήσουν τους μη κατεστραμμένους ιστούς στις αποκρίσεις βιοτικού στρες των φυτών (Pare and Tumlinson, 1997; Arimura et al., 2002; Yan and Wang, 2006). . Ωστόσο, ο ρόλος που διαδραματίζουν τα GLV στο αβιοτικό στρες των φυτών παραμένει ένα ανοιχτό ερώτημα. Προηγούμενες μελέτες, συμπεριλαμβανομένης της έρευνάς μας, τεκμηρίωσαν τη σημασία των φυτοορμονών που προκαλούνται από τραυματισμούς ή φυτοφάγα, όπως το αιθυλένιο (ETH) και το ιασμονικό οξύ (JA), και τα μόρια σηματοδότησης, όπως το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2) και το μονοξείδιο του αζώτου (NO). ως απόκριση στο αβιοτικό στρες των φυτών (León et al., 2001; Schilmiller and Howe, 2005; Chauvin et al., 2012; Ahmad et al., 2016; Si et al., 2017, 2018); Έτσι, τα GLV μπορεί επίσης να είναι ένα κρίσιμο μόριο στο αβιοτικό στρες των φυτών.
Τα GLV συντίθενται μέσω της οδού λιποξυγενάσης, όπου (Ζ)-3-εξεν-1-αλ (Z-3-HAL), (Ζ)-3-εξεν-1-όλη (Z-3-HOL) και (Ζ) Ο οξικός )-3-εξεν-1-υλεστέρας (Z-3-HAC) είναι όλα τα κύρια συστατικά. Εκτεταμένες μελέτες έχουν δείξει ότι το Z-3-HAC παίζει καθοριστικό ρόλο στην άμυνα των φυτών έναντι της επίθεσης φυτοφάγων εντόμων (Matsui et al., 2012; Ameye et al., 2015). Ωστόσο, η βιβλιογραφία σχετικά με την εκκίνηση με Z-3-HAC ως απόκριση στο αβιοτικό στρες των φυτών παραμένει σπάνια. Πιο πρόσφατα, οι Cofer et al. (2018) ανέφερε ότι η εξωγενής επεξεργασία Z-3-HAC καθορίζει την αυξημένη ανάπτυξη και τη μειωμένη ζημιά υπό ψυχρή καταπόνηση σε σπορόφυτα αραβοσίτου (Zea mays). Αυτή η έκθεση ήταν η πρώτη που περιέγραψε τις επιδράσεις εκκίνησης του Z-3-HAC στο αβιοτικό στρες των φυτών. Δεδομένων αυτών των ευρημάτων, υποθέτουμε ότι το Z-3-HAC θα μπορούσε επίσης να παίξει ρόλο σε άλλες αβιοτικές καταπονήσεις των φυτών, όπως το στρες αλατότητας. Μέχρι σήμερα, Το Z-3-HAC έχει δοκιμαστεί μόνο σε αραβόσιτο, αλλά όχι σε άλλα είδη μονοκοτυλήδονων ή δικοτυλήδονων. Ως εκ τούτου, μια νέα μελέτη σχεδιάστηκε σε αυτό το έγγραφο για να βελτιώσουμε την κατανόησή μας για το ρόλο που παίζει το Z-3-HAC στο αβιοτικό στρες των φυτών. Υποτέθηκε ότι η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC θα μπορούσε να ενισχύσει την ανοχή στο στρες στην αλατότητα στα σπορόφυτα φυστικιών. Αυτή η προσπάθεια βελτίωσης της ανοχής στο αλάτι στα φιστίκια θα μειώσει τις απώλειες απόδοσης που προκαλούνται από το στρες στην αλατότητα και μπορούμε να επιτύχουμε μεγαλύτερη παραγωγή από αλατισμένη γεωργική γη παγκοσμίως.
Υλικά και μέθοδοι
Φυτικά Υλικά
Δύο ποικιλίες φυστικιών, η Huayu 20 (συντομογραφία εδώ ως “HY20”) και η Huayu 22 (συντομογραφία εδώ ως “HY22”), οι οποίες ταξινομούνται ως γονότυποι ευαίσθητοι στο αλάτι και ανθεκτικοί στο αλάτι, αντίστοιχα, χρησιμοποιήθηκαν ως πειραματικά υλικά σε αυτή τη μελέτη. . Οι σπόροι αποστειρώθηκαν επιφανειακά με 2% (ο/ο) υποχλωριώδες νάτριο, ξεπλύθηκαν δύο φορές με νερό βρύσης και εμποτίστηκαν σε νερό βρύσης όλη τη νύχτα. Στη συνέχεια, οι σπόροι ομοιόμορφων μεγεθών βλάστησαν σε βερμικουλίτη στο σκοτάδι στους 28°C για 2 ημέρες πριν μεταφερθούν σε γλάστρες (εσωτερική διάμετρος 9 cm και ύψος 8 cm με μικρές τρύπες στο κάτω μέρος, ένα δενδρύλλιο/γλάστρα) γεμάτη με 200 g χώμα κήπου το καθένα. Στη συνέχεια τα σπορόφυτα μεταφέρθηκαν σε έναν τεχνητό θάλαμο ελεγχόμενο από το κλίμα με θερμοκρασία αέρα 25°C, κύκλο φωτός/σκότους 16/8 ώρες, υγρασία 60%, και πυκνότητα φωτοσυνθετικής ροής φωτονίων (PPFD) 1.200 μmol. Μ−2 s −1 . Κάθε γλάστρα ποτίστηκε με 200 ml απεσταγμένο νερό κάθε εναλλακτική ημέρα. Σπορόφυτα τεσσάρων εβδομάδων με ομοιόμορφα μεγέθη επιλέχθηκαν για τα επόμενα πειράματα.
Πειραματικό σχέδιο
Οι πληροφορίες του οξικού (Ζ)-3-εξενυ-1-υλίου (Z-3-HAC) (≥98%, Sigma-Aldrich, Inc. USA) ήταν οι εξής: Αριθμός CAS 3,681-71-8, γραμμικός τύπος CH3CO2CH2CH2CH═CHC2H5 και μοριακό βάρος 142,20. Όλα τα επιλεγμένα σπορόφυτα χωρίστηκαν τυχαία σε δύο παρτίδες. Η μισή παρτίδα των δενδρυλλίων εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στο φυλλόδιο με 200 μM Z-3-HAC (το Z-3-HAC διαλύθηκε σε 95% (v/v) αιθανόλη ως αρχικό διάλυμα) δύο φορές με μεσοδιάστημα 3 ημερών. Ταυτόχρονα, η άλλη μισή παρτίδα υποβλήθηκε σε επεξεργασία με απεσταγμένο νερό με ισοδύναμη ποσότητα αιθανόλης. Μια σχετικά μέτρια συγκέντρωση Z-3-HAC στα 200 μΜ ήταν πιο αποτελεσματική σύμφωνα με τα προηγούμενα πειράματά μας (τα δεδομένα δεν παρουσιάζονται). Επτά ημέρες μετά την προεπεξεργασία, τα μισά από τα φυτά που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με Z-3-HAC και απεσταγμένο νερό εκτέθηκαν σε επεξεργασίες καταπόνησης NaCl. Κάθε γλάστρα ποτίστηκε με 200 ml διαλύματος NaCl σε συγκέντρωση 300 mM τρεις φορές με διάστημα 2 ημερών, ενώ τα υπόλοιπα δενδρύλλια ποτίστηκαν με απεσταγμένο νερό ταυτόχρονα. Η τελική περιεκτικότητα σε αλάτι του εδάφους που έχει υποστεί επεξεργασία με NaCl ήταν 0,35% (w/w), το οποίο θα μπορούσε να ταξινομηθεί ως έντονα αλατούχο έδαφος. Συνολικά, συντέθηκαν τέσσερις επεξεργασίες: έλεγχος (νερό νερό χωρίς NaCl), Z-3-HAC (Z-3-HAC νερό χωρίς NaCl), NaCl (νερό νερό με NaCl) και Z-3-HAC NaCl (Z-3-HAC νερό με NaCl). Οι φυσιολογικές και βιοχημικές παράμετροι προσδιορίστηκαν 7 ημέρες μετά την έναρξη της θεραπείας με στρες αλατότητας. Επιλέχθηκε ένα αντιπροσωπευτικό δοχείο από τουλάχιστον 10 παρόμοια φυτά για κάθε επεξεργασία και τραβήχτηκαν φωτογραφίες. Για όλες τις μετρήσεις επιλέχθηκαν τα τρίτα πλήρως διογκωμένα φύλλα από τις κορυφές των φυτών.
