پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی ریحان (Ocimum basilicum) به محلول‌پاشی سیلیسیم در شرایط تنش شوری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء (ص) بهبهان، بهبهان، ایران،

چکیده

سابقه و هدف: تنش شوری یکی از تنش‌های محیطی و محدود کننده رشد و تولید بوده که تشدید آن در سالیان اخیر باعث کاهش چشمگیر عملکرد در گیاهان گردیده است. حدود 20 درصد از کل زمین‌های آبی در ایران ( حدود 33 میلیون هکتار) را زمین‌های شور تشکیل می‌دهد . در ایران حدود 7 میلیون هکتار از زمین‌های کشاورزی دارای درجات مختلف شوری هستند که به دلیل عوامل نامطلوب مانند زهکشی نامناسب، تبخیر و تعرق و استفاده بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی احتمال افزایش آن وجود دارد. اولین اثرات شوری در گیاهان ایجاد تنش اسمزی است. سیلیسیم دومین ترکیب معدنی در کره زمین پس از اکسیژن است که اثرات مثبت آن در تحمل گیاهان به تنش‌های محیطی مشخص شده است. جذب سیلیس توسط گیاهان تحت تنش شوری، باعث افزایش فعالیت H+-ATPase و H+-Ppase در غشاء پلاسمایی و تونوپلاست می‌شود که نتیجه آن کاهش جذب سدیم و افزایش جذب پتاسیم و تغییر تقسیم یون‌ها در ریشه‌ها و برگ‌های گیاهان است. بنابراین، این تحقیق با هدف بررسی اثرات محلول‌پاشی سیلیسیم بر صفات فیزیولوژیکی گیاه ریحان به عنوان یک گیاه دارویی و غذایی مهم در شرایط تنش شوری انجام شد.
مواد و روش‌ها: این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 4 تکرار در شرایط کشت گلدانی در شهرستان بهبهان استان خوزستان در سال 1400 اجرا شد. عامل اول تنش شوری (صفر و 150 میلی‌مولار) و عامل دوم محلول‌پاشی سیلیسیم (صفر و 2 گرم در لیتر) بود که مطابق با توصیه‌ی شرکت سازنده در نظر گرفته شد. در این آزمایش صفاتی مانند عملکرد کوانتومی، شاخص کلروفیل با استفاده از دستگاه SPAD ، کلروفیل a، کلروفیل b، کاروتنوئید، کلروفیل کل، قند محلول و پروتئین محلول در گیاه ریحان اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: بررسی داده‌ها نشان داد که تنش شوری باعث کاهش عملکرد کوانتومی، عدد کلروفیل‌متر (SPAD)، کلروفیل b، کاروتنوئید، کلروفیل کل، قند محلول و پروتئین محلول شد. همچنین نتایج پژوهش حاضر حاکی از آن بود که محلول‌پاشی سیلیسیم به ویژه در شرایط تنش شوری باعث افزایش عملکرد کوانتومی، عدد کلروفیل‌متر (SPAD)، کلروفیل a، قند محلول و پروتئین محلول شد. در تنش شوری 150 میلی‌مولار، تأثیر محلول‌پاشی سیلیسیم در بهبود اثرات تنش شوری بر روی برخی صفات مانند عملکرد کوانتومی و قند محلول بیشتر بود، به طوری که باعث افزایش صفات مذکور به ترتیب به میزان 95/0 و 49/36 درصد نسبت به عدم محلول‌پاشی گردید. اثر متقابل شوری و محلول‌پاشی سیلیسیم نشان داد که آبیاری بدون تنش شوری و محلول‌پاشی سیلیسیم باعث افزایش قند محلول و پروتئین محلول ریحان شد.
نتیجه‌گیری: نتایج این آزمایش ، نشان‌دهنده‌ی اثرات سودمند محلول‌پاشی سیلیسیم در شرایط تنش شوری بود. به نظر می‌رسد زمانی که گیاه در معرض تنش شوری قرار گیرد، اثرات سودمند سیلیسیم محسوس‌تر است، اگرچه تحت شرایط مطلوب، این سودمندی نیز وجود دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Physiological and biochemical responses of basil (Ocimum basilicum) to silicon spraying under salinity stress

