محلول های دیواره سلولی ریشه گیاهان زراعی در خاک های شور

Root cell wall solutions for crop plants in saline soils

چکیده

1- مقدمه

2- توانایی ترکیب Na+ به اجزاء دیواره سلولی

3- تغییر در ترکیب شیمیایی دیواره های سلولی ریشه در پاسخ به تیمار نمک

4- تغییرات کارکرد دیواره سلولی در اثر شوری

5- موانع انتشار ریشه و تغییرات شوری

6- فعل و انفعالات نمک با پروتئین های دیواره سلولی

7- چشم انداز آتی

چکیده

رشد ریشه اغلب گیاهان زراعی در اثر شوری خاک مهار می شود. ریشه با تعدیل متابولیسم، بیان ژنی و فعالیت پروتئین که منجر به تغییر در ترکیب دیواره سلولی، فرآیندهای نقل و انتقال، اندازه و شکل سلول، و معماری ریشه می گردد، به آن پاسخ می دهد. در اینجا، ما درباره اثرات تنش شوری بر دیواره سلولی که منجر به تغییر آنزیم، گرایش میکروفیبریل سلولز و رسوب پلی ساکارید غیرسلولزی در نواحی افزایش طول ریشه به عنوان عوامل مهم بازدارندگی افزایش طول ریشه می گردد تمرکز نموده و بر تغییرات دیواره سلولی مرتبط با تحمل تنش شوری و محدودیت آب ریشه ها تاکید نمودیم. تنش شوری باعث القاء تغییراتی در ترکیب دیواره انواع مختلف سلول های خاص ریشه از جمله افزایش رسوب لیگنین و سوبرین در سلول های اندودرمی و اگزودرمی می گردد. این تغییرات با جلوگیری از اتلاف آب و تغییر مسیر نقل و انتقال یون در جهت منفعت گیاه عمل می نمایند. ما نشان دادیم که ترکیب یون های Na+ با اجزای دیواره سلولی می تواند بر عبور Na+ تاثیر گذاشته و Na+ قادر است بر ترکیب یون های دیگر اثر گذاشته و مانع کارکرد پکتین در خلال رشد سلولی گردد. وقوع تفاوت های طبیعی در ساختار دیواره سلولی، منابع جدیدی را برای اصلاح محصولات زراعی فراهم می نماید که دارای تحمل پذیری بیشتری نسبت به شوری می گردند.

7- چشم انداز آتی

برای درک ارتباط بین تغییرات رونویسی در ژن های دیواره سلولی و سازگاری با شوری ما باید به شناسایی و یا ایجاد تنوع ژنتیکی در ژن های تنظیم کننده ویژگی های دیواره سلولی و توصیف نحوه تاثیرگذاری تغییرات بر خواص شیمیایی دیواره سلولی تحت شرایط شوری بپردازیم. اندازه گیری تنوع در خواص شیمیایی دیواره سلولی باید تفاوت های مکانی و زمانی را لحاظ نموده و از استراتژی هایی مانند استراتژی مورد استفاده برای مطالعات پروتئومی و متابولومیک رشد ریشه در خاک شور پیروی نمود که در آن نوک ریشه به سه منطقه تقسیم می گردد که معرف مناطق فعال تقسیم، طویل شدن و تمایز سلولی است [19،20]. مبانی ژنتیکی پاسخ رشد فوق الذکر به تنش شوری در غلاتی مانند برنج، با ترکیبات فنوتیپی مبتنی بر تصویر همراه با روش های ارتباط ژنومی مورد آزمایش قرار گرفته است [115]. قدم بعدی کاوش با روش های مزبور درباره تنوع فنوتیپی در پاسخ ریشه غلات تحت تنش شوری و یافتن جایگاه ژنتیکی تنظیم صفات مربوط به سازگاری با تنش شوری است. تا به امروز تحمل به شوری در غلات با صفاتی ارتباط داشته که گیاه را قادر به تغییر سریع رشد ریشه خود در پاسخ به شور و صفاتی که محدود کردن نقل و انتقال Na+ ریشه به ساقه را مانند جداسازی بهتر Na+ در بافت های ریشه محدود نماید. برای تکمیل این اطلاعات ما باید نحوه تاثیرگذاری تفاوت های هر جزء آپوپلاسمی سلول های ریشه بر برهمکنش دیواره سلولی با یون ها و عبور یون ها را تعیین نماییم.

