Η επίδραση των ενώσεων ασκορβικού οξέος, μελατονίνης, πυριτίου, ρεσβερατρόλης και α-τοκοφερόλης στην αντοχή στην αλατότητα των εσπεριδοειδών (Citrus sp.)

Abstract

The aim of the present study was to investigate the effect of ascorbic acid, melatonin, silicon,resveratrol and a-tocopherol on salt adaptation of Citrus plants. It appears that Citrumelo was amore adaptable rootstock than Sour Orange for ‘Nova’ mandarin plants grown under 80 mM NaClas evidenced by the distribution of toxic ions (retain them in roots), growth reduction and betternutrient status. Enzymatic antioxidants were modified in a tissue-specific manner in grafted plantsexposed to salinity treatments as illustrated by the changes in peroxidase (POD), superoxidedismutase (SOD) and particularly, polyphenol oxidase (PPO) activities. Although siliconsupplementation (0.50 mΜ Si) into the saline medium increased the dry weight of Citrumelo rootsand phenols accumulation in mandarin leaves irrespective of the rootstock, promoted theaccumulation of toxic ions whereas it did not modified the NaCl-derived damages onphotosynthetic rate, chlorophyll degradation, carbohydrates and proline level in leaves and rootsindicated that Si is not a modulation factor in salt-stressed grafted citrus plants. The exogenousapplication of AsA (0.50 mΜ), Mel (1 µΜ) and their combination (AsA+Mel) to 100 mM NaClsolution decreased NaCl-induced damages (electrolyte leakage, lipid peroxidation, pigmentsdegradation) in Citrus aurantium L. leaves. Also, leaves exposed to combined AsA+Mel treatmentdisplayed lower Cl- accumulation. Treatments with AsA and/or Mel modulated differentlycarbohydrates, proline, phenols, glutathione and the total antioxidant power of tissues as well as theactivities of SOD, ascorbate peroxidase (APX), POD, glutathione reductase (GR) and PPOcompared to NaCl alone treatment. Exposure of leaves and roots to chemical treatments andespecially to AsA+Mel application was able to regulate CaMIPS, CaSLAH1 and CaMYB73expression, indicating that sugar metabolism and ion homeostasis were triggered by AsA and Mel.These results provide evidence that the activation of the metabolic pathways associated withcombined AsA and Mel application are linked with salt adaptation in citrus plants. The exogenousapplication of Res (100 µΜ), α-Toc (0.50 mΜ) and their combination (Res+α-Toc) in salinemedium (100 mΜ NaCl) reduced NaCl-derived membrane permeability, lipid peroxidation andpigments degradation, whereas companied Res and α-Toc application also reduced H2O2accumulation in Citrus aurantium L. leaves and restored the reduction of photosynthesis induced byNaCl. Application of Res under salinity retained Cl- in roots while Res+α-Toc reduced thetranslocation of Na+ and Cl- to leaves. Carbohydrates, proline, phenols, total ascorbic acid andglutathione were affected by NaCl as well as by chemical treatments in leaves and roots of citrus.NaCl treatment increased SOD, APX, POD, GR, PPO in leaves while it decreased SOD and POD inroots. Also, Res, α-Toc or Res+α-Toc treatments displayed tissue specific activation or deactivationof the antioxidant enzymes. Gene expression study of CaMIPS, CaICln1 and CaMYB73 suggest that the Res and/or α-Toc-derived salt adaptation of citrus were due to the regulation of ionhomeostasis rather than osmotic adjustment. Overall, this work revealed a new functional role ofRes in plants and provided evidence that the interplay between Res and α-Toc is involved in salinityadaptation of citrus plants.

