اثر اسید سالیسیلیک و اسید جاسمونیک در القای تنش اکسیداتیو، افزایش مقاومت و عملکرد در سرخارگل

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شاهرود

2 عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی شاهرود

3 دانشیار دانشکده ی کشاورزی دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

سابقه و هدف: در زراعت گیاهان دارویی تولید متابولیت‌ها بسیار حائز اهمیت می‌باشد. از این رو استفاده از برخی مواد در جهت افزایش رشد و میزان تولید متابولیت‌های ثانویه مورد توجه واقع شده است. الیسیتور‌ها به طور کارآمدی برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه در گیاهان دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرند. الیسیتور‌ها می‌توانند تغییرات فیزیولوژیکی را در گیاه القا نمایند. استعمال خارجی ترکیباتی مثل اسید جاسمونیک و اسید سالیسیلیک باعث القا تنش کاذب در گیاه شده و پاسخ‌های دفاعی آن را بر می‌انگیزد. گیاه در پاسخ به تنش اکسیداتیو ایجاد شده، میزان بیان ژن‌های آنتی‌اکسیدانی را زیاد نموده و بدنبال آن، فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های آنزیمی و غیر‌آنزیمی (اغلب جنبه‌ی دارویی دارند) افزایش پیدا می‌کند. بنابراین هدف از انجام این آزمایش، بررسی اثر اسید سالیسیلیک و اسید جاسمونیک در القای تنش اکسیداتیو، و افزایش مقاومت و عملکرد در سرخارگل بود.
مواد و روش‌ها: آزمایش حاضر در سال زراعی 1395-1394 در دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی شاهرود در سه تکرار و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با 12 تیمار انجام شد. تیمار‌های آزمایشی شامل محلول‌پاشی با چهار غلظت اسید جاسمونیک (0، 5 20 و 50 میکرومولار)، سه غلظت اسید سالیسیلیک (0، 5/0 و 1 میلی‌مولار) و محلول‌پاشی هر دوی آن‌ها [ (5ja-0.5 sa, 20 ja-0.5 sa و 50 ja- 0.5 sa) و (5ja-1 sa, 20 ja-1 sa و 50 ja- 1sa)] با فاصله زمانی 10 روز از زمان ورود به فاز زایشی بود، که در سه نوبت تکرار گردید.. القای تنش اکسیداتیو از طریق اندازه‌گیری فعالیت NADPH اکسیداز و غلظت پراکسید هیدروژن، افزایش مقاومت از طریق اندازه‌گیری فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی از جمله کاتالاز، گایاکول پراکسیداز، پلی‌فنل اکسیداز و آسکوربات پراکسیداز و فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های غیر آنزیمی از جمله فنل کل و اسید آسکوربیک گلبرگ نشان داده شد؛ در نهایت تأثیرپذیری پروتئین محلول برگ، کلروفیل a و b، وزن خشک برگ و عملکرد وزن خشک گل از محلول‌پاشی سنجیده شد.
یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که محلول‌پاشی کلیه صفات مورد بررسی را به طور معنی‌داری تحت تأثیر قرار داد.
بیشترین میزان فعالیت NADPH اکسیداز در تیمار 20ja-1 sa مشاهده شد که 6/1 برابر شاهد بود. بیشترین غلظت پراکسید‌هیدروژن در تیمار‌های پنج میکرو‌مولار اسید جاسمونیک و نیم میلی‌مولار اسید سالیسیلیک مشاهده شد. بیشترین میزان فعالیت آنزیم کاتالاز در تیمار 20 میکرو‌مولار اسید جاسمونیک با میانگین 021/0 میکرومول بر دقیقه بر گرم وزن تر بافت مشاهده شد. بیشترین و کمترین میزان فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز در برگ به ترتیب در تیمار 20 میکرو‌مولار اسید جاسمونیک-یک میلی‌مولار اسید سالیسیلیک و تیمار شاهد با میانگین 205/0 و 038/0 میکرومول بر دقیقه بر گرم بافت بدست آمد. بیشترین میزان فعالیت آسکوربات پراکسیداز به تیمار 20 میکرو‌مولار اسید جاسمونیک-یک میلی‌مولار اسید سالیسیلیک با میانگین 29/0 میکرو‌مول بر دقیقه بر گرم بافت تر برگ تعلق داشت که تقریباً 2 برابر شاهد بود. بیشترین میزان فنل کل در تیمار نیم میلی-مولار اسید سالیسیلیک مشاهده شد که حدود 68/3 برابر شاهد بود. بالاترین میزان اسید آسکوربیک در شرایط اعمال تیمار پنج میکرو‌مولار اسید جاسمونیک -نیم‌میلی‌مولار اسید سالیسیلیک حاصل گردید که 68/4 برابر شاهد بود.
