Effects of some organic and inorganic compounds on antioxidative system in pepper (Capsicum annuum L.) plant under salt stress

Year 2017, Volume: 32 Issue: 1, 121 - 131, 13.02.2017

Atilla Levent Tuna , Büşra Eroğlu

https://doi.org/10.7161/omuanajas.289038

Cited By: 9

Abstract

In this study
conducted as a pot experiment under laboratory conditions, in addition to NaCl (100
mM), some organic compounds, ascorbic acid (0.5 mM), salicylic acid (0.1 mM),
nitric oxide (as SNP;100 µM), proline (10 mM) and some inorganic compounds such
as silicon (2 mM), calcium (10 mM) and potassium (10 mM) were applied to pepper
plant foliarly. Thus, general development situation in pepper plants under salt
stress as well as comparative effects of these organic and inorganic compounds
on lipid peroxidation and antioxidative defense system of pepper plant were
investigated. At the end of analyses made during the study, membrane
permeability (EC %), proline, chlorophyll and carotenoid contents, some
antioxidative enzyme activities (SOD, POX CAT) were revealed, furthermore some
plant growth parameters were determined. At the same time, the content of some
macro elements (Na, Ca, K and P) in leaves were analyzed. It was observed that
membrane permeability, lipid peroxidation, proline content and antioxidative
enzyme activities increased in pepper leaves under ascending salinity stress,
however, these parameters decreased with the addition of some organic and
inorganic compounds. Additionally, the content of leaf macro element, which
showed a decline with salinity, and also plant length, stem diameter, stem-root
fresh and dry weights changed positively with the addition of some organic
and inorganic compounds to the growth media. It was observed that among these
compounds AsA, NO and K were the most effective ones for suppression of lipid
peroxidation, the regulation of enzymatic antioxidative system and leaf dry
weight, respectively. Consequently, it was thought that the ones having the
greatest effect on diminishing salinity stress and the ability of regulating
plant metabolism by supporting antioxidative system among organic and inorganic
compounds, of which activities were compared in pepper plant grown under
salinity stress and controlled conditions, could be used under salinity.

Keywords

Salinity, Pepper, Exogenous applications, Antioxidants

Tuz stresi altindaki biber (Capsicum Annuum L.) bitkisinde bazi organik ve inorganik bileşiklerin antioksidatif sisteme etkileri

Abstract

Laboratuvar şartlarında saksı denemesi şeklinde yürütülmüş
olan bu çalışmada biber  (Capsicum annuum
L.) bitkisine NaCl (100 mM) yanı sıra, organik bileşiklerden: askorbik asit
(0.5 mM), salisilik asit (0.1 mM), nitrik oksit (Sodium nitroprusside; 100 µM),
prolin (10 mM) ve inorganik bileşiklerden: silisyum (2 mM), kalsiyum (10 mM) ve
potasyum (10 mM) yaprak yoluyla uygulanmıştır. Tuz stresi altındaki biber
bitkisinde genel vejetatif gelişme durumu ile bu organik ve inorganik
bileşiklerin biber bitkisinin lipit peroksidasyon düzeyleri ve antioksidatif savunma
sistemi üzerine etkinlikleri araştırılmıştır. Deneme sonunda yapılan
analizlerde; yapraklarda membran geçirgenliği (% EC), prolin, klorofil ve
karotenoid kapsamları, antioksidatif enzimlerden SOD, POX, CAT aktiviteleri
tayini yapılmış, ayrıca bazı bitki gelişim parametreleri saptanmıştır. Aynı
zamanda, yapraklarda bazı makro elementlerin (Na, Ca, K ve P ) içeriği
belirlenmiştir. Araştırma sonunda elde edilen verilere göre; artan tuz stresi
altında biber bitkisi yapraklarında elektriksel geçirgenlik, lipid
peroksidasyonu, prolin içeriği ve antioksidatif enzim aktivitelerinde artış,
bazı organik ve inorganik bileşiklerin tuzlu ortama ilavesiyle bu
parametrelerde düşüş gözlenmiştir. Bunun yanı sıra tuzlulukla beraber azalma
göstermiş olan yaprak makro element içeriği, gövde ve kök yaş ve kuru ağırlığı
ortama bazı organik ve inorganik bileşiklerin eklenmesiyle olumlu olarak
değişim göstermiştir. Bu bileşikler arasında lipit peroksidasyonun
regülasyonunda en iyi etkiyi AsA, enzimatik antioksidatif sistemin regülasyonunda
NO ve yaprak kuru ağırlığında ise K göstermiştir. Kontrollü şartlarda ve tuz
stresi altında yetiştirilen biber bitkisinde etkinlikleri karşılaştırılmış olan
organik ve inorganik bileşiklerden antioksidatif sistemi destekleyerek, bitki
metabolizmasını düzenleyici ve tuz stresini hafifletmede en fazla etkiye sahip
olan bileşiklerin tuzlu şartlarda kullanılabileceği ön yargısına varılmıştır.