Μέτρηση Βάρους Βλαστού και Μορφολογία Ρίζας
Τα σπορόφυτα πλύθηκαν δύο φορές με απεσταγμένο νερό, αφαιρέθηκε η τοπική υγρασία και στη συνέχεια μετρήθηκαν αμέσως τα φρέσκα βάρη των βλαστών που είχαν τεμαχιστεί. Για να ληφθούν τα ξηρά βάρη, οι τεμαχισμένοι βλαστοί ξηράνθηκαν σε φούρνο στους 105°C για 15 λεπτά για να απενεργοποιηθούν τα ένζυμα και στη συνέχεια θερμάνθηκαν σε σόμπα στους 85°C μέχρι να καταγραφούν σταθερά βάρη. Εν τω μεταξύ, οι φρέσκες ρίζες τεμαχίστηκαν επίσης, πλύθηκαν προσεκτικά δύο φορές με απεσταγμένο νερό και στη συνέχεια σαρώθηκαν χρησιμοποιώντας ένα σύστημα σάρωσης διπλού φακού (V700, SEIKO EPSON CORP., Ιαπωνία) σύμφωνα με τη μέθοδο των Jiang et al. (2017). Τα δεδομένα που ελήφθησαν αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό WinRHIZO Pro (Έκδοση 2012b, Regent Instruments Inc., Καναδάς). Υπήρχαν τρία ανεξάρτητα βιολογικά αντίγραφα για κάθε θεραπεία και παρουσιάζεται μία αντιπροσωπευτική εικόνα.
Προσδιορισμός παραμέτρων ανταλλαγής αερίων, φθορισμού χλωροφύλλης και ολικής περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη
Ο προσδιορισμός των παραμέτρων ανταλλαγής αερίων διεξήχθη μεταξύ 9:00 π.μ. και 11:00 π.μ. χρησιμοποιώντας το φορητό σύστημα φωτοσύνθεσης (Li-COR 6800, Lincoln, NE, USA). Ο καθαρός ρυθμός φωτοσύνθεσης (Pn), η στοματική αγωγιμότητα (Gs), η διακυτταρική συγκέντρωση CO2 (Ci) και ο ρυθμός διαπνοής (Tr) μετρήθηκαν με βάση τις ακόλουθες συνθήκες στο θάλαμο των φύλλων: θερμοκρασία αέρα 25°C, σχετική υγρασία αέρα 80%, συγκέντρωση CO2 400 μmol mol −1 και PPFD 1.000 μmol m −2 s −1 .
Ο φθορισμός της χλωροφύλλης μετρήθηκε μετά από μια περίοδο προσαρμογής στο σκοτάδι 30 λεπτών με ένα φθορόμετρο ρυθμισμένου πλάτους παλμού απεικόνισης (PAM) (IMAG-MAXI· Heinz Walz, Effeltrich, Γερμανία), όπως περιγράφεται λεπτομερώς από τους Ahammed et al. (2013). Το ελάχιστο σήμα εκπομπής φθορισμού (Fo), ο μέγιστος φθορισμός (Fm), η απόδοση φθορισμού σε σταθερή κατάσταση (Fs) και ο μέγιστος προσαρμοσμένος στο φως μέγιστος φθορισμός (Fm’) καταγράφηκαν ως η περιοχή ενδιαφέροντος στα φύλλα της ένωσης. Στη συνέχεια, η μέγιστη φωτοχημική απόδοση του φωτοσυστήματος II (PSII) (Fv/Fm), η κβαντική απόδοση της φωτοχημείας PSII (ΦPSII), η φωτοχημική δραστηριότητα του PSII (Fv′/Fm′) και η μη φωτοχημική απόσβεση (NPQ) υπολογίστηκαν σύμφωνα με τους τύπους όπως περιγράφονται από Kramer et al. (2004). Εξήχθησαν επίσης οι εικόνες Fv/Fm και εμφανίζεται το αντιπροσωπευτικό φύλλο για κάθε επεξεργασία.
Για τον προσδιορισμό της συνολικής περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη, 0,1 g φρέσκου φύλλου εκχυλίστηκε σε 25 ml άνυδρου διαλύματος αιθανόλης και ακετόνης (1:1, ν/ν) και επωάστηκε για 12 ώρες στο σκοτάδι σε θερμοκρασία δωματίου. Στη συνέχεια, η συνολική περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη (mg g -1 FW) προσδιορίστηκε χρωματομετρικά στα 647 και 663 nm και υπολογίστηκε όπως περιγράφηκε αρχικά από τους Lichtenthaler και Wellburn (1983).
Μέτρηση σχετικής περιεκτικότητας σε νερό, διαρροής ηλεκτρολυτών και υπεροξείδωσης λιπιδίων
Η σχετική περιεκτικότητα σε νερό (RWC) των φύλλων μετρήθηκε με βάση τη μέθοδο των Jensen et al. (2000) με κάποιες τροποποιήσεις. Συνολικά, τα φύλλα αποκόπηκαν και μετρήθηκε το φρέσκο βάρος (FW). Στη συνέχεια, τα φύλλα εμποτίστηκαν σε σωλήνες με 5 ml απιονισμένου νερού για 4 ώρες σε θερμοκρασία δωματίου πριν καταγραφεί το στραγγιστό βάρος (TW). Το ξηρό βάρος (DW) μετρήθηκε περαιτέρω αφού τα φύλλα στέγνωσαν σε φούρνο για 24 ώρες στους 90°C. Το RWC υπολογίστηκε με RWC (%) = [(FW − DW)/(TW − DW)] × 100.
Η μέτρηση της σχετικής αγωγιμότητας ηλεκτρολυτών (REC) διεξήχθη χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των Griffith και McIntyre (1993). Τα δείγματα φύλλων αποκόπηκαν αμέσως και ξεπλύθηκαν για λίγο με απιονισμένο νερό και εμποτίστηκαν σε 10 ml απιονισμένου νερού σε θερμοκρασία δωματίου για 12 ώρες. Η αγωγιμότητα (C1) στη συνέχεια μετρήθηκε με μια γέφυρα αγωγιμότητας (DDS-307A, LEX Instruments Co., Ltd., Κίνα). Στη συνέχεια το διάλυμα βράστηκε για 30 λεπτά και η αγωγιμότητα (C2) καταγράφηκε περαιτέρω μετά την ψύξη. Το RWC υπολογίστηκε με REC (%) = C1/C2 × 100.
Το επίπεδο υπεροξείδωσης των λιπιδίων προσδιορίστηκε ποσοτικοποιώντας τα ισοδύναμα της μηλονοδιαλδεΰδης (MDA). Η αντίδραση 2-θειοβαρβιτουρικού οξέος (TBA) χρησιμοποιήθηκε σε αυτόν τον προσδιορισμό και οι τιμές απορρόφησης του κόκκινου προϊόντος προσθήκης στα 450, 532 και 600 nm καταγράφηκαν για τον υπολογισμό των ισοδυνάμων MDA όπως περιγράφηκε προηγουμένως (Hodges et al., 1999). Όλες οι φασματοφωτομετρικές αξιολογήσεις σε αυτό το έγγραφο πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ένα φασματοφωτόμετρο UV-Vis (UV3200, Mapada Instruments Co., Ltd., Κίνα).
Ιστοχημική χρώση και ποσοτική δοκιμασία H2O2 και O2 –
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2) στα φύλλα ανιχνεύθηκε οπτικά με ιστοχημική χρώση σύμφωνα με τη μέθοδο των Thordal-Christensen et al. (1997) με μικρές τροποποιήσεις. Τα φύλλα αποκόπηκαν από τα φυτά και βυθίστηκαν αμέσως σε διάλυμα 3,3-διαμινοβενζιδίνης (DAB) (1 mg ml -1 , pH 3,8). Στη συνέχεια, τα φύλλα επωάστηκαν για 12 ώρες υπό φως με PPFD 1.200 μmol m −2 s −1σε θερμοκρασία δωματίου, μετά την οποία τα φύλλα λευκάνθηκαν σε αιθανόλη 95% (ο/ο) που βράζει για περίπου 15 λεπτά έως ότου οι καφέ κηλίδες φάνηκαν καθαρά. Στη συνέχεια, τα φύλλα μεταφέρθηκαν προσεκτικά σε φρέσκια αιθανόλη 95% (ο/ο) και οι φωτογραφίες λήφθηκαν μετά την ψύξη. Η συγκέντρωση H2O2 προσδιορίστηκε με μέτρηση της απορρόφησης του συμπλόκου υπεροξειδίου του τιτανίου στα 410 nm σύμφωνα με τη μέθοδο των Willekens et al. (1997) με μικρές τροποποιήσεις.
Ανιόν υπεροξειδίου (O2 – ) ανιχνεύθηκε επίσης οπτικά σύμφωνα με τη μέθοδο που περιγράφηκε αρχικά από τους Jabs et al. (1996). Εν συντομία, τα φύλλα αποκόπηκαν από τα σπορόφυτα και εμποτίστηκαν σε διάλυμα νίτρο μπλε τετραζολίου (NBT) (1 mg ml -1 , pH 6,1). Στη συνέχεια, τα φύλλα επωάστηκαν σε θερμοκρασία δωματίου στο σκοτάδι για 6 ώρες προτού λευκανθούν τελείως σε 95% (ο/ο) βρασμένη αιθανόλη. Μετά την ψύξη, τα φύλλα μεταφέρθηκαν σε φρέσκια αιθανόλη και οι φωτογραφίες λήφθηκαν αμέσως. Ο ρυθμός παραγωγής O2 – ποσοτικοποιήθηκε επίσης σύμφωνα με την προηγούμενη μέθοδο των Elstner και Heupel (1976) παρακολουθώντας τον σχηματισμό νιτρωδών από υδροξυλαμίνη παρουσία O2 – σε απορρόφηση 530 nm.