نویسنده [English]

  • Ebrahim ّFani
Scientific board member . Department of Biology, Faculty of Basic Sciences, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology. Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Salinity stress is one of the environmental stresses and restricts growth and production, the intensification of which in recent years has led to a significant reduction in yield in plants. About 20% of the total irrigated land in Iran (about 33 million hectares) is saline land. In Iran, about 7 million hectares of agricultural land have different degrees of salinity, which is likely to increase due to unfavorable factors such as poor drainage, evapotranspiration and improper use of groundwater resources. The first effects of salinity in plants are osmotic stress. Silicon is the second most abundant mineral compound on Earth, and its positive effects on plant tolerance to environmental stresses have been identified. Silica uptake by plants under salinity stress increases H + -ATPase and H + -Ppase activity in plasma membranes and tonoplasts, resulting in decreased sodium uptake and increased potassium uptake and altered ion division in roots and leaves of Plants. Therefore, current research was conducted to investigate the effects of silicon spraying on physiological traits of basil as an important medicinal and food plant under salinity stress.
Materials and methods: This experiment was performed as a factorial in a completely randomized design with 4 replications in potted conditions in Behbahan city of Khuzestan province in 2021 . The first factor was salinity stress (zero and 150 mmol) and the second factor was silicon spraying (zero and 2 g / l), which was considered in accordance with the manufacturer's recommendation. In this experiment, traits such as quantum yield, chlorophyll index measured by SPAD meter, chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoids, total chlorophyll, soluble sugar and soluble protein in basil were measured.
Results: Evaluation of the data showed that salinity stress reduced quantum yield, number of chlorophyll meters (SPAD), chlorophyll b, carotenoids, total chlorophyll, soluble sugar and soluble protein. The results of the present study also showed that silicon spraying, especially under salinity stress condition, increased quantum yield, number of chlorophyll meters (SPAD), chlorophyll a, soluble sugar and soluble protein. At the 150 mM salinity stress, the effect of silicon spraying on improving the effects of salinity stress on some traits such as quantumy yield and soluble sugar was more, so that these traits increased by 0.95 and 36.49%, respectively. The interaction of salinity and silicon spraying showed that non-stress irrigation of salinity and silicon spraying increased soluble sugar and soluble basil protein.
Conclusion: The results of this experiment showed the beneficial effects of silicon spraying under salinity stress. The beneficial effects of silicon appear to be more pronounced when the plant is exposed to salinity stress, although this benefit exists under favorable conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photosynthetic pigments
  • Soluble protein
  • Soluble sugar
  • Stress
  1. Panahinia, M., Sanikhani, M. and Kheiri, A. 2016. Morphological Characteristics and essential oil production of sweet basil (ocimum basilicum) under application of nitrogen and iron.
  2. Simon, J.E., Morales, M.R., Phippen, W.B., Vieira, R.F., and Hao, Z. 1999. Basil: a source of aroma compounds and a popular culinary and ornamental herb. In: Prespectives on New Crops and New Uses. ( Eds. Janick).
  3. Gohari, G.h., Nepour- Aghdam., M.B., Dadpour, M.R. and Shairde, M. 2017. The effect of different levels of zinc spraying on growth parameters and essential oil yield of basil (Ocimum basilicum ) under salinity stress conditions. Journal of Science and Technology of Greenhouse Culture. 4: 15. 15-32. (In Persian)
  4. Archangi, A. and Khodambashi, M. 2014. The effect of salinity on morphological characteristics, essential oil content and ion accumulation of basil (Ocimum basilicum) under hydroponic conditions. Journal. Science Technology Greenhouse Cultures. 5: 17. 125- 138. (In Persian)
  5. Labra, M., Miele. M., Ledda, B., Grassi, F., Mazzei, M. and Sala, F. 2004. Morphological characterization, essential oil composition and DNA genotyping of Ocimum basilicum L. cultivars. Plant Sci. 167: 4. 725-731.
  6. Lianju, M., Yueying, L., Cuimei, Y., Yan, W., Xuemei, L., Na, L., Qiang, C. and Ning, B. 2011. Alleviation of exogenous oligochitosan on wheat seedlings growth under salt stress. Protoplasma. 249: 2. 393-399.