Keywords

Tuzluluk, Biber, Dışsal uygulamalar, Antioksidantlar

References

• Abdelhamid, M.T., Rady, M.M., Osman, A.S., Abdalla, M.A., 2013. Exogenous application of proline alleviates salt-induced oxidative stress in Phaseolus vulgaris L. Plants. J. Hortic. Sci. Biotech., 88(4): 439-446.
• Akat, H., 2012. Tuz stresi koşullarında yetiştirilen Limonium sinuatum bitkisinde kalsiyum uygulamalarının verim ve gelişim kriterleri üzerine etkisi, Doktora Tezi, Ege Üniversitesi, İzmir, 184s.
• Alscher R. G., Ertürk N., Heath L. S., 2002. Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants. J. Exp. Bot., 372: 1331-1341.
• Ashraf, M., Harris, P. J. C., 2004. Potential biochemical indicators of salinity tolerance in plants. Plant Sci., 166: 3–16.
• Bak, Z.D., 2009. Tuz stresine maruz bırakılan iki kabak çeşidinde (Cucurbita pepo L.) salisilik asit uygulamasıyla gelişen fizyolojik ve biyokimyasal değişimler. Yüksek Lisans Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon,89s.
• Baran, A., Doğan M., 2014. Tuz stresi uygulanan soyada (Glycine max L.) Salisilik asidin fizyolojik etkisi. S.D.Ü. Fen Bil. Enst. Der., 18(1): 78-84.
• Bates, L.S., Waldren, R.P., Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water stres studies. Plant Soil, 39: 205-207.
• Beauchamp, C., Fridovich, I., 1971. Superoxide Dismutase: Improved Assays and an Assay Applicable to Acrylamide Gels. Anal. Bıochem.,44: 276-287.
• Bergmeyer, N., 1970. Methoden der enzymatischen Analyse, AkademieVerlag, 1: 636–647.
• Büyük, İ., Aydın, S. S., Aras, S., 2012. Bitkilerin stres koşullarında verdiği molekuler cevaplar, Türk Hijyen Deney. Biyol. Der., 69(2): 97-110.
• Chance. B., Maehly, A. C., 1955. Assay of catalase and peroxidases, Methods Enzymol., 2: 764-775.
• Chinnusamy, V., Jagendorf, A., Zhu, J., 2005. Understanding and improving salt tolerance in plants. Crop Sci., 45: 437–448.
• Conklin, P.L., 2001. Recent advances in the role and biosynthesis of ascorbic acid in plants. Plant Cell Environ., 24: 383–394.
• Çelik, A., 2014. Nitrik oksit uygulamasının tuz stresi altında yetiştirilen mısır bitkisinin mineral beslenmesi ve bazı fizyolojik özellikleri üzerine etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta, 76s.
• Çulha, Ş., Çakırlar, H., 2012. Tuzluluğun bitkiler üzerine etkileri ve tuz tolerans mekanizmaları, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11: 11-34.
• Delledonne, M., Zeier, J., Marocco, A., Lamb, C., 2001. Signal interactions between Nitric oxide and reactive oxygen intermediates in the plant hypersensitive disease resistance response. Proc. Nation. Acad. Sci., 98(23): 13454–13459.
• Demiral, T., 2003. Genç pirinç fidelerine dışarıdan glisinbetain uygulanmasıyla tuza (NaCl) toleransının arttırılmasında antioksidan enzim aktivitesinin rolünün araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi, İzmir,72s.
• Dolatabadian, A., Sanavy, S.A., Chashmi, N.A., 2008. The effects of foliar application of ascorbic acid (vitamin C) on antioxidant enzymes activities, lipid peroxidation and proline accumulation of canola (Brassica napus L.) under conditions of salt stress. J. Agron. Crop Sci., 194: 206-213.
• El-Lethy, S.R., Abdelhamid, M.T., Reda, F., 2013. Effect of Potassium application on wheat (Triticum aestivum L.) cultivars grown under salinity stress. World Appl. Sci. J. 26(7): 840-850.