Εκχύλιση και Ανάλυση Δραστικότητας Αντιοξειδωτικών Ενζύμων
Για τον προσδιορισμό των αντιοξειδωτικών ενζύμων, τα φύλλα καταψύχθηκαν αμέσως σε υγρό άζωτο και αποθηκεύτηκαν στους -80°C πριν από την ανάλυση. Εν συντομία, 0,5 g κατεψυγμένων δειγμάτων φύλλων αλέστηκαν με 5 ml παγωμένου ρυθμιστικού φωσφορικού (50 mM, ρΗ 7,8) που περιείχε 20% (ν/ν) γλυκερόλη, 0,2 mM αιθυλενοδιαμινοτετραοξικό οξύ (EDTA), 5 mM MgCl2, και 1 mM διθειοθρεϊτόλη (DTT). Τα ομογενοποιήματα φυγοκεντρήθηκαν στους 4°C για 20 λεπτά σε 12.000 g, και τα προκύπτοντα υπερκείμενα συλλέχθηκαν στη συνέχεια για τον προσδιορισμό της ενζυμικής δραστικότητας. Το συνολικό περιεχόμενο πρωτεΐνης αναλύθηκε αρχικά χρησιμοποιώντας αντίδραση Coomassie Brilliant Blue στα 595 nm ακολουθώντας τη μέθοδο του Bradford (1976). Η δραστικότητα της δισμουτάσης υπεροξειδίου (SOD) αξιολογήθηκε προσδιορίζοντας την ικανότητά της να αναστέλλει τη φωτοχημική αναγωγή του ΝΒΤ στα 560 nm (Stewart and Bewley, 1980). Η δραστικότητα της υπεροξειδάσης της γουαϊακόλης (G-POD) προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας γουαϊακόλη ως υπόστρωμα στα 470 nm όπως περιγράφηκε αρχικά από τους Cakmak και Marschner (1992). Η δραστικότητα της καταλάσης (CAT) προσδιορίστηκε με βάση την οξείδωση του H2O2 και μετρήθηκε ως μείωση στα 240 nm σύμφωνα με τη μέθοδο των Patra et al. (1978). Η δραστικότητα της ασκορβικής υπεροξειδάσης (APX) προσδιορίστηκε με βάση την οξείδωση του ασκορβικού και μετρήθηκε ως μείωση στα 290 nm σύμφωνα με τη μέθοδο των Nakano και Asada (1981).
Περιεκτικότητα σε Ολικά Διαλυτά Σάκχαρα, Σακχαρόζη και Ελεύθερα Αμινοξέα
Δείγματα φύλλων που ξηράνθηκαν σε φούρνο (15 λεπτά στους 105°C και μετά στους 85°C για 3 ημέρες) κονιοποιήθηκαν με μύλο υψηλής ταχύτητας με σφαιρίδια (MM400, Retsch GmbH, Haan, Γερμανία) και αναμίχθηκαν επιμελώς. Ένα σύνολο 0,1 g της σκόνης εκχυλίστηκε με 8 ml αιθανόλης 80% (ο/ο) σε πλαστικό σωλήνα 10 ml στους 80°C και φυγοκεντρήθηκε στα 3.000 g για 30 λεπτά. Το υπερκείμενο στη συνέχεια συλλέχθηκε σε γυάλινο σωλήνα 25 ml. Η εκχύλιση στη συνέχεια επαναλήφθηκε δύο φορές, και η ίδια αιθανόλη προστέθηκε στον γυάλινο σωλήνα σε τελικό όγκο 25 ml. Μετά από επιμελή ανάμιξη, το εκχύλισμα χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των περιεχομένων των συνολικών διαλυτών σακχάρων, σακχαρόζης και ελεύθερων αμινοξέων. Η μέθοδος ανθρόνης υιοθετήθηκε και η απορρόφηση στα 620 nm καταγράφηκε για τον υπολογισμό της συνολικής περιεκτικότητας σε διαλυτά σάκχαρα σύμφωνα με τη μέθοδο των Buysse και Merckx (1993). Για την περιεκτικότητα σε σακχαρόζη χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος ρεσορκινόλης, το οποίο τροποποιήθηκε με τη μέθοδο των Buysse και Merckx (1993), και η περιεκτικότητα σε σακχαρόζη προσδιορίστηκε χρωματομετρικά στα 480 nm. Η περιεκτικότητα σε ελεύθερα αμινοξέα εκτιμήθηκε με την αντίδραση νινυδρίνης στα 570 nm σύμφωνα με τη μέθοδο των Moore και Stein (1954).
Στατιστική ανάλυση
Όλα τα δεδομένα που συλλέχθηκαν αναλύθηκαν στατιστικά χρησιμοποιώντας μονόδρομη ANOVA με το στατιστικό πακέτο λογισμικού SPSS (Version 22.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Το τεστ Duncan (ρ lt; 0,05) πραγματοποιήθηκε για να αξιολογηθεί η διαφορά κάθε θεραπείας. Η ανάλυση του κύριου συστατικού (PCA) πραγματοποιήθηκε σύμφωνα με τη μέθοδο των Sun et al. (2018). Κάθε τιμή επεξεργασίας είναι ο μέσος όρος τριών ανεξάρτητων βιολογικών αντιγράφων, εκτός εάν αναφέρεται διαφορετικά.
Αποτελέσματα
Επιδράσεις του εξωγενούς Z-3-HAC στην ανάπτυξη των φυτών, τη σχετική αγωγιμότητα ηλεκτρολυτών και τη σχετική περιεκτικότητα σε νερό υπό πίεση αλατότητας
Ο πρώτος στόχος ήταν να δοκιμαστούν οι επιδράσεις του εξωγενούς Z-3-HAC στην ανάπτυξη των φυτών. Τα σπορόφυτα φυστικιών ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μΜ Z-3-HAC. Στη συνέχεια τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl (το σοκ NaCl δεν συνέβη). Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της θεραπείας με στρες αλατότητας, τα σπορόφυτα που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με Z-3-HAC εμφάνισαν σαφή κορυφαία κυριαρχία σε σύγκριση με τα φυτά που είχαν υποστεί επεξεργασία με νερό υπό κανονικές συνθήκες ανάπτυξης τόσο στο HY20 όσο και στο HY22 (Εικόνα 1C). Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά στο ξηρό βάρος βλαστών και στο φρέσκο βάρος μεταξύ αυτών των θεραπειών (Εικόνες 1Α, Β). Η έκθεση των φυτών σε συνθήκες αλατότητας εμπόδισε την ανάπτυξη των φυτών φιστικιών, όπως υποδεικνύεται από τις σημαντικές μειώσεις στο ξηρό βάρος και στο φρέσκο βάρος των βλαστών κατά 63,39 και 56,94% του HY20 και 19,18 και 32,34% του HY22, αντίστοιχα. Κτυπητά, Το αστάρωμα με Z-3-HAC οδήγησε σε βελτιωμένη ανάπτυξη των φυτών υπό συνθήκες αλατότητας του HY20, όπως υποδεικνύεται από τις σημαντικές αυξήσεις στο ξηρό βάρος και στο φρέσκο βάρος των βλαστών κατά 55,23 και 64,78%, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον έλεγχο αλατότητας. Στο HY22, η προεπεξεργασία Z-3-HAC έδειξε επίσης αυξήσεις στο ξηρό βάρος βλαστών και στο φρέσκο βάρος κατά 18,28 και 25,48%, αντίστοιχα, υπό συνθήκες αλατότητας σε σύγκριση με τον έλεγχο αλατότητας, αν και η διαφορά δεν ήταν σημαντική (Εικόνες 1Α, Β).
Εικόνα 1 . Η εξωγενής εφαρμογή Z-3-HAC προσέδωσε αντοχή στην αλατότητα των φυταρίων φυστικιών. (Α) Βλαστό ξηρό βάρος, (Β) φρέσκο βάρος βλαστών και (Γ) ανάπτυξη δενδρυλλίων φιστικιών υπό πίεση αλατότητας με ή χωρίς αστάρωμα Z-3-HAC. Τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μM Z-3-HAC δύο φορές. Μετά το αστάρωμα, τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl. Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της θεραπείας με στρες αλατότητας, προσδιορίστηκαν το ξηρό βάρος και το φρέσκο βάρος βλαστών και ελήφθησαν φωτογραφίες. Οι ράβδοι είναι οι τυπικές αποκλίσεις (SD) τριών ανεξάρτητων αντιγράφων (n = 3). Οι ετικέτες ράβδων σφάλματος με διαφορετικά γράμματα υποδεικνύουν σημαντικές διαφορές σε p lt; 0,05 μεταξύ των θεραπειών σύμφωνα με τη δοκιμή Duncan.