7.Zaman, M., Shahid, S.A.  and Heng, L. 2018. Guideline for Salinity Assessment, Mitigation and Adaptation Using NUCL SCI TECH, Springer, 183 p.

8.Momeni, A. 2010. Geographical distribution and salinity levels of soil resources of Iran. Soil Res. J. 24: 3.  203-215. (In Persion)

9.Khan, M.A.  and Weber, D. J. 2006.  Ecophysiology of high salinity tolerant plants (Tasks for Vegetation Science). Springer, Netherlands, 399 p.

10.Herrera, E. 2005. Soil test interpretation. Guide A-122. New Mexico State Univ. 72:  125-153.

11.Bernstein, N., Kravchik, M.  and  Dudai, N. 2009. Salinity-induced changes in essential oil, pigments and salts accumulation in sweet basil (Osimum basilicum) in relation to alteration of morphological development. Ann. Appl. Biol. 156: 2. 167-177.

12.Ma, J.F. 2004. Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses. J. Soil Sci. Plant Nutr. 50: 1.  11-18.

13.Linag, Y., Sun, W., Zhu, Y.G.  and Christie, P. 2007. Mechanisms of silicon-mediated alleviation of abiotic stresses in higher plants: A review. Environ. Pollut. 147: 2.  422-428.

14.Kalaji, H.M., Govindjee, B., Bosac, K., Koscielniakd, J. and  Zuk-Gołaszewskae, K. 2011. Effects of salt stress on photosystem II efficiency and CO2 assimilation of two syrian barley landraces. Environ. Exp. Bot. 73:  64-72.

15.Lichtenthaler, H.K. and Wellburn, A.R. 1983. Determination of total carotenoids and chlorophyll a and b of leaf extract in different solvents. Biochem. Soc. Trans. 11: 5.  591-592.

16.Bates, L.S., Waldern, R.P. and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil. 39:  205-207.

17.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: 12.  248-254.

18.Munns, R. and Tester, M. 2008. Mechanisms of salinity tolerance. Annu. Rev. Plant Biol. 59:  651-681.

19.Amiri, A., Bagheri, A.A., Khajeh, M., Najafabadipour, F.  and Yadollahi, p. 2014. Effect of silicon spraying application on yield and activity of safflower antioxidant enzymes in low irrigation conditions. J A R 5: 4. 361-372.

20.Lee, G., Carrow, R.N.  and Duncan, R.R. 2004. Photosynthetic responses to salinity stress of halophytic seashore paspalum ecotypes. Plant Sci. 166: 6. 1417-1425

21.Kao, W.Y., Tsai, T.T., Tsai, H.C. and  Shi, C.N.. 2006. Response of three Glycine species to salt stress. EEB. 56: 120-125

22.Khajeh, M., Mosavinik, M., Siroosmehr, A., Yadoalahi- Dehcheshmeh, P.,  and Amiri, A. 2015. Effects of water stress and spraying silicone on wheat yield and photosynthetic pigments in Sistan. Crop Physiol. 26: 7. 5-19. (In Persian)

23.Hasanvand, F., Rezaeinejad, A. and Feizian, M. 2017. The effect of silicon on some anatomical and biochemical parameters of aromatic geraniums (Pelargonium graveolens) under salinity stress. HS. 30- : 4. 723-732.

24.Bukhat, S., Manzoor, H., Athar, H. U. R., Zafar, Z. U., Azeem, F. and Rasoul, S. 2020. Salicylic acid induced photosynthetic adaptability of Raphanus sativus to salt stress is associated with antioxidant Capacity.  J. Plant Growth Regul.  39 : 2. 1-14.