نتایج: الیسیتور‌ها شبکه‌ای از ترارسانی علامت را القا می‌کنند که با تشخیص مولکول‌های الیسیتور توسط پذیرنده شروع می‌شوند، بدنبال آن اسیدی شدن سیتوپلاسم و افزایش pH خارج سلول را سبب می‌گردند؛ فعالیت NADPH اکسیداز مسئول تولید گونه‌های اکسیژن فعال افزایش یافت و تولید پراکسید هیدروژن یکی از گونه‌های فعال اکسیژن افزایش یافت، فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های آنزیمی و غیر‌آنزیمی از جمله میزان فنل‌ها و اسید آسکوربیک افزایش یافت. افزایش فعالیت سیستم‌های دفاعی در گیاه باعث بوجود آمدن شرایط مطلوب برای فعالیت‌های ساخت و ساز گیاه نظیر افزایش میزان کلروفیل‌های a و b و افزایش میزان پروتئین محلول و در نهایت افزایش وزن خشک برگ و گل گیاه گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of salicylic acid and jasmonic acid on induction of oxidative stress, increasing resistance and yield of Echinacea

نویسندگان [English]

  • fatemeh rasouli 1
  • Manoochehr Gholipoor 2
  • Kambiz Jahanbin 1
  • Hamid Reza Asghari 3
1 shahrood university
2 Shahrood University
3 Sharood University
چکیده [English]

Background and objectives: The production of metabolites in medicinal plants farming is very important. Therefore, the application of some materials for increasing growth and production of secondary metabolites has driven attention. Elicitors are efficiently applied for increasing secondary metabolites production in medicinal plants. Elicitors can induce physiological changes in plant. Exogenous application of the compounds like jasmonic acid and salicylic acid causes induction of virtual stress in plant and triggers defensive responses. In response to created oxidative stress, plant increases the expression of antioxidant genes followed by an increase in activity of enzymatic and non-enzymatic antioxidants (mostly have medicinal properties). Accordingly, this experiment was aimed at studying the jasmonic acid and salicylic acid effects on induction of oxidative stress and increasing resistance and yield of Echinacea.
Materials and methods: The present experiment was conducted as randomized complete blocks design with 12 treatments and three replications in Agriculture Faculty of Shahrood University of Technology in 2015-2016. Experimental treatments were spraying the jasmonic acid with 4 concentrations (0, 5, 20 and 50 micromolar), the salicylic acid with 3 concentrations (0, 5.0 and 1 milimolar) and spraying both of them [(5ja-0.5 sa, 20 ja-0.5 sa and 50 ja- 0.5 sa) and (5ja-1 sa, 20 ja-1 sa and 50 ja- 1sa)] three times with ten-day intervals, starting from reproductive stage initiation. The induced oxidative stress was presented by measuring NADPH oxidase activity and oxygen peroxide concentration, increasing resistance measured by antioxidant enzymes activity including catalase, guaiacol peroxidase, poly phenol oxidase, ascorbate peroxidase, and non-enzymatic antioxidant activity including total phenol and petal ascorbic acid; finally, the reaction of leaf soluble protein, chlorophyll a and b, leaf dry weight and dry flower yield to spraying was measured.