Σε συμφωνία με τις φαινοτυπικές αλλαγές των δενδρυλλίων φυστικιού, η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC δεν είχε καμία επίδραση στη σχετική αγωγιμότητα ηλεκτρολυτών (REC) και τη σχετική περιεκτικότητα σε νερό (RWC) τόσο του HY20 όσο και του HY22 υπό κανονικές συνθήκες ανάπτυξης. Όπως ήταν αναμενόμενο, το στρες αλατότητας αύξησε σημαντικά το REC κατά 247,90 και 128,83% στα HY20 και HY22, αντίστοιχα, ενώ μείωσε το RWC κατά 15,14 και 18,28% στο HY20 και HY22, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον έλεγχο (Εικόνα 2). Σημειωτέον, το αστάρωμα με Z-3-HAC μείωσε το REC κατά 36,15 και 34,52% ενώ αύξησε το RWC κατά 5,5 και 4,3% υπό τάση αλατότητας σε έντονο αλμυρό έδαφος σε σύγκριση με τον έλεγχο αλατότητάς τους σε HY20 και HY22, αντίστοιχα.
Εικόνα 2 . Επιδράσεις του Z-3-HAC στην (Α) σχετική αγωγιμότητα ηλεκτρολυτών (REC) και (Β) σχετική περιεκτικότητα σε νερό (RWC) των τρίτων πλήρως διογκωμένων φύλλων σε δενδρύλλια φυστικιών υπό στρες αλατότητας. Τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μM Z-3-HAC δύο φορές. Μετά το αστάρωμα, τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl. Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της θεραπείας με στρες αλατότητας, τα φύλλα αποκόπηκαν και προσδιορίστηκαν τα REC και RWC. Οι ράβδοι είναι οι τυπικές αποκλίσεις (SD) τριών ανεξάρτητων αντιγράφων (n = 3). Οι ετικέτες ράβδων σφάλματος με διαφορετικά γράμματα υποδεικνύουν σημαντικές διαφορές σε p lt; 0,05 μεταξύ των θεραπειών σύμφωνα με τη δοκιμή Duncan.
Επιδράσεις του εξωγενούς Z-3-HAC στις παραμέτρους ανταλλαγής αερίων και φθορισμού χλωροφύλλης υπό τάσεις αλατότητας
Τα φυτά που υποβλήθηκαν σε θεραπεία μόνο με στρες αλατότητας εμφάνισαν σημαντικές μειώσεις 50,00 και 47,64% στον καθαρό ρυθμό φωτοσύνθεσης (Pn), σημαντικές μειώσεις 37,14 και 50,13 στη στοματική αγωγιμότητα (Gs) και σημαντικές μειώσεις 52,17 και 45,16 στον ρυθμό διαπνοής (Tr ) σε HY20 και HY22, αντίστοιχα (Εικόνες 3A,C,D), ενώ παρουσίασε σημαντικές αυξήσεις στη διακυτταρική συγκέντρωση CO2 (Ci) κατά 144,03 και 61,61%, αντίστοιχα, στα HY20 και HY22 σε σύγκριση με τον έλεγχο (Εικόνα 3Β). Αντίθετα, το εξωγενές Z-3-HAC ανέστρεψε σημαντικά τις επιβλαβείς επιδράσεις του στρες αλατότητας, όπως φαίνεται από την αύξηση του Pn κατά 72,52% στο HY20 και μια σημαντική αύξηση του Pn κατά 28,83% στο HY22, μια αύξηση του Gs κατά 31,03% στο HY20 και σημαντική αύξηση του Gs κατά 61,77% στο HY22 και σημαντική αύξηση του Tr κατά 109,09 και 35,29%, αντίστοιχα, σε HY20 και HY22, ενώ σημαντική μείωση του Ci κατά 71,39 και 14,38%, αντίστοιχα, σε HY20 και HY22. Η εφαρμογή μόνο του εξωγενούς Z-3-HAC δεν επηρέασε τα Pn, Gs ή Tr σε κανέναν από τους δύο γονότυπους, ενώ το Ci αυξήθηκε σημαντικά κατά 16,98 και 20,71% στα HY20 και HY22, αντίστοιχα.
Εικόνα 3 . Επιδράσεις του Z-3-HAC στην ανταλλαγή αερίων των τρίτων πλήρως διογκωμένων φύλλων σε σπορόφυτα φυστικιών υπό συνθήκες αλατότητας. (Α) Καθαρός φωτοσυνθετικός ρυθμός (Pn), (Β) ενδοκυτταρική συγκέντρωση CO2 (Ci), (C) στοματική αγωγιμότητα (Gs) και (D) ρυθμός διαπνοής (Tr). Τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μM Z-3-HAC δύο φορές. Μετά το αστάρωμα, τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl. Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της επεξεργασίας του στρες αλατότητας, προσδιορίστηκαν οι παράμετροι ανταλλαγής αερίων. Οι ράβδοι είναι οι τυπικές αποκλίσεις (SD) τριών ανεξάρτητων αντιγράφων (n = 3). Οι ετικέτες ράβδων σφάλματος με διαφορετικά γράμματα υποδεικνύουν σημαντικές διαφορές σε p lt; 0,05 μεταξύ των θεραπειών σύμφωνα με τη δοκιμή Duncan.
Το εξωγενές Z-3-HAC δεν είχε σημαντικές επιπτώσεις στη μέγιστη φωτοχημική απόδοση του φωτοσυστήματος II (PSII) (Fv/Fm) και στους δύο γονότυπους. Το στρες αλατότητας μείωσε σημαντικά το Fv/Fm κατά 86,57 και 14,46% στα HY20 και HY22, αντίστοιχα. Και πάλι, το Fv/Fm αυξήθηκε σημαντικά κατά 59,72% στο HY20 και 7,85% στο HY22 όταν τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με Z-3-HAC υπό πίεση αλατότητας (Εικόνα 4Α). Η κατάσταση Fv/Fm σε διαφορετικές επεξεργασίες υποδεικνύεται από ψευδόχρωμες εικόνες των φύλλων. Ομοίως, οι άλλες παράμετροι φθορισμού χλωροφύλλης, όπως η φωτοχημική δραστηριότητα του PSII (Fv′/Fm′), η μη φωτοχημική απόσβεση (NPQ) και η κβαντική απόδοση της φωτοχημείας PSII (ΦPSII), εμφάνισαν παρόμοιες αλλαγές σε σύγκριση με το Fv/ Fm με λίγες εξαιρέσεις όπου το Z-3-HAC απέτυχε να αυξήσει το NPQ και το ΦPSII υπό στρες αλατότητας στο HY20 (Εικόνες 4B,C,E). Η περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη των φύλλων μειώθηκε σημαντικά κατά 44,84% στο HY20 και 39,00% στο HY22 υπό συνθήκες αλατότητας. Αντίθετα, η εφαρμογή του Z-3-HAC έδειξε μια ασήμαντη αύξηση στην περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη κατά 35,85% στο HY20 και 16,78% στο HY22 μετά από έκθεση σε επεξεργασία με αλάτι (Εικόνα 4Δ).
Εικόνα 4 . Επιδράσεις του Z-3-HAC στον φθορισμό χλωροφύλλης και την περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη των τρίτων πλήρως διογκωμένων φύλλων σε δενδρύλλια φιστικιών υπό στρες αλατότητας. (Α) Η μέγιστη φωτοχημική απόδοση του φωτοσυστήματος II (PSII) (Fv/Fm). Ο ψευδής χρωματικός κωδικός που απεικονίζεται στο κάτω μέρος της εικόνας κυμαίνεται από 0 (μαύρο) έως 1 (μωβ). Οι τιμές Fv/Fm απεικονίζονται στο κάτω μέρος κάθε εικόνας. Κάθετη ράβδος = 1 cm. (Β) Η φωτοχημική δραστηριότητα του PSII (Fv′/Fm′), (C) η μη φωτοχημική απόσβεση (NPQ), (D) η συνολική περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη εκφρασμένη σε mg g −1 FW (νωπό βάρος) και (E )η κβαντική απόδοση του PSII (ΦPSII). Τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μM Z-3-HAC δύο φορές. Μετά το αστάρωμα, τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl. Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της επεξεργασίας του στρες αλατότητας, προσδιορίστηκε ο φθορισμός της χλωροφύλλης ως η περιοχή ενδιαφέροντος, ενώ αναλύθηκε και η περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη. Οι ράβδοι είναι οι τυπικές αποκλίσεις (SD) τριών ανεξάρτητων αντιγράφων (n = 3). Εικόνες και ετικέτες ράβδων σφάλματος με διαφορετικά γράμματα υποδεικνύουν σημαντικές διαφορές σε p lt; 0,05 μεταξύ των θεραπειών σύμφωνα με τη δοκιμή Duncan.