25.Sotiropoulos, T.F. 2007. Effect of NaCl and CaCl2 on growth and contents of minerals, chlorophyll, proline and sugars in the apple rootstock M4 cultured in vitro. Biol. Plant. 51: 1. 177-180.

26.Kaur, S., Gupta, A.K.  and Kaur, N. 2000.  Effect of GA3, kinetin and indole acetic acid on carbohydrate metabolism in chickpea seedlings germinating under water stress. Plant Growth Regul. 30:  61-70.

27.Shalata, A. and Neumann, P.M. 2001.  Exogenous ascorbic acid (vitamin C) increases resistance to salt stress and reduces lipid peroxidation. J. Exp. Bot. 52: 364.  2207-2211.

28.Agarie, S., Hanaoka, N., Ueno, O., Miyazaki, A., Kubota, F. and  Agata, W.,1998.  Effects of silicon on tolerance to water deficit and heat stress in rice plants (Oryza sativa L.), monitored by electrolyte leakage. Plant Prod. Sci. 1: 2.  96-103.

29.Matichenkov, V.V. 2008. Silicon deficiency and Functionality in Soils. Crops and Food. 2th International Conference on Soil and Compost Eco-Biology. Puerto de la Cruz, Tenerife, Spain.

30.Naeemi, M., Ali- Akbari, Gh., Shirani- Rad, A.H., Hassanloo, T. and  Abbas- Akbari, Gh. 2012. Effect of zeolite application and selenium spraying on water relations traits and antioxidant enzymes in medicinal pumpkin (Cucurbita pepo L.) under water deficit stress conditions. J. Crop Improv. 14 : 1. 67-81.(In Persian)31.Setayesh-Mehr, Z. and Ganjali, A. 2013. Effects of Drought Stress on Growth and Physiological characteristics of Dill (Anethum graveolens L.). J. Hortic. Sci. Biotechnol. 27 : 1. 27- 35.

32.Borsani, O., Valpuesta, V. and  Botella, M.A.  2001. Evidence for a role of salicylic acid in the oxidative damage generated by NaCl and osmotic stress in Arabidopsis seedlings. Plant Physiol. 126: 3. 1024-1030.

33.Liang, Y., Zhang, W., Chenc, Q., Liu, Y. and Ding, R. 2006. Effect of exogenous silicon (Si) on H+-ATPase activity, phospholipids and fluidity of plasma membrane in leaves of salt-stressed barley (Hordeum vulgare L.). Environ. Exp. Bot. 57: 3.  212-219.

34.Hashemi, A., Abdolzadeh, A.  and Sadeghipour, H. R. 2010. Beneficial effects of silicon nutrition in alleviating salinity stress in hydroponically grown canola, Brassica napus L.. J. Plant. Nutr. Soil Sci. 56:  244-253.

35.Tuna, A.L., Kaya, C., Higgs, D., Murillo-Amador, B., Girgin, A.R. and  Aydemir, S. 2008. Silicon improves salinity tolerance in wheat plants. Environ. Exp. Bot. 62:  10-16.

36.Less, H.  and Galili, G. 2008. Principal transcriptional programs regulating plant amino acid metabolism in response to abiotic stresses. Plant Physiol. 147: 1.  316-330.

37.Sweetlove, L.J. and Fernie, A.R. 2005. Regulation of metabolic networks: Understanding metabolic complexity in the systems biology era. New Phytol. 168: 1.  9-24.

38.Taïbi, K., Taïbi, F., Abderrahim, L.A., Ennajah, A., Belkhodja, M. and Mulet, J. M. 2016. Effect of salt stress on growth, chlorophyll content, lipid peroxidation and antioxidant defence systems in Phaseolus vulgaris L. S. Afr. J. Bot. 105: 306-312.

39.Rizwan, M., Ali, S., Ibrahim, M., Farid, M., Adrees, M., Bharwana, S.A., Zia-ur-Rehman, M., Qayyum, M.F.  and Abbas, F. 2015. Mechanisms of silicon-mediated alleviation of drought and salt stress in plants: a review. Environ. Sci. Pollut. Res. 22: 20. 15416-15431.