Results: The analysis of variance results indicated that spraying affected significantly all studied traits. The highest amount of NADPH oxidase was observed for treatment 20ja-1sa which was 1.6 times of control. The highest concentration of oxygen peroxide was seen for treatments 5 micromolar jasmonic acid and 0.5 milimolar salicylic acid. The top amount of catalase enzyme activity was found for 20 micromolar jasmonic acid treatment with an average of 0.021 micromole per minute per gram fresh tissue. The highest and the lowest activity of leaf guaiacol peroxidase were observed for 20 micromolar jasmonic acid-1 milimolar salicylic acid and control treatments, with average of 0.205, and 0.038 micromole per minute per gram tissue, respectively. The top value of ascorbate peroxidase activity was found for 20 micromolar jasmonic acid-1 milimolar salicylic acid treatment with an average of 0.29 micromole per minute per gram fresh leaf tissue, which was almost twofold of control. The greatest amount of total phenol was obtained for 0.5 milimolar salicylic acid which appeared to be 3.68 times of control. The greatest amount of ascorbic acid was observed for five micromolar jasmonic acid-0.5 milimolar salicylic acid treatment which appeared to be 4.68 times of control.
Conclusion: Elicitors induce the transduction signal network. Following that, cytoplasm acidification and increase in amount of extra cellular pH take place. The NADPH oxidase activity, responsible for production of reactive oxygen species, increased and production of H2O2, one of the reactive oxygen species, got enhanced. The activity of enzymatic and non-enzymatic antioxidants such as phenols and acid ascorbic concentrations promoted. Increasing the activity of defense systems in plant causes the creation of favorable conditions for construction activities such as enhancing the amount of chlorophyll a and b, and soaring soluble protein content and finally increasing the weight of leaf and flower of plant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Enzymatic antioxidant
  • non-enzymatic antioxidant
  • soluble protein
  • chlorophyll
1. Ahmadi Moghadam, Y., Piri, K.H.,
Bahramnejad, B., and Habibi, P. 2013.
Methyl jasmonate and salicylic acid
effects on the dopamine production in
hairy cultures of Portulaca oleracea
(purslan). Bull. Env. Pharmacol. Life
Sci., 2: 89-94.
2. Apel, K., and Hirt, H. 2004. Reactive
oxygen species: metabolism, oxidative
stress and signal transduction. Plant
Biol., 55: 373-399.
3. Ardakani, M., and Nadvar, A. 2008.
Practical principles and technique for
plant science proficient. Tehran
University Press, 145p. (In Persian)
4. Arnon, D.I. 1949. Copper enzymes in
isolated chloroplasts: polyphenoloxidase
in Beta vulgaris. Plant Physiol.
Rockville., 24: 1-24.
5. Blokhina, O., Virolainen, E., and
Fagerstedt, K.V. 2003. Antioxidant,
oxidative damage and oxygen
deprivation stress: a review. Ann. Bot.,
91: 179-194.
6. Bradford, M.M. 1976. A rapid and
sensitive method for the quantitation of
microgram quantities of protein utilizing
the principle of protein-dye binding.
Anal. Biochem., 72: 248-254.
7. -Cakmak, I., and Marschner, H. 1992.
Magnesium deficiency and high light
intensity enhance activities of
superoxide dismutase, ascorbate
peroxidase, and glutathione reductase in
bean leaves. Plant Physiol., 98: 1222-
1227.
8. Capitani, F., Biondi, S., Falasca, G.,
Ziosi, V., Balestrazzi, A., Carbonera, D.,
Torrigiani, P., and Altamura, M. 2005.
Methyl jasmonate disrupts shoot
formation in tobacco thin cell layers by
over-inducing mitotic activity and cell
expansion. Planta., 220: 507-519.
9. Chance, B., and Maehly, A.C. 1955.
Assay of catalases and peroxidases.
Methods Enzymol., 11: 764-755.
10. Chan, Z., and Tian, S. 2006. Induction
of H2O2 metabolizing enzyme and total
protein synthesis by antagonistic yeast
and salicylic acid in harvested sweet
cherry. Postharvest Biol. Technol., 39:
314-320.