Επιδράσεις του εξωγενούς Z-3-HAC στη συσσώρευση ROS και την υπεροξείδωση των λιπιδίων κάτω από το στρες αλατότητας
Οι συσσωρεύσεις δύο αντιπροσωπευτικών ενεργών ειδών οξυγόνου (ROS), των H2O2 και O2 − , ανιχνεύθηκαν χρησιμοποιώντας μεθόδους ιστοχημικής κατανομής. H2O2 και O2 − συσσωρεύτηκαν ελαφρώς μετά την εφαρμογή του Z-3-HAC υπό κανονικές συνθήκες. Η συσσώρευση H2O2 και O2- προκλήθηκε σε υψηλότερα επίπεδα υπό το στρες αλατότητας, αλλά μειώθηκε σε μεγάλο βαθμό από το εξωγενές Z-3-HAC στα HY20 και HY22 (Εικόνες 5A,B). Σύμφωνα με αυτό το αποτέλεσμα, τα ποσοτικά δεδομένα έδειξαν περαιτέρω ότι τόσο το H2O2 όσο και το O2- προκλήθηκαν σημαντικά από το Z-3-HAC και το στρες αλατότητας στα HY20 και HY22. Η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC μείωσε σημαντικά το H2O2 κατά 11,18% στο HY20 και 27,65% στο HY22 και μείωσε σημαντικά το O2 –κατά 31,20% στο HY20 και 13,10% στο HY22 υπό συνθήκες αλατότητας (Εικόνες 5C,E). Αξίζει να σημειωθεί ότι οι συσσωρεύσεις H2O2 και O2 − ήταν πιο έντονες στον ευαίσθητο στο αλάτι γονότυπο HY20 παρά στον ανθεκτικό στο αλάτι γονότυπο HY22.
Εικόνα 5 . Επιδράσεις του Z-3-HAC στη συσσώρευση H2O2, O2- , και περιεκτικότητα σε μηλονοδιαλδεΰδη (MDA) των τρίτων πλήρως διογκωμένων φύλλων σε σπορόφυτα φυστικιών υπό συνθήκες αλατότητας. Τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μM Z-3-HAC δύο φορές. Μετά το αστάρωμα, τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl. Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της θεραπείας με στρες αλατότητας, τα φύλλα αποκόπηκαν και πραγματοποιήθηκε ιστοχημική χρώση (Α) H2O2 (χρώση DAB) και (Β) O2 – (χρώση NBT). Οριζόντια ράβδος = 1 cm. Εν τω μεταξύ, τα φύλλα συλλέχθηκαν για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας (C) H2O2, (D) της περιεκτικότητας σε MDA και (Ε) O2 –περιεχόμενο. Οι ράβδοι είναι οι τυπικές αποκλίσεις (SD) τριών ανεξάρτητων αντιγράφων (n = 3). Οι ετικέτες ράβδων σφάλματος με διαφορετικά γράμματα υποδεικνύουν σημαντικές διαφορές σε p lt; 0,05 μεταξύ των θεραπειών σύμφωνα με τη δοκιμή Duncan.
Η υπεροξείδωση των λιπιδίων των δενδρυλλίων φυστικιού εξετάστηκε σύμφωνα με τη συσσώρευση MDA. Το στρες αλατότητας προκάλεσε σημαντικά την περιεκτικότητα σε MDA κατά 73,18% στο HY20 και 70,32% στο HY22. Σύμφωνα με την επίδραση του Z-3-HAC στη συσσώρευση ROS, το εξωγενές Z-3-HAC μείωσε σημαντικά την περιεκτικότητα σε MDA κατά 30,39% στο HY20 και μείωσε ασήμαντα την περιεκτικότητα σε MDA κατά 17,51% στο HY22 υπό συνθήκες αλατότητας (Εικόνα 5Δ). Αντίθετα, η εκκίνηση μόνο με Z-3-HAC δεν επηρέασε την περιεκτικότητα σε MDA στο HY20 αλλά αύξησε σημαντικά την περιεκτικότητα σε MDA στο HY22 κατά 16,78% σε σύγκριση με τον έλεγχο.
Επιδράσεις του εξωγενούς Z-3-HAC στον αντιοξειδωτικό μεταβολισμό και τη συσσώρευση οσμολυτών υπό το στρες αλατότητας
Η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC αύξησε σημαντικά τη δραστηριότητα της υπεροξειδικής δισμουτάσης (SOD) κατά 18,86% στο HY20, τη δραστηριότητα της υπεροξειδάσης της γουαϊακόλης (G-POD) κατά 25,99% στο HY20 και 36,45% στο HY22 (Εικόνες 6A,B) . Ωστόσο, οι δραστηριότητες της καταλάσης (CAT) και της ασκορβικής υπεροξειδάσης (APX) επηρεάστηκαν ελαφρά μόνο από την εφαρμογή Z-3-HAC και στους δύο γονότυπους (Εικόνες 6C,D). Όπως υπογραμμίστηκε παραπάνω, η εφαρμογή του Z-3-HAC ανέστειλε σημαντικά τη συσσώρευση MDA κατά τη διάρκεια του στρες αλατότητας. Σύμφωνα με αυτά τα αποτελέσματα, το εξωγενές Z-3-HAC οδήγησε σε σημαντική αύξηση στη δραστηριότητα SOD κατά 10,95% στο HY20 και 23,65% στο HY22, στη δραστηριότητα G-POD κατά 35,20% στο HY20 και 57,82% στη δραστηριότητα HY22, στη δραστηριότητα CAT κατά 26,64 % στο HY22 και τη δραστηριότητα APX κατά 18,99% στο HY20 και 16,12% στο HY22 υπό συνθήκες αλατότητας σε σύγκριση με τον έλεγχο επεξεργασίας αλατιού (Εικόνα 6),
Εικόνα 6 . Επιδράσεις του Z-3-HAC στις δραστηριότητες των αντιοξειδωτικών ενζύμων των τρίτων πλήρως διογκωμένων φύλλων σε σπορόφυτα φυστικιών υπό συνθήκες αλατότητας. Τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μM Z-3-HAC δύο φορές. Μετά το αστάρωμα, τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl. Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της θεραπείας με στρες αλατότητας, τα φύλλα συλλέχθηκαν και οι δράσεις της (Α) υπεροξειδικής δισμουτάσης (SOD), (Β) υπεροξειδάσης γουαϊακόλης (G-POD), (C) καταλάσης (CAT) και ( ΡΕ)ασκορβική υπεροξειδάση (APX) αναλύθηκαν. Οι ράβδοι είναι οι τυπικές αποκλίσεις (SD) τριών ανεξάρτητων αντιγράφων (n = 3). Οι ετικέτες ράβδων σφάλματος με διαφορετικά γράμματα υποδεικνύουν σημαντικές διαφορές σε p lt; 0,05 μεταξύ των θεραπειών σύμφωνα με τη δοκιμή Duncan.
Οι οργανικές ενώσεις χαμηλού μοριακού βάρους, όπως τα ολικά διαλυτά σάκχαρα (TSS), η σακχαρόζη και τα ελεύθερα αμινοξέα (FAA), είναι κύρια συστατικά των φυτικών οσμολυτών. Τόσο το στρες αλατότητας όσο και η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC αύξησαν σημαντικά τις συγκεντρώσεις των συνολικών διαλυτών σακχάρων, της σακχαρόζης και των ελεύθερων αμινοξέων και στους δύο γονότυπους. Δύο εξαιρέσεις προήλθαν από τα δεδομένα όπου το στρες αλατότητας αύξησε ασήμαντα την περιεκτικότητα σε TSS στο HY20 και η εφαρμογή του Z-3-HAC απέτυχε να αυξήσει την περιεκτικότητα σε FAA στο HY22 (Εικόνα 7). Συγκεκριμένα, η επεξεργασία του «Z-3-HAC NaCl» είχε σημαντικά υψηλότερες συγκεντρώσεις αυτών των οσμολυτών σε σύγκριση με τον έλεγχο επεξεργασίας άλατος, όπου η συνολική περιεκτικότητα σε διαλυτά σάκχαρα αυξήθηκε κατά 33,41 και 27,17%, η περιεκτικότητα σε σακχαρόζη αυξήθηκε κατά 35,36 και 27,63% και η περιεκτικότητα σε ελεύθερα αμινοξέα αυξήθηκε κατά 24,85 και 32.
Εικόνα 7 . Επιδράσεις του Z-3-HAC στις συγκεντρώσεις των ολικών διαλυτών σακχάρων, σακχαρόζης και ελεύθερων αμινοξέων των τρίτων πλήρως διογκωμένων φύλλων σε φυτάρια φιστικιών υπό στρες αλατότητας. Τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μM Z-3-HAC δύο φορές. Μετά το αστάρωμα, τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl. Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της επεξεργασίας του στρες αλατότητας, τα φύλλα συλλέχθηκαν και προσδιορίστηκαν οι συγκεντρώσεις (Α) ολικών διαλυτών σακχάρων, (Β) σακχαρόζης και (C) ελεύθερων αμινοξέων. Οι ράβδοι είναι οι τυπικές αποκλίσεις (SD) τριών ανεξάρτητων αντιγράφων (n = 3). Οι ετικέτες ράβδων σφάλματος με διαφορετικά γράμματα υποδεικνύουν σημαντικές διαφορές σε p lt; 0,05 μεταξύ των θεραπειών σύμφωνα με τη δοκιμή Duncan.