• Erkılıç, E.G., 2005. Tuz stresi altındaki biber (Capsicum annuum L.) fidelerinde salisilik asitin prolin birikimi ve bazı fizyolojik özelliklere etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Ankara, 120 s.
• Ertekin F., 2010. Kabakta (Cucurbita spp.) yeşil aksam ve kök bölgesindeki iyon dağılımının tuz stresine toleransın belirlenmesinde kullanım olanakları üzerinde bir araştırma. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Ankara, 109s.
• Esim, N., Atıcı, Ö., 2012. Nitrik oksit (NO) düşük sıcaklık stresi altındaki mısırda (Zea mays L.) antioksidatif sistemi düzenler. 21. Ulusal Biyoloji Kongresi, 3-7 Eylül, İzmir.
• Flowers, T.J., Yeo, A.R., 1995. Breeding for salinity resistance in crop plants where next. Australian J. Plant Physiol. 22: 875–884.
• Foyer, C.H., Lelandais, M., Kunert, K.J. 1994. Photooxidative stress in plants. Phsiol. Plant., 92(4): 696-717.
• Ghoulam, C., Foursy, A., Fores, K., 2002. Effects of salt stres on growth inorganic ions and proline accumulation in relation to osmotic adjustment in five sugar beet cultivars. Environ. Exp. Bot., 47: 39-50.
• Gossett, D.R., Millhollon, E.P., Lucas, M.C., 1994. Antioxidant response to NaCl stress in salt tolerant and salt sensitive cultivars of cotton. Crop Sci. 34: 706-714.
• Hasanuzzaman, M., Nahar, K., Fujita, M., 2013. Plant response to salt stress and role of exogenous protectants to mitigate saltinduced damages. P.Ahmad et al (Eds.), in: Ecophysiology and responses of plants under salt stress, pp: 25-87.
• and molecular responses to high salinity. Plant Mol.Biol., 51: 463-499.
• Hayat, Q., Hayat, S., Irfan, M., Ahmad, A., 2010. Effect of exogenous salicylic acid under changing environment: A review, Environ. Exp. Bot., 68: 14–25.
• Jamei, R., Heidari, R., Khara, J., Zare, S., 2009. Hypoxia induced changes in the MDA, membrane permeability, reactive oxygen species generation and antioxidative response systems in Zea mays leaves. Turk. J. Biol., 33: 45-52.
• Kacar, B., Katkat, A.V., 2006. Bitki Besleme. Nobel Yayın No: 849, Fen ve Biyoloji Yayın Dizisi:29, Ankara, 589 s.
• Kacar, B., İnal, A., 2010. Bitki Analizleri. Nobel Akademik Yayıncılık, 912s. Ankara.
• Karlidağ, H., Yıldırım, E., Turan, M., 2009. Salicylic acid ameliorates the adverse effect of salt stress on strawberry. Sci Agric., 66(2): 180-187.
• Kausar, F., Shahbaz, M., Ashraf, M., 2013. Protective role of foliar applied Nitric oxide in Triticum aestivum under saline stress. Turk. J. Bot., 37: 1155-1165.
• Kaya, C., Tuna, A. L., 2005. Potasyum’un tuz stresi altındaki bitkilerde rolü ve önemi. Tarımda Potasyum Sempozyumu. 3-4 Ekim 2005, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi.
• Köşkeroğlu, S., 2006. Tuz ve su stresi altındaki mısır (Zea mays) bitkisinde prolin birikim düzeyleri ve stres parametrelerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Muğla Üniversitesi, Muğla, 106 s.
• Lutts, S., Kinet, J.M., Bouharmont, J., 1996. NaCl-induced senescence in leaves of rice cultivars differing in salinity resistance. Ann. Bot., 78: 389-398.
• Miller, G., Suzuki, N., Ciftci-Yilmaz, S., Mittler, R. 2010. Reactive oxygen species homeostasis and signalling during drought and salinity stresses. Plant Cell Environ., 33: 453–467.
