Induction of plant defence system in  Trilicurn aestivum  L. and  Trilicale  under soil oxygen stress condition

The aim of the paper was to investigate to what extent the capability of plants to survive anoxic conditions is connected with the induction of the defence system of two species of cereals such as winter wheat (Triticum aeslivum L, var.Rosa) and Trilicale (CZR 1406). The experiment was performed under labaratory conditions with the 20 days old seedlings in the phase of 4-6 leaves. The stress conditons were applied to roots during 12 days. Soil oxygenation status was characterised by air-filled porosity (Eg), oxygen diffusion rate (ODR) and redox potential (Eh). The physiological status of the plants was characterised by biomass production in leaves and shoots, by stomatal diffusive resistance of leaves (Rd), by activity of enzymes such as superoxide dismutase (SOD) and glutation reductase (GR) being components of the defence system, as well as by the chlorophyll a + b level and the concentration of malondialdehyde (MDA) being the product of lipid peroxidation. As a result of the investigations performed the induction of plant defence system in the continuum atmosphere- soil-plant was stated under the conditions o f oxygen stress imposed to the roots. Decrease of air-filled porosity (Eg) from 24 to 0% connected with the differentiation of the soil moisture content caused a change from normoxic through hypoxic to anoxic conditions characterised by a decrease of ODR from 80 to 2 µg O₂ m^–2 s^–1 and of redox potential from 470 to 115 mV. This was accompanied by the increase of stomatal diffusive resistance, lowering the level of photosynthetic pigments and lowering the biomass of roots and shoots. Anoxic conditions in the rhizosphere induced reactive oxygen forms on cellular level (in roots and shoots) and the defence response of the plants was confirmed indirectly, through the increase o f the activity of such enzymes as SOD and GR as well as by elevation of the degree of peroxidation of membrane lipids measured by the increase of MDA concentration. Higher sensitivity to oxygen stress and break clown o f the defence system after 12 days of the anoxia duration was found for Trilicale. On the basis of metabolic plant parameters the limiting values between normoxic and anoxic conditions such as Eg=13%, ODR= 27 µg O₂ m^–2 s^–1, and Eh= 400 mV were found.

METADATA IN OTHER LANGUAGES:

Polish

Indukcja systemu obronnego u pszenicy i pszenżyta w warunkach stresu tlenowego

stres tlenowy, roślina, gleba, dysmutaza ponadtlenkowa, reduktaza glutationowa, aldehyd malonowy, mikrodyfuzja tlenu, potencjał oksydoredukcyjny

Celem niniejszej pracy było zbadanie, na ile zdolność do przetrwania anoksji jest związana z indukcją systemu obronnego u dwu gatunków roślin uprawnych to jest u pszenicy ozimej odm. Rosa oraz pszenżyta ozimego CZR 1407. Badania prowadzono na 20 dniowych siewkach znajdujących się w fazie 4-6 liścia. Warunki stresowe stosowano przez okres 12 dni. Stan natlenienia gleby opisywano przy pomocy takich parametrów jak porowatość powietrzna (Eg), natężenie dyfuzji tlenu (ODR) oraz potencjał oksydoredukcyjny (Eh). Stan fizjologiczny rośliny charakteryzowano przy pomocy przyrostu biomasy korzeni i części nadziemnych, oporu dyfuzyjnego liści, aktywności enzymów będących elementami systemu obronnego takich jak dysmutaza ponadtlenkowa (SOD) i reduktaza glutatianowa (GR) a także poziomu chlorofilu a i b oraz stężenia dialdehydu malonowego, będącego produktem peroksydacji lipidów. W wyniku przeprowadzonych badań potwierdzono istnienie w continuum atmosfera-gleba-roślina ciągu przyczynowo-skutkowego polegającego na indukcji systemu obronnego w warunkach stresu tlenowego zaistniałego w korzeniach. Zróżnicowane uwilgotnienie gleby spowodowało przejście z warunków normoksji przez hipoksję do anoksji związane z obniżeniem porowatości powietrznej od 24 do 0%, wskaźnika ODR od 80 do 2 µg O₂ m^–2 s^–1 i potencjału redoks od 470 do 115 mV. Przejście to wywołało wzrost oporu dyfuzyjnego aparatów szparkowych, zmniejszenie poziomu barwników fotosyntetycznych oraz spadek biomasy zarówno korzeni jak i części nadziemnych. Stres tlenowy w korzeniach indukował reaktywne formy tlenu na poziomie komórkowym (w korzeniach i częściach nadziemnych) a reakcję obronną u roślin stwierdzono drogą pośrednią, poprzez wzrost aktywności enzymów SOD i GR oraz poprzez określenie stopnia destrukcji błon komórkowych mierzonego wzrostem poziomu MDA. Większą wrażliwość na stres tlenowy w korzeniach oraz załamanie się systemu obronnego po 12 dniach trwania anoksji stwierdzono u pszenżyta. W oparciu o parametry metaboliczne roślin jako wartości graniczne pomiędzy normoksją a hipoksją należy przyjąć: Eg=13%, ODR= 27 µg O₂ m^–2 s^–1, Eh= 400 mV.

Submit your paper

Information for Authors

eISSN:	2300-6730
ISSN:	1234-4125