Paradicsom sóstressz akklimatizációjának javítása szalicilsav előkezeléssel: a reaktív oxigénformák és a nitrogén-monoxid szerepe

Gémes Katalin
Paradicsom sóstressz akklimatizációjának javítása szalicilsav előkezeléssel: a reaktív oxigénformák és a nitrogén-monoxid szerepe.
Doktori értekezés, Szegedi Tudományegyetem.
(2011)

[img]
Előnézet
PDF (disszertáció)
Download (5MB)
[img]
Előnézet
PDF (tézis)
Download (208kB)
[img]
Előnézet
PDF (tézis)
Download (153kB)

Magyar nyelvű absztrakt

A sóstressz világszerte az egyik legjelentősebb stresszféleség, a mezőgazdasági termelés egyik limitáló tényezője, ami a növényekben felborítja a szövetek ionhomeosztázisát és hiperozmotikus stresszt okoz. A paradicsom nagyüzemi termelése gyakran óriási üvegházakban, talajnélküli kultúrákban történik. Ezek a növények sokszor érzékenyebbek a különböző abiotikus (pl. sóstressz) és biotikus stresszhatásokra, mint a hasonló korú, talajban növekvő növények. A paradicsomtermelő országok közül egyes helyeken, pl. Spanyolországban és Izraelben, sokszor magas sótartalmú öntözővíz áll rendelkezésre. Ezért a paradicsom sóstressz rezisztenciájának fokozására komoly összegeket fordítanak. A sótolerancia eléréséhez az egyik lehetséges megoldást a termesztett növények védekező mehanizmusainak kémiai előkezeléssel történő indukálása jelentheti. Ilyen lehet a szalicilsavval (SA) történő exogén előkezelés. A külsőleg alkalmazott SA sóstresszel szembeni rezisztenciát fokozó hatásáról bebizonyosodott, hogy az nagymértékben függ a kezelés módjától, a növény fejlődési stádiumától és az alkalmazott koncentráció nagyságától. Kutatócsoportunk korábbi eredményei alapján elmondható, hogy alacsonyabb SA koncentrációk alkalmazásával (10-7 M és 10-4 M) olyan edzési eljárás dolgozható ki, ami lehetővé teszi a sóstresszel (100 mM NaCl) szembeni rezisztencia kialakítását talaj nélküli kultúrákban nevelt paradicsom növényben (Szepesi és mtsai, 2009.). A korábbi kutatási eredmények alapján megállapítható, hogy a 10-4 M-os koncentrációjú, hosszú időtartamú SA előkezelés javítja a paradicsom sóstressz rezisztenciáját (Tari és mtsai. 2002.), a 10-7 M-os koncentráció nem hatásos, míg a 10-3 M-nál nagyobb SA koncentrációk a növények pusztulását okozzák. Az előkezelések hatására indukálódik az abszcizinsav (ABS) bioszintézis, de az ABS koncentrációja csak a 10-4 M-os SA előkezelést kapott növényekben marad tartósan magas. Az előkezelést követő sóstressz akklimatizáció során aktiválódnak az antioxidáns enzimek is, mint például az aszkorbát-peroxidáz (APX), a szuperoxid-dizmutáz (SOD), a kataláz (KAT) valamint a glutation S-transzferáz (GST) (Szepesi és mtsai. 2009.). A sikeresen akklimatizálódó a 10-4 M SA-val előkezelt növények levelében megemelkedik a putreszcin (Put), gyökerekben a spermidin (Spd) és a spermin (Spm) szintje, ami által a halofita növényekre jellemző poliamin spektrum alakul ki (Szepesi és mtsai. 2009.). Munkám során célom volt annak megállapítása, hogy milyen biokémiai és fiziológiai folyamatok állnak a széles koncentráció intervallumban alkalmazott SA előkezelések hátterében. Vizsgáltam, hogy az egyes SA előkezelések hogyan befolyásolják a különböző stresszrezisztencia markereket, a növekedésszabályozó anyagok közül az etilén és a poliaminok szöveti koncentrációját, valamint a ROS és NO akkumulációját az előkezelések ideje, azaz a „priming” alatt és mindez miképp járul hozzá/hozzájárul-e a sóstresszel szembeni rezisztencia kialakításához, vagy ellenkező esetben a növényi egyedek pusztulásához. A