Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2020, вип. 2 (50), с. 93-104


https://doi.org/10.35550/vbio2020.02.093




КОМБІНОВАНИЙ ВПЛИВ САЛІЦИЛОВОЇ КИСЛОТИ І ДОНОРА ОКСИДУ АЗОТУ НА РОЗВИТОК ІНДУКОВАНОЇ ЗАГАРТУВАННЯМ МОРОЗОСТІЙКОСТІ ПРОРОСТКІВ ПШЕНИЦІ


О. І. Горєлова1, М. А.Шкляревський1, Н. І. Рябчун2, Л. Ф. Кабашникова3, Ю. Є. Колупаєв1, 4

1Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
(Харків, Україна)
E-mail:
plant_biology@ukr.net
2Інститут рослинництва ім. В.Я. Юр’єва
Національної академії аграрних наук України
(Харків, Україна)
3Інститут біофізики і клітинної інженерії
Національної академії наук Білорусі
(Мінськ, Білорусь)
4Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна
(Харків, Україна)


Відомо, що саліцилова кислота і оксид азоту (NO) задіяні у формуванні багатьох адаптивних реакцій рослин на дію стресорів різної природи. Є відомості про те, що обробка рослин саліциловою кислотою і донорами оксиду азоту може призводити до підвищення їх стійкості до дії низьких позитивних температур. Разом з тим, їх вплив на стійкість рослин до кріостресу досліджено недостатньо. Відомо, що деякі фізіологічні ефекти саліцилової кислоти реалізуються за участю NO як сигнального посередника. Однак спільна дія саліцилової кислоти і донорів NO на фізіологічні процеси, що зумовлюють формування морозостійкості, дотепер не вивчалася. Досліджували вплив праймінгу насіння озимої пшениці (Triticum aestivum L.) саліциловою кислотою і донором NO нітропрусидом натрію (НПН) окремо і спільно на формування морозостійкості етіольованих проростків пшениці при їх загартуванні за температури 2-4°С. Показано підвищення виживаності проростків після проморожування при – 6 і – 8°С під впливом саліцилової кислоти і НПН. Ще помітнішим був протекторний ефект спільної обробки насіння саліциловою кислотою (10 мкМ) і НПН (100 мкМ). Холодове загартування проростків, а також попередня обробка насіння саліциловою кислотою, спричиняли підвищення активності супероксиддисмутази (СОД), каталази і гваяколпероксидази, вмісту проліну та цукрів у тканинах проростків. Праймінг насіння НПН сприяв підвищенню в проростках пшениці активності СОД і каталази, вмісту проліну та цукрів. При комбінованому використанні саліцилової кислоти і НПН в проростках відзначалося додаткове підвищення активності СОД і вмісту цукрів. Обговорюються можливі причини посилення стрес-протекторного впливу саліцилової кислоти і донора NO за їх спільної дії.


Ключові слова: Triticum aestivum, саліцилова кислота, оксид азоту, морозостійкість, антиоксидантна система, осмоліти

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Evdokimova O.V., Kabashnikova L.F., Savchenko G.E. 2014. Salicylic acid and reactive oxygen species content in leaves barley (Hordeum vulgare) at salicylates treatments. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series. 3 : 57-62. (In Russian).
 
2. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Kosakivska I.V. 2016. Nitric oxide and hydrogen peroxide as signal media-tors at induction of heat resistance of wheat plantlets by exogenous jasmonic and salicylic acids. Fiziol. rast. genet. 48 (2) :158-166. (In Russian).
https://doi.org/10.15407/frg2016.02.158
 
3. Kolupaev Yu.E., Karpets Yu.V., Yastreb T.O., Lugovaya A.A. 2018. Combined effect of salicylic acid and nitrogen oxide donor on stress-protective system of wheat plants under drought conditions. Appl. Biochem. Microbiol. 54 (4) : 418-424.
https://doi.org/10.1134/S0003683818040099
 
4. Kolupaev Yu.E., Ryabchun N.I., Vayner A.A., Yastreb T.O., Oboznyi A.I. 2015. Antioxidant enzyme activity and osmolyte content in winter cereal seedlings under hardening and cryostress. Russ. J. Plant Physiol. 62 (4) : 499-506.
https://doi.org/10.1134/S1021443715030115
 
5. Pashkevich L.V., Kabashnikova L.F. 2018. Role of sali-cylic acid in formation of system acquired resistance of plants at pathogenesis. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 3 (45) : 31-48. (In Russian).
https://doi.org/10.35550/vbio2018.03.031
 