Επιδράσεις του Εξωγενούς Z-3-HAC στη Μορφολογία της Ρίζας κάτω από το στρες αλατότητας
Για την περαιτέρω κατανόηση των επιδράσεων του Z-3-HAC στο υπόγειο τμήμα των δενδρυλλίων φιστικιών, προσδιορίστηκαν οι παράμετροι μορφολογίας της ρίζας. Χρησιμοποιώντας ένα σύστημα σάρωσης διπλού φακού, μπορέσαμε να εξετάσουμε τα μορφολογικά χαρακτηριστικά της ρίζας διαφόρων θεραπειών. Από μορφολογική άποψη, η καταπόνηση αλατότητας μείωσε τον συνολικό όγκο ρίζας και το συνολικό μήκος της ρίζας σε σύγκριση με τις θεραπείες χωρίς καταπόνηση αλατότητας (Εικόνα 8Α). Τα ποσοτικά δεδομένα έδειξαν περαιτέρω ότι η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC δεν επηρέασε τον συνολικό όγκο ρίζας, το συνολικό μήκος ρίζας, τη μέση διάμετρο της ρίζας ή τη συνολική επιφάνεια ρίζας και στους δύο γονότυπους σε σύγκριση με τον έλεγχο χωρίς αλατότητα, με μόνο μια εξαίρεση όπου το συνολικό μήκος ρίζας μειώθηκε σημαντικά κατά 10,03% στο HY22 (Εικόνα 8C). Για τον ευαίσθητο στο άλας γονότυπο HY20, ο συνολικός όγκος της ρίζας, το συνολικό μήκος ρίζας και η συνολική επιφάνεια της ρίζας μειώθηκαν σημαντικά κατά 53,9766,90 και 57,44%, αντίστοιχα, υπό πίεση αλατότητας, ενώ το μέγεθος της μείωσης ήταν μικρότερο για τον ανθεκτικό σε αλάτι γονότυπο HY22 από ό, τι για το HY20 (Εικόνες 8B,C,E). Η εφαρμογή του Z-3-HAC πριν από την καταπόνηση αλατότητας αύξησε σημαντικά τον συνολικό όγκο της ρίζας κατά 78,37 και 51,11%, αύξησε σημαντικά το συνολικό μήκος ρίζας κατά 116,43 και 56,11% και αύξησε τη συνολική επιφάνεια της ρίζας κατά 53,23 και 81,39% στο HY20 και HY22, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον έλεγχο επεξεργασίας αλατιού. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ των θεραπειών στη μέση διάμετρο της ρίζας (Εικόνα 8Δ). ενώ το μέγεθος της μείωσης ήταν μικρότερο για τον ανθεκτικό σε αλάτι γονότυπο HY22 από ότι για το HY20 (Εικόνες 8B,C,E). Η εφαρμογή του Z-3-HAC πριν από την καταπόνηση αλατότητας αύξησε σημαντικά τον συνολικό όγκο της ρίζας κατά 78,37 και 51,11%, αύξησε σημαντικά το συνολικό μήκος ρίζας κατά 116,43 και 56,11% και αύξησε τη συνολική επιφάνεια της ρίζας κατά 53,23 και 81,39% στο HY20 και HY22, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον έλεγχο επεξεργασίας αλατιού. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ των θεραπειών στη μέση διάμετρο της ρίζας (Εικόνα 8Δ). ενώ το μέγεθος της μείωσης ήταν μικρότερο για τον ανθεκτικό σε αλάτι γονότυπο HY22 από ότι για το HY20 (Εικόνες 8B,C,E). Η εφαρμογή του Z-3-HAC πριν από την καταπόνηση αλατότητας αύξησε σημαντικά τον συνολικό όγκο της ρίζας κατά 78,37 και 51,11%, αύξησε σημαντικά το συνολικό μήκος ρίζας κατά 116,43 και 56,11% και αύξησε τη συνολική επιφάνεια της ρίζας κατά 53,23 και 81,39% στο HY20 και HY22, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον έλεγχο επεξεργασίας αλατιού. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ των θεραπειών στη μέση διάμετρο της ρίζας (Εικόνα 8Δ). και αύξησε τη συνολική επιφάνεια της ρίζας κατά 53,23 και 81,39% στα HY20 και HY22, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον έλεγχο επεξεργασίας αλατιού. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ των θεραπειών στη μέση διάμετρο της ρίζας (Εικόνα 8Δ). και αύξησε τη συνολική επιφάνεια της ρίζας κατά 53,23 και 81,39% στα HY20 και HY22, αντίστοιχα, σε σύγκριση με τον έλεγχο επεξεργασίας αλατιού. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ των θεραπειών στη μέση διάμετρο της ρίζας (Εικόνα 8Δ).
Εικόνα 8 . Επιδράσεις του Z-3-HAC στη μορφολογία των ριζών των δενδρυλλίων φυστικιού υπό συνθήκες αλατότητας. Τα σπορόφυτα ασταρώθηκαν με απεσταγμένο νερό ή 200 μM Z-3-HAC δύο φορές. Μετά το αστάρωμα, τα σπορόφυτα εκτέθηκαν σε καταπόνηση NaCl. Στις 7 ημέρες μετά την έναρξη της θεραπείας με στρες αλατότητας, οι ρίζες πλύθηκαν καλά και σαρώθηκαν. (Α) Μια αντιπροσωπευτική εικόνα εμφανίζεται για κάθε θεραπεία. (Β) Όγκος ρίζας, (C) μήκος ρίζας, (D) μέση διάμετρος ρίζας και (Ε)Η επιφάνεια της ρίζας αναλύθηκε χρησιμοποιώντας το λογισμικό. Οι ράβδοι είναι οι τυπικές αποκλίσεις (SD) τριών ανεξάρτητων αντιγράφων (n = 3). Οι ετικέτες ράβδων σφάλματος με διαφορετικά γράμματα υποδεικνύουν σημαντικές διαφορές σε p lt; 0,05 μεταξύ των θεραπειών σύμφωνα με τη δοκιμή Duncan.
Ανάλυση Κύριων Στοιχείων
Πραγματοποιήθηκε μια ανάλυση κύριου συστατικού (PCA) που ενσωματώνει όλες τις πληροφορίες τεσσάρων θεραπειών (συμπεριλαμβανομένων δύο ποικιλιών, HY20 και HY22). Τα δύο συστατικά του PCA εξήγησαν συλλογικά το 84,81% της μεταβλητότητας των δεδομένων. Το πρώτο PC (PC1) αντιπροσώπευε το 69,12% της συνολικής ποιοτικής διακύμανσης και είχε REC, SOD, FAA και APX με υψηλές θετικές φορτίσεις. Το δεύτερο PC (PC2) αντιπροσώπευε το 15,69% της συνολικής ποιοτικής διακύμανσης και είχε TSS, G-POD, CAT και Fv/Fm με υψηλές θετικές φορτίσεις (Εικόνα 9). TSS, G-POD, CAT, Fv/Fm, FAA, SOD, APX και REC εντοπίστηκαν προς το θετικό άκρο του άξονα PC1 στο πρώτο τεταρτημόριο. Συμπερασματικά, το Fv/Fm και το αντιοξειδωτικό σύστημα, συμπεριλαμβανομένων των δραστηριοτήτων των G-POD, SOD, CAT και APX, ήταν οι πιο σημαντικοί παράγοντες στην απόκριση του Z-3-HAC κάτω από στρες αλατότητας σύμφωνα με την γραφική παράσταση των PC1, PC2. ,
Εικόνα 9 . (Α) Διάγραμμα βαθμολογίας στατιστικής ανάλυσης του πρώτου και του δεύτερου κύριου συστατικού (PC) μετά από ανάλυση PC (PCA) με βάση τις παραμέτρους που συλλέχθηκαν από τέσσερις θεραπείες των HY20 και HY22. (Β) Μεγεθυσμένη προβολή του (Α) που δείχνει τις λεπτομερείς παραμέτρους. Η κατεύθυνση του βέλους υποδεικνύει τη συσχέτιση μεταξύ των χαρακτηριστικών και το μήκος του βέλους υποδεικνύει την ισχύ της συσχέτισης. Μερικές συντομογραφίες: SDW, ξηρό βάρος βλαστών. SFW, σουτ φρέσκο βάρος? Chl, συνολική περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη. TSS, ολικά διαλυτά σάκχαρα. SC, σακχαρόζη; FAA, ελεύθερα αμινοξέα; RV, ριζικός όγκος; RL, μήκος ρίζας. RSA, εμβαδόν επιφάνειας ρίζας.
Συζήτηση
Είναι καλά αποδεκτό ότι το στρες λόγω αλατότητας αναστέλλει σημαντικά την ανάπτυξη των φυτών και επηρεάζει αρνητικά την παραγωγή καλλιεργειών (Cheeseman, 1988; Munns and Tester, 2008; Deinlein et al., 2014; Niu et al., 2018). Την τελευταία δεκαετία, οι ουσίες που ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών έχουν προσαρμοστεί ευρέως από ερευνητικές ομάδες για την ελαχιστοποίηση των καταστροφικών επιπτώσεων του στρες της αλατότητας στα είδη των καλλιεργειών, όπως το πυρίτιο (Zhu et al., 2016), η μελατονίνη (Arora and Bhatla, 2017· Chen et al., 2018) και επιμπρασινολίδη (Wani et al., 2019). Ωστόσο, ο εντοπισμός πιο αποτελεσματικών και φιλικών προς το περιβάλλον ουσιών που ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών είναι δικαιολογημένος.