11. Cheryl Kaiser, C., Geneve, R., and
Ernst, M. 2015. Echinacea. University
of Kentucky Press, USA, 50p.
12. Chen, J., Cheng, Z., and Zhong, S.
2007. Effect of exogenous salicylic acid
on growth and H2O2- metabolizing
enzymes in rice seedlings lead stress. J.
Environ. Sci., 19: 44-49.
13. Comparot, S.M., Graham, C.M., and
Reid, D.M. 2002. Methyl jasmonate
elicits a differential antioxidant response
in light and dark grown canola (Brassica
napus) roots and shoots. J. Plant Growth
Reg., 38: 21-30.
14. Creelman, R.A., and Mullet, I.E. 1997.
Biosynthesis and action of jasmonate in
plants. Ann. Rev. Plant Physiol., 48:
355-381.
15. Debnam, P.M., Fernie, A.R., Leisse, A.,
Golding, A., Bowsher, C.G., Grimshaw,
C., Knight, J.S., and Emes, M.J. 2004.
Altered activity of the P2 isoform of
plastidic glucose-6-phosphate
dehydrogenase in tobacco (Nicotiana
tabacum cv. Samsun) causes changes in
carbohydrate metabolism and response
to oxidative stress in leaves. Plant J., 38:
49–59.
16. Divya, P., Puthusseri, B., and
Neelwarne, B. 2013. The effect of plant
regulators on the concentration of
carotenoids and phenolic compound in
foliage of Coriander. Food Sci.
Technol., 56: 101-110.
17. Esmaeilzadeh-Bahabadi, S., and Sharifi,
M. 2013. The increasing of secondary
metabolites in plant with use of
biological elicitors. J. Cells Tissue, 4:
119-128.
18. Foyer, C., Rowell, J., and Walker, D.
1983. Measurement of the ascorbate
content of spinach leaf protoplasts and
chloroplasts during illumination. Planta.,
157: 239-244.
19. Galeshi, S., Torabi, B., Rahami-
Karizaki, A., and Barzagar, A. 2009.
Stress and stress coping in cultivation
plants. Gorgan University of Agriculture
Sciences and Natural Resources Press,
147p. (In Persian)
20. Gundluch, H., Muller, M.J., Kutchan,
T.M., and Zenk, M.H. 1992. Jasmonic
acid is a signal transducer in elicitor
induced plant cell cultures. Proc. Nat.
Acad. Sci. USA., 98: 2389-2393.
21. Haji_Mehdipour, H., Khanavi, M.,
Shkrchy, M., Abadi, Z., and Pirali-
Hamadani, M. 2008. The investigation
of best method for phenolic compound
extraction in Echinacea purpurea. J.
Medic. Plant., 8: 145-152. (In Persian)
22. Hare, P.D. 2007. Metabolic implications
of stress-induced accumulation in plant.
Plant Growth Reg., 21: 79-103.
23. Howlett, B. 2006. Secondary metabolite
toxins and nutrition of plant pathogenic
fungi. Curr. Opin. Plant Biol., 9: 371–
375.
24. Jana, S., and Choudhuri, M.A. 1981.
Glycolate metabolism of three
submerged aquatic angiosperms during
aging. Aquatic Bot., 12: 342-354.
25. Jung, S. 2004. Effect of chlorophyll
reduction in Arabidopsis thaliana by
methyl jasmonate or norflurazon on
antioxidant systems. J. Plant physiol.
Biochem., 42: 231-255.
26. Kafi, M., Zand, A., Kamkar, B.,
Mahdavi-Damghani, A., Abbasi, F., and
Sharifi, H.R. 1388. Plant Physiology.
Mashhad University Press, 600p. (In
Persian)
27. Kar, M., and Mishra, D. 1976. Catalase,
peroxidase, and polyphenoloxidase
activities during rice leaf senescence.
Plant Physiol., 57: 315-319.
28. King, C. 2005. Commercial Echinacea
production. Alberta Agric. Food Rural
dev., 13: 27- 40.