6. Kholoptseva E.S., Ignatenko A.A., Repkina N.S., Talanova V.V. 2019. Characteristics of wheat plant re-sponses to short-term and prolonged exposure to salicylic acid under optimal and low temperature. Trudy' Karel'skogo nauchnogo czentra RAN. 12: 19-30. (In Russian).
https://doi.org/10.17076/eb1054
 
7. Agarwal S., Sairam R.K., Srivastava G.C., Meena R.C. 2005. Changes in antioxidant enzymes activity and oxidative stress by abscisic acid and salicylic acid in wheat genotypes. Biol. Plant. 49 : 541-550.
https://doi.org/10.1007/s10535-005-0048-z
 
8. Alavi S.M.N., Arvin M.J., Kalantari K.M. Salicylic acid and nitric oxide alleviate osmotic stress in wheat (Triticum aestivum L.) seedlings. J. Plant Interact. 2014. 9 (1) : 683-688.
https://doi.org/10.1080/17429145.2014.900120
 
9. Arora D., Jain P., Singh N., Kaur H., Bhatla S.C. 2016. Mechanisms of nitric oxide crosstalk with reactive oxygen species scavenging enzymes during abiotic stress tolerance in plants. Free Radical Res. 50 : 291-303.
https://doi.org/10.3109/10715762.2015.1118473
 
10. Bates L.S., Walden R.P., Tear G.D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil. 39 : 205-210.
https://doi.org/10.1007/BF00018060
 
11. Baudouin E.,Jeandroz S. 2015. Nitric oxide as a media-tor of cold stress response: a transcriptional point of view. In: Nitric Oxide Action in Abiotic Stress Re-sponses in Plants. Eds. Khan M.N. et al. Switzerland : Springer International Publishing : 129-139.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-17804-2_8
 
12. Esim N., Atici Ö. 2015. Effects of exogenous nitric oxide and salicylic acid on chilling-induced oxidative stress in wheat (Triticum aestivum). Front. Life Sci. 8 (2) : 124-130.
https://doi.org/10.1080/21553769.2014.998299
 
13. Fan J., Chen K., Amombo E., Hu Z., Chen L., Fu J. 2015. Physiological and molecular mechanism of nitric oxide (NO) involved in bermudagrass response to cold stress. Plos ONE. 
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0132991
 
14. Fancy N.N., Bahlmann A.K., Loake G.J. 2017. Nitric oxide function in plant abiotic stress. Plant Cell En-viron. 40 (4) : 462-472.
https://doi.org/10.1111/pce.12707
 
15. Farooq M., Aziz T., Basra S.M.A., Cheema M.A., Rehman H. 2008. Chilling tolerance in hybrid maize induced by seed priming with salicylic acid. J. Agron.Crop Sci. 194 : 161-168.
https://doi.org/10.1111/j.1439-037X.2008.00300.x
 
16. Hamayun M., Khan A.L., Ahmad N., Lee I.J., Khan S.A.;, Shinwari Z.K. 2010. Effect of polyethylene glycol induced drought stress on physiohormonal attributes of soybean. Pak. J. Bot. 42 (2) : 977-986.
 
17. Hashempour A., Ghasemnezhad M., Fotouhi Ghazvini R., Sohani M.M. 2014. The physiological and biochemical responses to freezing stress of olive plants treated with salicylic acid. Russ. J. Plant Physiol. 61 (4) : 443-450.
https://doi.org/10.1134/S1021443714040098
 
18. Horvath E., Szalai G., Janda T. 2007. Induction of abi-otic stress tolerance by salicylic acid signaling. J. Plant Growth Regul. 26 : 290-300.
https://doi.org/10.1007/s00344-007-9017-4
 
19. Kim Y.S., Park S., Gilmour S.J., Thomashow M.F. 2013. Roles of CAMTA transcription factors and salicylic acid in configuring the low-temperature transcriptome and freezing tolerance of Arabidopsis. Plant J. 75 : 364-376.
https://doi.org/10.1111/tpj.12205
 
20. Majláth I., Szalai G., Janda T. 2011. Exploration of cold signalling related to ascorbate and salicylic acid in Arabidopsis thaliana. Acta Biol. Szeged. 55 (1) : 117-118.
 