Abstract

The root growth of most crop plants is inhibited by soil salinity. Roots respond by modulating metabolism, gene expression and protein activity, which results in changes in cell wall composition, transport processes, cell size and shape, and root architecture. Here, we focus on the effects of salt stress on cell wall modifying enzymes, cellulose microfibril orientation and non-cellulosic polysaccharide deposition in root elongation zones, as important determinants of inhibition of root elongation, and highlight cell wall changes linked to tolerance to salt stressed and water limited roots. Salt stress induces changes in the wall composition of specific root cell types, including the increased deposition of lignin and suberin in endodermal and exodermal cells. These changes can benefit the plant by preventing water loss and altering ion transport pathways. We suggest that binding of Na+ ions to cell wall components might influence the passage of Na+ and that Na+ can influence the binding of other ions and hinder the function of pectin during cell growth. Naturally occurring differences in cell wall structure may provide new resources for breeding crops that are more salt tolerant.

7- Future prospects

To understand the links between the transcriptional changes in cell wall genes and adaptations to salinity we need to identify or create genetic variation in the genes regulating cell wall properties and characterise how the variation influences cell wall chemistry in saline conditions. The measurement of variation in cell wall properties must capture spatial and temporal differences, following strategies such as those used for proteomic and metabolomics studies of root growth in saline soil where the root tip is divided into three regions representing active cell division, elongation and differentiation zones [19,20]. The genetic basis of the above ground growth response to salt stress in cereals, such as rice, has been tested by combining image-based phenotyping with genome-wide association methods [115]. The next step is to go underground with these methods, to phenotype diversity in cereal root salt stress responses and find the genetic loci regulating traits linked to salt stress adaptation. To date tolerance to salinity in cereals has been linked to traits that enable plants to rapidly alter their root growth in response to salt and traits that limit root-to-shoot transport of Na+, such as better sequestration of Na+ in root tissues. To complement this information we need to determine how differences in each apoplasmic component in root cells influences cell wall interactions with ions and the passage of ions.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

محلول های دیواره سلولی ریشه گیاهان زراعی در خاک های شور

Root cell wall solutions for crop plants in saline soils

اثرات بین سیلیکون و پتاسیم نیترات در بهبود تحمل شوری در گندم

Interactive Effects of Silicon and Potassium Nitrate in Improving Salt Tolerance of Wheat

چکیده

مقدمه

نتایج و بحث

ازمون جوانه زنی

تجمع پرولین

محتوی سدیم ،پتاسیم و سیلیسیوم

وزن گیاهی

عملکرد دانه

وزن دانه

طول خوشه

محوی نسبی اب برگ

محتوی کلروفیل

نرخ فتوسنتز

نتیجه گیری

مواد و روش ها

جمع اوری داده ها

انالیزهای اماری

چکیده

تخصیص مناسب مواد معدنی میتواند در جهت کاهش اثرات زیان بخش نمک و حفظ بهره وری محصول بخصوص در گیاهان گلیکوفیت که تحت اسرس شوری هستند ؛ مفید و موثر باشد. کارهای ازمایشگاهی و گلخانه ای مطالعه حاضر در مرکز تحقیقات منابع طبیعی و کشاورزی استان اذربایجان شرقی؛ ایران؛ انجام شد و هدف از ان مقایسه اثرات بر همکنش سیلیکون و پتاسیم نیترات در کاهش صدمات ناشی از شوری در گندم (triticum aestivum) بود. در مرحله ازمایشگاهی سه کولتیوار گندم زمستانه با نام های پیشگام؛ افاق و الوند بر روی کاغذ صافی استریل که با محلول های نمک 20-40-60- 80و100 میلی مول بر لیتر خیسانده شده بود رشد داده شدند. نتایج نشان داد که در پاسخ رشدی کولتیوارهای گندم به غلظت های مختلف نمک تفاوت معنی داری وجود دارد. کولتیوار پیشگام به عنوان متحمل ترین کولتیوار به شوری شناخته شد و در مراحل بعدی مطالعه مورد استفاده قرار گرفت. در مرحله گلخانه ای کولتیوار پیشگام به وسیله ی سیستم هیدروپونیک کشت داده شد و در معرض سطوح متفاوت NaCl(20-60 و 100 میلی مول بر لیتر) قرار داده شد و همزمان با سیلیکون (2/0 و 4 میلی مول بر لیتر که غلظت نهایی ان با استفاده از K2Sio3 بدست امد) و پتاسیم نیترات(0-5/0-1 و 2 میلی مول بر لیتر به صورت پاششی) مورد تیمار قرار گرفت.ازمایش به صورت فاکتوریل وبر اساس طرح کاملا تصادفی در سه تکرار طراحی شد.نتایج نشان داد که استرسشوری به طور معنی داری باعث افزایش تجمع پرولین و محتوی سدیم در بافت های گیاهی می شود در حای که جذب پتاسیم کاهش یافته و توسط گیاه تجمع می یابد.علاوه بر این وزن گیاه؛وزن صد دانه،محتوی نسبی اب برگ؛محتوی کلروفیل و فتوسنتز به طور معنی داری بر اثر اعمال سطوح مختلف NaCl تحث تاثیر قرار گرفتند.با این حال کاربرد بیرونی سیلیکون وپتاسیم نیترات جذب سدیم را کاهش و جذب پتاسیم را افزایش می دهد و به دنبال ان باعث افزایش وزن گیاهی،وزن صد دانه،عملکرد دانه،طول خوشه و نرخ فتوسنتز می شود.این مطالعه پیشنهاد می کند که استفاده از کولتیوار متحمل به شوری در پاشش مناسب پتاسیم نیترات(2 میلی مول بر لیتر)و سیلیکون(4 میلی مول بر لیتر)در مرحله ی پنجهزنی اثرات امیدوار کننده ای را در دست یابی به عملکرد دانه بیشتر در زمین های شور دارد.