• Mutlu, S., Atici, O., Nalbantoglu, B., 2009. Effects of Salicylic acid and salinity on apoplastic antioxidant enzymes in two wheat cultivars differing in salt tolerance. Biol. Plantarum, 53: 334-338
• Neill, S.J., Desikan, R., Hancock, J.T., 2003. Nitric oxide signalling in plants. New Phytolol., 159:11–35.
• Nejadalımoradi, H., Nasibi, F., Kalantari, K.M., Zangahe, R., 2014. Effect of seed priming with L-arginine and Sodium nitroprusside on some physiological parameters and antioxidant enzymes of sunflower plants exposed to salt stress. Agric. Commun., 2(1): 23-30.
• Özden, M., Dikilitaş, M., Gürsöz, S., Ak, B.E., 2011. 110r anacı üzerine aşılı şiraz üzüm (Vitis Vinifera L.) çeşidinin NaCl ve prolin uygulamalarına karşı fizyolojik ve biyokimyasal tepkileri. Harran. Ü.Z.F. Der., 15(1): 1-9.
• Rao, K.V.M., Sresty, T.V.S., 2000. Antioxidative parameters in the seedlings of pigeonpea (Cajanus cajan L.) in response to Zn and Ni stresses. Plant Sci. 157: 113–128.
• Sadak, M.S., Dawood, M.G., 2014. Role of Ascorbic acid and Tocopherol in alleviating salinity stress on Flax plant (Linum usitatissimum L.). J. Stress Physiol. Biochem. 10(1): 93-111.
• Smirnof, N., Wheeler, G. L., 2000. Ascorbic acid in plants: biosynthesis and function. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol, 35(4): 291-314.
• Strain, H.H., Svec, W.A., 1966. Exraction, separation, estimation and isolation of chlorophylls. 21-66, Bernon, V.P., Seely, G.R. (eds.), In the chlorophylls Academic Pres, New York.
• Torun, H., 2012. Tuz stresine maruz bırakılan arpa (Hordeum vulgare L.) çeşitlerinde Salisilik asit muamelesinin içsel fitohormonlar düzeyinde fizyolojik ve biyokimyasal etkilerinin araştırılması. Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon, 104s
• Tuna, A.L., Kaya, C., Higss, D., Morillo-Amador, B, Aydemir, S., Girgin, A.R., 2008. Silicon improves salinity tolerance in wheat plants. Environ. Exp. Bot., 62(1): 10-16.
• Yağmur, M., Kaydan, D., Okut, N., 2006. Potasyum uygulamasının tuz stresindeki arpanın fotosentetik pigment içeriği, ozmotik potansiyel, K+/Na+ oranı ile bitki büyümesindeki etkileri. Tarım Bil. Der.,12(2): 188–194.
• Yağmur, Y., 2008. Farklı asma (Vitis vinifera L.) çeşitlerinin kuraklık stresine karşı bazı fizyolojik ve biyokimyasal tolerans parametrelerinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi, İzmir,108s.
• Yakıt, S., Tuna, A.L., 2006. Tuz stresi altındaki mısır bitkisinde (Zea mays L. ) stres parametreleri üzerine Ca, Mg ve K’nın etkileri. Akdeniz Üniv. Der., 19(1): 59-67.
• Ye, Z., Rodriguez, R., Tran, A., Hoang, H., Los Santos, D.D., Brown, S., 2000. The developmental transition to flowering repsesses ascorbate peroxidase activity and induced enzymatic lipid peroxidation in leaf tissue in Arobidopsis thaliana. Plant Sci., 158: 115-127.
• Yıldız, M., Terzi, H., Cenkci, S., Arıkan, E. S., Uruşak, B., 2010. Bitkilerde tuzluluğa toleransın fizyolojik ve biyokimyasal markörleri. Anadolu Üniv. Bilim Tekn. Derg, 1(1): 1-33.
• Yılmaz E., Tuna A. L., Bürün B., 2011. Bitkilerin tuz stresi etkilerine karşı geliştirdikleri tolerans stratejileri. C.B.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 7(1): 47-66.
• Zheng, C., Jiang, D., Liu, F., Dai, T., Jing, Q., Cao, W., 2009. Effects of salt and waterlogging stresses and their combination on leaf photosynthesis, chloroplast ATP synthesis, and antioxidant capacity in wheat. Plant Sci., 176: 575–582.