SA sóstressz akklimatizációt fokozó hatásának egyik oka az ozmotikus adaptáció kialakulása, mely szorosan összefügg a cukrok akkumulációjával. Mivel a cukrok akkumulációja szorosan kapcsolódhat a fotoszintetikus folyamatokkal, megnéztük, hogyan változnak az „edződés” alatt a fotoszintézissel kapcsolatos fiziológiai markerek és mindez hogyan járul hozzá a sikeres akklimatizáció kialakulásához. A SA magas koncentrációban (10-3 M SA) csökkentette a sztómakonduktanciát és ezáltal a CO2 asszimiláció sebességét a kontrollhoz képest. Ezzel ellentétben a sztómakonduktancia átmeneti gátlása a 10-4 és a 10-7 M-os SA-val kezelt paradicsom növényeknél a 3 hetes előkezelés végére megszűnt a nevelési fényintenzitáson. A SA alacsonyabb koncentrációinál nem alakult ki különbség a fotoszintetikus pigmentek mennyiségében, illetve a klorofill a fluoreszcencia indukciós paraméterekben sem az előkezelés ideje alatt. A sóstressz önmagában erőteljes sztómazáródást eredményezett, csökkentette a klorofill-a, a klorofill-b, valamint a karotinoidok mennyiségét, gátolta a fotoszintézis primer fotokémiai folyamatait, csökkentette az összcukortartalmat és mérsékelte a CO2 asszimiláció sebességét is. Ezzel szemben a 10-4 M SA-val előkezelt növényekben a sókezelt kontrollhoz képest növekedett a fotoszintézis hatékonysága, a fotoszintetikus pigmentek mennyiségének fokozásán, a sztómakonduktancia és a CO2 asszimiláció sebességének növelésén keresztül, ami mellett az összcukor mennyiségének növekedése a növények gyökerében, a hatékony fotoszintézis mellett hozzájárult a sikeres akklimatizáció szempontjából fontos ozmotikus adaptáció kialakulásához. A különböző növekedésszabályozó anyagok, úgy mint az etilén és a poliaminok, koncentrációtól függően szabályozhatják az akklimatizációs folyamatokat. A SA magasabb koncentrációi közül a 10-3 M-os SA nagymértékben növelte a növények gyökerének etilénprodukcióját, putreszcin és spermidin akkumulációját, ami ezen koncentráció esetében hozzájárult a növények gyökérszöveteinek elhalásához. Hosszú távon, az előkezelés ideje alatt a 10-4 M-os SA kismértékben megemelte az etilénprodukciót a növények gyökerében, 100 mM-os sókitettség mellett azonban csökkentette azt, ezáltal is hozzájárulva a sikeres akklimatizáció kialakulásához. A SA koncentrációtól függően oxidatív stresszt indukálhat. Az oxidatív stressz során keletkező reaktív oxigénformák koncentrációtól függően determinálhatják a növények állapotát: elősegíthetik az akklimatizációs folyamatokat, vagy részt vehetnek a programozott sejthalál (PCD) kialakulásában. A SA ugyanakkor indukálhatja a NO szintézisét is, mely molekula szintén lehet toxikus, vagy védő hatású. Rövid távon a 10-3 M-os SA jelentősen növelte a növények levelének H2O2 tartalmát, valamint a gyökerek ROS és NO szintjét, és ezzel párhuzamosan csökkentette az apikális gyökérsejtek életképességét. Hosszú távon, az „edződés” alatt, a 10-4 M-os SA emelte az apikális gyökérsejtek ROS szintjét, a NO produkcióban azonban az előkezelés végére nem különböztek egymástól a kontroll és az előkezelt növények. Sókezelés hatására jelentősen megemelkedett a szövetek ROS (H2O2) és NO produkciója, az előkezelt növények, különösen a 10-4 M-os esetében azonban mind a NO, mind a H2O2 tartalomban a kontroll növényekéhez hasonlót mértünk. A különböző kezelések hatására keletkező ROS (H2O2) és NO közötti interakciók modellezésére mezofill protoplasztokat használtunk, ahol egyrészt vizsgáltuk a különböző SA koncentrációk, a 100 mM-os NaCl, másrészt