انالیزهای اماری

ساختار ازمایشهای اول و دوم به ترتیب بر اساس طرح کاملا تصادفی و فاکتوریل 3در 5 و طرح بلوکهای کاملا تصادفی با فاکتوریل 4در3در3 با سه تکرار  انجام شد.انالیز واریانس(ANOVA)برای همه ی متغیر ها انجام شد تا تفاوت بین تیمار شوری ،سیلیکون و پتاسیم نیترات مشخص گردد.برهم کنش بین تیما رها با استفاده از روش GLM در نرم افزار SAS ،ورژن 9.1 انجام شد و اثرات اصلی و برهمکنشی فاکتورهای ازمایش مشخص شد.جایی که بر همکنش بین دو فاکتور معنی دار بود ما نتایج را به صورت ترکیبی از هر دو تیمار بیان کردیم نه بهصورت تکی و جدا از هم.تفاوت میان تیمارها با ازمون چند دامنه ی دانکن در سطح احتمال 5 درصد بررسی شد.

Abstract

Adequate regulation of mineral nutrients might be effective to ameliorate the deleterious effects of salts and help to sustain crop productivity, particularly in glycophytes, under salt stress. In this study, laboratory and greenhouse experiments were carried out at Agricultural and Natural Resources Research Centre in East Azerbaijan, Iran, to investigate the interactive effects of silicon and potassium nitrate in alleviating NaCl induced injuries in wheat (Triticum aestivum L.). In the laboratory experiment, three winter wheat cultivars Pishgam, Afagh and Alvand were grown on sterile filter paper moistened with 20, 40, 60, 80, and 100 mmol L−1 NaCl solution. Results revealed that wheat cultivars were significantly different in their growth response to different concentrations of NaCl and Pishgam was found to be the most tolerant to NaCl stress, and used in the second part of study. In the greenhouse experiment, Pishgam was grown in a hydroponic system subjected to different NaCl levels (20, 60 and 100 mmol L−1) and treated by silicon (0, 2 and 4 mmol L−1, final concentration in nutrient solution using K2SiO3) and potassium nitrate (0, 0.5, 1, and 2 mmol L−1, foliar application). The experimental design was factorial based on a completely randomized design with three replications. It was found that NaCl stress significantly increased proline accumulation and sodium content in the plant tissues while decreased potassium uptake and accumulation by plants. Moreover, plant weight, 100-seed weight, relative water content, chlorophyll content, and photosynthesis were also significantly affected by varying levels of NaCl. However, exogenous application of silicon and potassium nitrate reduced sodium uptake, increased potassium and consequently improved plant weight, 100-seed weight, seed yield, ear length, and photosynthesis rate. This study suggested that utilization of the salt-tolerant cultivar (Pishgam) combined with proper foliar application of potassium nitrate (2 mmol L−1) and silicon (4 mmol L−1) at the wheat booting stage might be a promising approach to obtain higher grain yield on saline lands.

Statistical analysis

The first and second experiments were structured in a completely randomized design arranged in 3×5 factorial and randomized complete block design arranged in 4×3×3 factorial with three replications, respectively. For all variables, analysis of variance (ANOVA) was performed to test for differences between NaCl, silicon and potassium treatments and their interactions using the GLM procedure in SAS ver. 9.1. Main and interaction effects of experimental factors were determined. Where interactions between two factors were significant, we presented the results in the form of a combination of treatments and not separately or individually. The significance of differences among treatment means was compared by Duncan’s multiple range teat at the 5% probability level.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اثرات بین سیلیکون و پتاسیم نیترات در بهبود تحمل شوری در گندم

Interactive Effects of Silicon and Potassium Nitrate in Improving Salt Tolerance of Wheat