Ένας αυξανόμενος όγκος βιβλιογραφίας δείχνει ότι τα GLV εκπέμπονται γρήγορα από τα φυτά μετά τον τραυματισμό για να αντιμετωπίσουν το βιοτικό στρες (Yan and Wang, 2006; Heil, 2014; Tanaka et al., 2018). Για μεγάλο χρονικό διάστημα, ωστόσο, υπήρχαν ελάχιστες πληροφορίες σχετικά με το ρόλο που διαδραματίζουν τα GLV στην απόκριση του αβιοτικού στρες των φυτών. Πρόσφατα, οι Cofer et al. (2018) ανέφερε ότι το αστάρωμα με φυσιολογικές συγκεντρώσεις GLV, Z-3-HAC μετρίασε το ψυχρό στρες στα σπορόφυτα αραβοσίτου. Στην παρούσα μελέτη, η βελτιωτική επίδραση του Z-3-HAC σε συνδυασμό με το στρες αλατότητας σε έντονο αλατούχο έδαφος διερευνήθηκε περαιτέρω χρησιμοποιώντας δύο γονότυπους φιστικιών. Από όσο γνωρίζουμε, αυτή είναι η πρώτη φορά που προτάθηκε ο κεντρικός ρόλος του Z-3-HAC στην απόκριση του στρες στην αλατότητα των φυτών.
Σε προηγούμενη εργασία, οι Cofer et al. (2018) ανέφερε ότι το αστάρωμα με Z-3-HAC παρουσιάζει θετική επίδραση στην ανάπτυξη δενδρυλλίων αραβοσίτου υπό ψυχρή καταπόνηση. Ομοίως, η αναστολή της ανάπτυξης ανακουφίστηκε σαφώς με την εφαρμογή Z-3-HAC όπως υποδεικνύεται από το ξηρό βάρος και το φρέσκο βάρος των φυτών όταν τα σπορόφυτα φυστικιών εκτέθηκαν σε στρες αλατότητας σε αυτή τη μελέτη (Εικόνα 1). Συγκεκριμένα, η εφαρμογή του Z-3-HAC μόνο απέτυχε να αυξήσει ή να μειώσει την ανάπτυξη των φυταρίων φυστικιών χωρίς συνθήκες αλατότητας, υποδηλώνοντας ότι μια μέτρια συγκέντρωση Z-3-HAC θα μπορούσε να βοηθήσει στη διάσωση των φυτών από δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες.
Τα φύλλα REC και RWC είναι ζωτικοί δείκτες της βλάβης των φυτών υπό αβιοτική καταπόνηση. Το REC αυξήθηκε, ενώ το RWC μειώθηκε, όταν τα φυτά υπέφεραν από στρες αλατότητας (Yi et al., 2015; Zarza et al., 2016; Niu et al., 2018). Σύμφωνα με αυτά τα ευρήματα, τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι το στρες λόγω αλατότητας οδήγησε σε αυξημένο επίπεδο REC και μείωση του RWC και στους δύο γονότυπους. Επιπλέον, η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC θα μπορούσε να βοηθήσει στη διατήρηση της ακεραιότητας της πλασματικής μεμβράνης των φυτικών κυττάρων, όπως αποδεικνύεται από τη μειωμένη REC και την αυξημένη RWC (Εικόνα 2). Προς υποστήριξη των δεδομένων RWC, η συσσώρευση οσμολυτών, όπως διαλυτά σάκχαρα και ελεύθερα αμινοξέα, παρατηρήθηκε επίσης στην επεξεργασία «Z-3-HAC NaCl» (Εικόνα 7). Η ύπαρξη αυτών των ουσιών μπορεί επίσης να συμβάλει στην υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό στα φύλλα των φυτών, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως (Koffler et al., 2014; Chen et al., 2018; Wang et al., 2018). Τα μέχρι σήμερα ευρήματα υποδηλώνουν την ουσιαστικότητα του Z-3-HAC στην απόκριση του φυτικού άλατος.
Στη συνέχεια, στοχεύσαμε να διερευνήσουμε τον φυσιολογικό μηχανισμό του Z-3-HAC με περισσότερες λεπτομέρειες. Οι παράμετροι ανταλλαγής αερίων έδειξαν ότι το Z-3-HAC μείωσε αποτελεσματικά τη ζημιά στο φωτοσύστημα που προκλήθηκε από το στρες αλατότητας στα σπορόφυτα φυστικιών. Μια αύξηση στο Pn παρατηρήθηκε σε φύλλα που έχουν υποστεί επεξεργασία με Z-3-HAC όταν τα φυτά εκτέθηκαν σε στρες αλατότητας (Εικόνα 3Α). Ωστόσο, μια σημαντικά πιο απότομη μείωση του Ci ανιχνεύθηκε στη θεραπεία «Z-3-HAC NaCl» σε σύγκριση με το στρες αλατότητας μόνο. Έτσι, η αντίστροφη τάση αλλαγής στο Ci σε σύγκριση με το Gs έδειξε ότι οι στοματικοί περιορισμοί δεν ήταν οι περιοριστικοί παράγοντες του ρυθμού του Pn όταν τα σπορόφυτα φυστικιών εκτέθηκαν σε στρες αλατότητας (Εικόνες 3Β, Γ). Γενικά, Οι διαχυτικές (μείωση της αγωγιμότητας της μεσοφύλλης) και οι μεταβολικές (περιορισμοί της φωτοχημείας και των σχετικών ενζύμων) εμπλέκονται σε μη στοματικούς περιορισμούς (Galmés et al., 2007; Varone et al., 2012). Σε αυτό το άρθρο, τα περιεχόμενα των ολικών διαλυτών σακχάρων και σακχαρόζης των φύλλων αυξήθηκαν σημαντικά υπό συνθήκες αλατότητας σε συνδυασμό με επεξεργασία Z-3-HAC (Εικόνες 7Α, Β), καθιστώντας πιθανό ότι η ενισχυμένη φωτοσύνθεση από το Z-3-HAC θα μπορούσε να αποδοθεί στην επιτάχυνση των μεταβολιτών του άνθρακα (Paul and Pellny, 2003). Επιπλέον, τα διαλυτά σάκχαρα και η σακχαρόζη μαζί με τα ελεύθερα αμινοξέα είναι κύρια συστατικά του συστήματος ωσμορύθμισης, τα οποία συνδέονται αλληλεξαρτώμενα με την ανοχή στα αλάτι των φυτών (Rai, 2002; Wang et al., 2013; Puniran-Hartley et al., 2014; Gao et al., 2019). Η συσσώρευση αυτών των οσμολυτών παρατηρήθηκε σε σπορόφυτα επεξεργασμένα με Z-3-HAC τα οποία, κατ’ αρχήν, θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη μείωση της διαπερατότητας της μεμβράνης υπό συνθήκες αλατότητας (Εικόνα 7). Κατά συνέπεια, η βελτίωση της φωτοσυνθετικής απόδοσης και της οσμωτικής συσσώρευσης από το Z-3-HAC θα μπορούσε να αυξήσει περαιτέρω το ξηρό βάρος, το φρέσκο βάρος και την ανάπτυξη του φυτού (Εικόνα 1), ενισχύοντας έτσι την ανοχή στο αλάτι στα σπορόφυτα φυστικιών.
Ο φθορισμός της χλωροφύλλης των φύλλων έχει θεωρηθεί κυρίως ως σημαντικό κριτήριο για την αξιολόγηση του πιθανού τραυματισμού στη φωτοσυνθετική συσκευή (Xia et al., 2009· Ivanov and Bernards, 2015). Τα επίπεδα των Fv/Fm και Fv’/Fm’ βελτιώθηκαν σημαντικά στην επεξεργασία «Z-3-HAC NaCl», υποδηλώνοντας ότι το Z-3-HAC θα μπορούσε να μειώσει τη βλάβη στο φωτοσύστημα υπό συνθήκες αλατότητας και στους δύο γονότυπους (Εικόνες 4Α, Β). Συγκεκριμένα, η επαγωγή Fv/Fm οδήγησε σε αύξηση του ΦPSII και του NPQ μόνο στο HY22 αλλά όχι στο HY20. Η αλλαγή στο ΦPSII θα μπορούσε να αποδοθεί κυρίως στην αύξηση του Fv′/Fm′, υποδηλώνοντας ότι το Z-3-HAC θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση τόσο της χαμηλότερης ζήτησης για NADPH όσο και της υπερβολικής συσσώρευσης ROS (Εικόνα 4Ε). Το υψηλότερο επίπεδο NPQ στην επεξεργασία «Z-3-HAC NaCl» έδειξε ότι το Z-3-HAC παίζει έναν απαραίτητο ρόλο στη διασπορά της φωτεινής ενέργειας (Εικόνα 4Γ). Η ίδια τάση αλλαγής στην περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη έχει παρατηρηθεί και στους δύο γονότυπους, υποδεικνύοντας ότι η εφαρμογή του Z-3-HAC βοηθά στην ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων του στρες αλατότητας στις φωτοσυνθετικές χρωστικές φυστικιών (Εικόνα 4D). Αυτά τα αποτελέσματα βοηθούν να αποσαφηνιστεί ο βαθύς ρόλος του Z-3-HAC στην προστασία της φωτοσυνθετικής συσκευής για την καταπολέμηση του στρες λόγω αλατότητας.