21. Min K., Showman L., Perera A., Arora R. 2018. Salicylic acid-induced freezing tolerance in spinach (Spinacia oleracea L.) leaves explored through metabolite profiling. Environ. Exp. Bot. 156 : 214-227.
https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2018.09.011
 
22. Miura K., Tada Y. 2014. Regulation of water, salinity, and cold stress responses by salicylic acid. Front. Plant Sci. 5 : 4 
https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00004
 
23. Mostofa M.G., Fujita M., Tran, L.S.P. 2015. Nitric oxide mediates hydrogen peroxide- and salicylic acid-induced salt tolerance in rice (Oryza sativa L.) seed-lings. Plant Grow. Regul. 77 : 265-277.
https://doi.org/10.1007/s10725-015-0061-y
 
24. Mutlu S., Karadağoğlu Ö., Atici Ö., Nalbantoğlu B. 2013a. Protective role of salicylic acid applied before cold stress on antioxidative system and protein patterns in barley apoplast. Biol. Plant. 57 (3) : 507-513.
https://doi.org/10.1007/s10535-013-0322-4
 
25. Mutlu S., Karadağoğlu Ö., Atici Ö., Taşğin E., Nalbantoğlu B. 2013. Time-dependent effect of salicylic acid on alleviating cold damage in two barley cultivars differing in cold tolerance. Turk. J. Bot. 37 : 343-349.
 
26. Pal M., Gondor O.K., Janda T. 2013. Role of salicylic acid in acclimation to low temperature. Acta Agron. Hung. 61 (2) : 161-172.
https://doi.org/10.1556/AAgr.61.2013.2.7
 
27. Peleg-Grossman S., Melamed-Book N., Levine A. 2012. ROS production during symbiotic infection sup-presses pathogenesis-related gene expression. Plant Signaling Behav. 7. : 409-415.
https://doi.org/10.4161/psb.19217
 
28. Puyaubert J., Baudouin E. 2014. New clues for a cold case: nitric oxide response to low temperature. Plant Cell Environ. 37 : 2623-2630.
https://doi.org/10.1111/pce.12329
 
29. Shakirova F.M., Sakhabutdinova A.R., Bezruko-va M.V., Fatkhutdinova R., Fatkhutdinova D. 2003. Changes in the hormonal status of wheat seedlings induced by salicylic acid and salinity. Plant Sci. 164 : 317-322.
https://doi.org/10.1016/S0168-9452(02)00415-6
 
30. Shakirova F.M., Bezrukova M.V., Maslennikova D.R. 2013. Endogenous ABA as a hormonal intermediate in the salicylic acid induced protection of wheat plants against toxic. In: Salicylic Acid. Eds. Hayat S. et al. Dordrecht : Springer Science+Business Media : 119-140.
https://doi.org/10.1007/978-94-007-6428-6_7
 
31. Shakirova F.M., Allagulova Ch.R., Maslennikova D.R., Klyuchnikova E.O., Avalbaev A.M., Bezrukova M.V. 2016. Salicylic acid-induced protection against cadmium toxicity in wheat plants. Environ. Exp. Bot. 122 : 19-28.
https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2015.08.002
 
32. Shin H., Min K., Arora R. 2018. Exogenous salicylic acid improves freezing tolerance of spinach (Spina-cia oleracea L.) leaves. Cryobiology. 81 : 192-200.
https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2017.10.006
 
33. Song F., Goodman R.M. 2001. Activity of nitric oxide is dependent on, but is partially required for function of, salicylic acid in the signaling pathway in tobacco systemic acquired resistance. Mol. Plant-Microbe Interact. 14 (12) : 1458-1462.
https://doi.org/10.1094/MPMI.2001.14.12.1458
 
34. Tasgin E., Atici O., Nalbantoglu B. 2003. Effects of sal-icylic acid and cold on freezing tolerance in winter wheat leaves. Plant Growth Regul. 41 : 231-236.
https://doi.org/10.1023/B:GROW.0000007504.41476.c2
 
35. Wang D.H., Li X.X., Su Z.K., Ren H.X. 2009. The role of salicylic acid in response of two rice cultivars to chilling stress. Biol. Plant. 53 (3) : 545-552,
https://doi.org/10.1007/s10535-009-0099-7
 
36. Wang W., Wang X., Huang M., Cai J., Zhou Q., Dai T., Cao W., Jiang D. 2018. Hydrogen peroxide and ab-scisic acid mediate salicylic acid-induced freezing tolerance in wheat. Front. Plant Sci. 3 (9) : 1137.
https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01137
 
37. Yemets A.I., Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E. Blume Ya.B. 2019. Emerging technologies for en-hancing ROS/RNS homeostasis. In: Reactive Oxygen, Nitrogen and Sulfur Species in Plants: Production, Metabolism, Signaling and Defense Mecha-nisms, V. 2. Eds. Hasanuzzaman M. et al.). John Wiley & Sons Ltd. : 873-922.
https://doi.org/10.1002/9781119468677.ch39
 
38. Yordanova R., Popova L. 2007. Effect of exogenous treatment with salicylic acid on photosynthetic activity and antioxidant capacity of chilled wheat plants. Gen. Appl. Plant Physiol. 33 (3-4) : 155-170.