a sejthalál kivédésére szolgáló növekedésszabályozó anyagok, a poliaminok, ABS és az etilén prekurzoraként szolgáló, PCD-t indukáló ACC hatását a protoplasztok életképességére, illetve azt, hogy hogyan függ ez össze a kezelések hatására a ROS (H2O2) és NO tartalomban mért változásokkal. Mivel a szakirodalomban utalást találtunk arra, hogy a NO és a H2O2 szoros kölcsönhatásban szabályozhatja a másik szöveti koncentrációját, megvizsgáltuk, hogy a ROS (H2O2) akkumulációja, majd ennek gátlása DPI-vel a sejtekben hogyan hat a NO produkcióra. Ugyancsak mértük, hogy ezen molekulák jelenlétében, illetve hiányában hogyan változik a sejtek életképessége. A 10-3 M-os SA, illetve sókezelés hatására mind a ROS (H2O2), mind a NO szintje szignifikánsan megemelkedett, és ezzel együtt a sejtek életképessége drámaian csökkent. DPI hatására azonban nőtt a sejtek vitalitása, és a ROS (H2O2) termelődésének gátlása mellett szignifikánsan mérséklődött a NO produkció is. Az alacsony koncentrációjú SA kezelések (10-4, 10-7 M) protoplasztok esetében is mérsékelten megemelték a ROS (H2O2) produkciót, a sejtek életképessége azonban a kontrollhoz hasonló maradt. A SA kezelések sóstressz alatt csökkentették a sóindukált ROS és NO produkciót,és a kontrollhoz hasonló vitalitást eredményeztek. A PA-ok hatása a sejtek életképességére, a ROS (H2O2) és a NO termelődésére különböző volt. A Put a protoplasztok életképességét nem befolyásolta, míg Spd és Spm esetében az életképesség a sejtek ROS (H2O2) tartalmával fordított arányosságban változott, azaz jelentősen csökkent a kontroll protoplasztokhoz képest. A NO szint a poliamin kezelések hatására szintén fokozódott, a kezelések mellé alkalmazott DPI azonban kontroll szintre mérsékelte a sejtek ROS (H2O2) és NO produkcióját. Az ABS csak átmenetileg csökkentette a sejtek vitalitását, amivel párhuzamosan indukálta mind a ROS, mind a NO szintézisét. DPI hatására azonban a ROS (H2O2) és a NO mennyisége is csökkenő tendenciát mutatott. Tudomásunk szerint jelen értekezés az első, mely kísérletesen igazolja a különböző hatást eredményező SA koncentrációk hátterében meghúzódó biokémiai és fiziológiai folyamatok idő függvényében történő összehasonlítását az előkezelések, azaz a „priming” alatt, ami lehetővé teszi azoknak a fiziológiai markereknek a kiemelését, amelyek meghatározóak lehetnek a sóstresszel szembeni sikeres akklimatizáció, vagy éppen a sejthalál kialakulása szempontjából.

Mű típusa: Disszertáció (Doktori értekezés)
Doktori iskola: Biológia Doktori Iskola
Tudományterület / tudományág: természettudományok > biológiai tudományok
Magyar cím: Paradicsom sóstressz akklimatizációjának javítása szalicilsav előkezeléssel: a reaktív oxigénformák és a nitrogén-monoxid szerepe
Idegen nyelvű cím: Improving effect of salicylic acid pre-treatments on the acclimation of tomato to salt stress: the role of reactive oxygen species and NO
Témavezető(k):
Témavezető neveBeosztás, tudományos fokozat, intézményEmail
Dr. Tari Irmatanszékvezető egyetemi docens, kandidátus, SZTE Növénybiológiai Tanszéktari@bio.u-szeged.hu
EPrint azonosító (ID): 703
Publikációban használt név : Gémes Katalin
A mû MTMT azonosítója: 2774782
doi: 10.14232/phd.703
A feltöltés ideje: 2011. jún. 03. 06:51
Utolsó módosítás: 2017. jún. 23. 14:02
Egyebek (raktári szám): B 4890
URI: http://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/703
Védés állapota: védett

Actions (login required)

Tétel nézet Tétel nézet

Letöltések

Letöltések havi bontásban az elmúlt egy évben