Η συσσώρευση ROS έχει αποδειχθεί ότι είναι δίκοπο μαχαίρι. Ένα συσσωρευμένο σύνολο αποδεικτικών στοιχείων τεκμηριώνει ότι η υπερβολική συσσώρευση ROS θα μπορούσε να βλάψει το φωτοσύστημα και τη μεμβράνη πλάσματος, ενώ η μέτρια επαγωγή ROS από βιοτικό στρες ή αβιοτικό στρες μπορεί να είναι ένα κρίσιμο μήνυμα για να προειδοποιήσει τα φυτά για περαιτέρω ανταπόκριση (Neill et al., 2002 Mittler et al., 2004· Miller et al., 2008· Baxter et al., 2014· Qi et al., 2017· Waszczak et al., 2018). Επομένως, προσδιορίσαμε τις συσσωρεύσεις δύο αντιπροσωπευτικών ROS, H2O2 και O2 − χρησιμοποιώντας μεθόδους ιστοχημικής κατανομής και χημικής ποσοτικής ανάλυσης. Οι συσσωρεύσεις Η2Ο2 και Ο2 −ανιχνεύθηκαν και στους δύο γονότυπους υπό συνθήκες αλατότητας, ενώ η εφαρμογή του Z-3-HAC μείωσε σε μεγάλο βαθμό το επίπεδο ROS. Επιπλέον, η μείωση του επιπέδου ROS συνοδεύτηκε από τη μειωμένη περιεκτικότητα σε MDA, υποδεικνύοντας ότι το Z-3-HAC ενίσχυσε την ικανότητα σάρωσης ROS στα φύλλα φυστικιού (Εικόνα 5). Είναι ενδιαφέρον ότι H2O2 και O2 −παρατηρήθηκαν επίσης μετά την εφαρμογή του Z-3-HAC υπό κανονικές συνθήκες ανάπτυξης. Η περιεκτικότητα σε MDA ελάχιστα επηρεάστηκε στο HY20 αλλά ήταν ελαφρώς αυξημένη στο HY22. Ωστόσο, η αύξηση δεν ήταν επαρκής για να προκαλέσει οποιαδήποτε ζημιά στα σπορόφυτα σύμφωνα με τα στοιχεία της παρούσας εργασίας. Έτσι, συμπεραίνουμε ότι το ROS που προκαλείται από το Z-3-HAC είναι πιο πιθανό να είναι ένα σήμα, παρά μια επιβλαβής ουσία, ως απόκριση στο στρες αλατότητας. Στην πραγματικότητα, το H2O2 που προκαλείται από ουσίες που ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών έχει συχνά αναφερθεί ότι εμπλέκεται σε αποκρίσεις σηματοδότησης αβιοτικών φυτών (Zhou et al., 2014; Xia et al., 2015; Dietz et al., 2016; Choudhury et al., 2017). Επομένως, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την αποσαφήνιση των λεπτομερών μηχανισμών μεταγωγής σήματος Z-3-HAC.
Είναι καλά αποδεκτό ότι το SOD καταλύει τη δυσαναλογία του απλού οξυγόνου και παράγει H2O2 (Li et al., 2015). Παρατηρήσαμε ότι ο ευαίσθητος στο άλας γονότυπος φυστικιού HY20 είχε υψηλότερα επίπεδα δραστικότητας SOD από τον ανθεκτικό στο αλάτι γονότυπος φυστικιού μετά την εφαρμογή του Z-3-HAC υπό κανονικές συνθήκες ανάπτυξης (Εικόνα 6Α). Από αυτή την άποψη, η μεγαλύτερη συσσώρευση H2O2 στο HY20 μπορεί να είναι αποτέλεσμα ενεργοποιημένου SOD. Η ανακουφιστική επίδραση του εξωγενούς Z-3-HAC στο οξειδωτικό στρες των φύλλων επιβεβαιώθηκε περαιτέρω από τις ενισχυμένες δραστηριότητες των G-POD, CAT και APX, όπου η θεραπεία “Z-3-HAC NaCl” επεξεργάστηκε υψηλότερες δραστηριότητες αυτών των αντιοξειδωτικών ενζύμων σε σύγκριση με με άλλες θεραπείες και στους δύο γονότυπους (Εικόνες 6Β–Δ). Αυτά τα αποτελέσματα είναι συνεπή με τα δεδομένα ROS και υποστηρίζουν την ιδέα ότι το Z-3-HAC θα μπορούσε να ανακουφίσει το οξειδωτικό στρες των φύλλων τροποποιώντας το αντιοξειδωτικό σύστημα.
Για να διερευνηθούν οι μηχανισμοί που διέπουν τη βελτιωτική επίδραση του Z-3-HAC στην αναστολή της ανάπτυξης των ριζών που προκαλείται από το στρες αλατότητας, χαρακτηρίστηκε περαιτέρω η μορφολογία της ρίζας. Όπως ήταν αναμενόμενο, το στρες αλατότητας κατέστειλε την ανάπτυξη των ριζών και μείωσε τον συνολικό όγκο της ρίζας, το συνολικό μήκος της ρίζας και την επιφάνεια της ρίζας. Ωστόσο, η μέση διάμετρος της ρίζας ελάχιστα επηρεάστηκε από το στρες αλατότητας (Εικόνα 8). Η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC προκάλεσε σημαντικά τον συνολικό όγκο ρίζας, το συνολικό μήκος της ρίζας και την επιφάνεια της ρίζας και στους δύο γονότυπους σε σύγκριση με τη θεραπεία μόνο με το στρες αλατότητας, παρέχοντας αδιαμφισβήτητες ενδείξεις ότι το πτητικό πράσινο φύλλο Z-3-HAC θα μπορούσε να προστατεύσει και τα δύο υπέργεια και το υπόγειο τμήμα των δενδρυλλίων έναντι ζημιών από το στρες αλατότητας.
Συμπερασματικά, τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι το αστάρωμα με το πράσινο φύλλο πτητικό Z-3-HAC εξασθένησε τη φωτοαναστολή και την αναστολή ανάπτυξης που προκαλείται από το στρες αλατότητας τόσο σε ευαίσθητα στο αλάτι όσο και σε ανθεκτικά στο αλάτι δενδρύλλια φυστικιών. Η εξωγενής εφαρμογή του Z-3-HAC ανακούφισε το οξειδωτικό στρες σε συνθήκες αλατότητας ενισχύοντας τα αντιοξειδωτικά συστήματα, με αποτέλεσμα χαμηλότερα επίπεδα ROS σε σύγκριση με τα φυτά χωρίς εκκίνηση. Επιπλέον, η τροποποίηση των οσμολυτών, όπως τα ολικά διαλυτά σάκχαρα, η σακχαρόζη και τα περιεχόμενα ελεύθερων αμινοξέων, και η τροποποίηση της μορφολογίας της ρίζας βρέθηκαν να σχετίζονται στενά με τις παραπάνω φυσιολογικές αποκρίσεις. Αυτή η μελέτη προωθεί μια πιο ολοκληρωμένη κατανόηση των βελτιωτικών λειτουργιών των πτητικών πράσινων φύλλων κάτω από το στρες αλατότητας.
Διαθεσιμότητα δεδομένων
Όλα τα σύνολα δεδομένων που δημιουργήθηκαν για αυτήν τη μελέτη περιλαμβάνονται στο χειρόγραφο.
Συνεισφορές Συγγραφέων
Οι TS, ST και RG συνέλαβαν και σχεδίασαν τα πειράματα. Οι XX Z, XJ Z, XY και YZ πραγματοποίησαν τα πειράματα και ανέλυσαν τα δεδομένα. DC, MW και YW πραγματοποίησαν τις αναλύσεις. Οι TS, ST και RG συνέβαλαν στη συγγραφή του χειρογράφου και πραγματοποίησαν την τελική επεξεργασία του χειρογράφου.
Χρηματοδότηση
Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε οικονομικά από το Εθνικό Πρόγραμμα Ερευνών και Ανάπτυξης της Κίνας (2018YFD0201007), το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (Αρ. Έργου 31771732), το Σύστημα Έρευνας Γεωργίας της Κίνας (CARS-14), την Επαρχιακή Σύγχρονη Γεωργική Βιομηχανική Τεχνολογία της Σαντόνγκ ( SDAIT-04-05), και το Opening Foundation of Shandong Provincial Crop Varieties Improvement (2017LZGC003).
Δήλωση Σύγκρουσης Συμφερόντων
Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευθούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.
Πράσινα φύλλα πτητικά, Z-3-HAC, αστάρωμα, αντοχή στην αλατότητα, φιστίκι