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η µελέτη της επίδρασης ασκορβικού οξέος, µελατονίνης,πυριτίου, ρεσβερατρόλης και α-τοκοφερόλης στην αντοχή στην αλατότητα των εσπεριδοειδών.∆ιαπιστώθηκε ότι το Citrumelo ήταν καταλληλότερο υποκείµενο από τη νεραντζιά για φυτάµανταρινιάς ‘Nova’ που αναπτύσσονταν υπό 80 mM NaCl αφού διατήρησε τα τοξικά ιόντα στιςρίζες και τα ξηρά βάρη των ιστών του αµετάβλητα ενώ παρουσίασε καλύτερη θρεπτική κατάσταση.Οι µεταβολές των δράσεων της υπεροξειδάσης (POD), σουπεροξειδικής δισµουτάσης (SOD) καιιδιαίτερα της πολυφαινολικής οξειδάσης (PPO) ήταν συγκεκριµένες ανά ιστό. Η προσθήκη 0,50mΜ Si στο αλατούχο διάλυµα παρόλο που αύξησε το ξηρό βάρος των ριζών του Citrumelo και τηνσυγκέντρωση φαινολών στα φύλλα µανταρινιάς, ανεξαρτήτως υποκειµένου, προώθησε τηνσυσσώρευση των τοξικών ιόντων και δεν αποκατέστησε τις βλάβες από NaCl σε φωτοσυνθετικόρυθµό, συγκέντρωση χλωροφύλλης, υδατανθράκων και προλίνης σε φύλλα και ρίζες,υποδεικνύοντας ότι το Si δεν είχε θετική επίδραση στην αύξηση της αντοχής στην αλατότηταεµβολιασµένων εσπεριδοειδών. Η προσθήκη Ασκ (0,50 mΜ), Μελ (1 µΜ) ή Ασκ+Μελ στοαλατούχο διάλυµα µείωσε τις βλάβες (εκροή ηλεκτρολυτών, λιπιδική υπεροξείδωση µεµβρανών,καταστροφή χρωστικών) που προήλθαν από καταπόνηση µε 100 mΜ NaCl στα φύλλα σποροφύτωννεραντζιάς. Επίσης, ο συνδυασµός Ασκ+Μελ µείωσε την συσσώρευση Cl-στα φύλλα. Η παρουσίαΑσκ και/ή Μελ ρύθµισε διαφορετικά την συγκέντρωση υδατανθράκων, προλίνης, φαινολών,ολικού ασκορβικού οξέος, γλουταθειόνης, την ολική αντιοξειδωτική ικανότητα των ιστών καθώςκαι τις δράσεις της SOD, ασκορβικής υπεροξειδάσης (APX), POD, αναγωγάσης της γλουταθειόνης(GR) και PPO σε σύγκριση µε την µεταχείριση µόνο µε NaCl. Τα φυτά που υποβλήθηκαν στιςχηµικές µεταχειρίσεις και ειδικά σε Ασκ+Μελ ρύθµισαν την έκφραση CaMIPS, CaSLAH1 καιCaMYB73 στα φύλλα και τις ρίζες, υποδεικνύοντας ότι ο µεταβολισµός των σακχάρων και ηοµοιόσταση των ιόντων ενεργοποιήθηκαν από το Ασκ και την Μελ. Τα παραπάνω αποτελέσµαταυποδεικνύουν ότι η ενεργοποίηση µεταβολικών µονοπατιών από τον συνδυασµό Ασκ και Μελσχετίζεται µε προσαρµογή των σποροφύτων νεραντζιάς στην αλατότητα. H προσθήκη Ρεσ (100µΜ), α-Τοκ (0,50 mΜ) και Ρεσ + α-Τοκ σε διάλυµα 100 mΜ NaCl µείωσε την διαπερατότητα καιλιπιδική υπεροξείδωση των µεµβρανών καθώς και την καταστροφή χρωστικών σε σύγκριση µε τοµεµονωµένο NaCl. Επιπρόσθετα, ο συνδυασµός Ρεσ και α-Τοκ προκάλεσε µείωση H2O2 στα φύλλανεραντζιάς και αποκατέστησε τον ρυθµό φωτοσύνθεσης. Η προσθήκη Ρεσ διατήρησε το Cl-στιςρίζες, ενώ ο συνδυασµός Ρεσ και α-Τοκ µείωσε την µεταφορά Na+και Cl-στα φύλλα και τουςβλαστούς. Οι υδατάνθρακες, η προλίνη, οι φαινόλες, το ολικό ασκορβικό οξύ και η γλουταθειόνηεπηρεάστηκαν από όλες τις µεταχειρίσεις στα φύλλα και τις ρίζες των σποροφύτων νεραντζιάς. Ηπροσθήκη NaCl αύξησε την δράση της SOD, APX, POD, GR και PPO στα φύλλα, ενώ µείωσε τηνδράση της SOD και POD στις ρίζες. Η παρουσία Ρεσ, α-Τοκ και Ρεσ + α-Τοκ παρουσίασεεξειδικευµένη ανά ιστό ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση των αντιοξειδωτικών ενζύµων. Ηέκφραση των CaMIPS, CaICln1 και CaMYB73, υποδεικνύει ότι η προσαρµογή στην αλατότητασποροφύτων νεραντζιάς µε Ρεσ ή/και α-Τοκ οφείλεται στην ιοντική και όχι στην οσµωτικήρύθµιση. Συνοπτικά, αναδείχτηκε ένας καινούργιος λειτουργικός ρόλος της ρεσβερατρόλης σταφυτά και ότι ο συνδυασµός ρεσβερατρόλης και α-τοκοφερόλης εµπλέκεται στον εγκλιµατισµόεσπεριδοειδών στην αλατότητα.