29. Kumari, G.J., Reddy, A.M., Naik, S.T.,
Kumar, S.G., Prasanthi, J.,
Sriranganayakulu, G., Reddy, P.C., and
Sudhakar, C. 2006. Jasmonic acid
induced changes in protein pattern,
antioxidative enzyme activities and
peroxidase enzymes in peanut seedlings.
Biol. Plantarum, 50: 219-226.
30. -Maria J. Jimenez-Quesada, M.J.,
Traverso, J.A., and Alché1, J.D. 2016.
NADPH Oxidase-Dependent
Superoxide Production in Plant
Reproductive Tissues. Frontiers in plant
Sci. 1-133.
31. Mittler, R. 2004. Oxidative stress,
antioxidants and stress tolerance. Trends
Plant Sci., 7: 405-410.
32. Moller, IM., and Sweetlove, LJ. 2010.
ROS signalling-specificity is required.
Trends Plant Sci 2010; 15(7): 370-74.
33. Moungsrimuandee, B., Moriwaki, H.,
Nakayama, M., Nishigaki, S., and
Yamamato, F., Effects of injection of
etherl, Methyl jasmonate and Salicylates
and Raffaelea Quercivora incubation on
sapwood discoloration in Quercus
serrata. Tree Physiol., 32: 41-53.
34. Nakano, Y., and Asada, K. 1981.
Hydrogen peroxide is scavenged by
ascorbate specific peroxidase in spinach
chloroplast. Plant Cell Physiol., 22: 867-
880.
35. Omidbaigi R. 2001. Study of cultivation
and adaptability of Echinacea purpurea
(L.) Moench in the north of Tehran. Sci.
Technol. Agric. Natural Res., 6: 240-
230. (in Persian with English abstract)
36. Parvaiz, A., and Satyawati, S. 2008. Salt
stress and phyto-biochemical responses
of plants. Plant Soil Environ., 54: 89-99.
37. Razavinia, C.M., Aghaalykany, M., and
Naghdabadi, H. 2015. The effect of
vermicomposting and chemical fertilizer
on quantitative and qualitative
characteristics of Echinacea purpurea
(L.) Moench. Iran. J. Med. Arom.
Plants., 31: 373-357. (In Persian)
38. Raouf Fard, F., Sharifi, M., Omidbaigi,
R., Sefidkon, F., Behmanesh, M., and
Ahmadi, N. 2014. Effect of methyl
jasmonate on metabolic enzymes and
phenolics, in Agastache foeniculum
[Pursh] Kuntze. Iran. J. Med. Arom.
Plants., 30: 361-369. (In Persian)
39. Rao, M.V., Paliyath, G., Ormord, D.P.,
and Watkins, C.B. 1997. Influence of
salicylic acid on H2O2 production,
oxidative stress and H2O2 metabolizing
enzymes. Plant Physiol., 115: 137-149.
40. Samadi, S., Ghasemnezhad, A., and
Alizadeh, M. 2014. Investigation on
phenylalanine ammonia-lyase activity of
artichoke (Cynara scolymus L.) affected
by methyl jasmonate and salicylic acid
in in-vitro conditions. J. Plant Prod.
Res., 21: 135-148.
41. Soltani, A. 2014. Design and Analysis
of Agricultural Experiment with SAS.
Mashhad University Press, 431p.
42. Ueda, J., and Saniewski, M. 2006.
Methyl Jasmonate- induced stimulation
of chlorophyll formation in the basal
part of tulip bulbs kept under natural
light conditions. J. Fruit Ornam. Plant
Res., 14: 199-210.
43. Vasconsuelo, A., and Boland, R. 2007.
Molecular aspects of the early stages of
elicitation of secondary metabolites in
plants. Plant Sci., 172: 861-875.
44. Weathers, P.J., Towler, M.J., and Xu, J.
2010. Bench to batch: advances in plant
cell culture for producing useful
products. Appl. Microbiol. Biotec., 85:
1339–1351.
45. Zhang, Y., Mian, M.R., and Bouton,
J.H. 2006. Recent molecular and
genomic studies on stress tolerance of
forage and turf grasses. Crop Sci., 46:
497-511.