Effect of sodium salicylate treatment on physiological and biochemical parameters of wheat seedlings under the influence of heavy metals

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The objective of this work was to study the effect of cadmium sulfate and zinc sulfate on the growth and development of common wheat plants (Triticum aestivum L.) of the Moskvich variety. In order to determine the physiological and biochemical parameters of seedlings and the possibility of regulating their resistance to the stress factor, preplanting treatment of seeds with sodium salicylate (СNa) was carried out. Wheat seeds had been germinating in a solution of 0.1 mM СNa for 3 days at a temperature of 21–23 ºС and under a 16-hour daily illumination of 3000 lux illuminance. On the 4th day, the seedlings were transferred to plastic containers, where they continued to grow in a climatic chamber under periodic irrigation with solutions of CdSO4 and ZnSO4 salts with a concentration of 10-6-10-3 M. On the 7th day of the experiment, the length and fresh weight of the root system and shoots of the seedlings were measured, alongside with the lipid peroxidation (LPO) activity and the enzyme activity superoxide dismutase (SOD) in the cells of the leaves, as well as the content of proline in the leaves and roots of wheat seedlings. It has been found that for establishing the differences in the effect of cadmium and zinc ions on wheat plants using only biometric indicators is not sufficient. In our studies, the determination of LPO activity and proline content served as an indicator of the development of oxidative stress in the cells of wheat seedlings under the influence of CdSO4 and ZnSO4. At the same salt  concentrations, only CdSO4 contributed to increased LPO activity and the formation of proline, which could be a signal for triggering the protective reactions of the cell. The low SOD activity under these conditions is probably resulting from the fact that it is proline that reduces the formation of reactive oxygen species either by terminating the cascade of free radical reactions or by inhibiting the CdSO4 enzyme. ZnSO4 salt is less toxic, since in the same range of concentrations it does not cause an increase in the content of LPO and proline products. The influence of CNa on these parameters depended on the nature of the heavy metal and the strength of its action, and produced both pro- and antioxidant effects, both provoking oxidative stress or protecting against it.

About the authors

G. A. Abilova

Dagestan State University

Email: gulyaraabilova@mail.ru

References

  1. Krämer U. Meta l hyperaccumulation in plants // Annual Review of Plant Biology. 2010. Vol. 61. P. 517–534. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112156
  2. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения: монография. Петрозаводск: Изд-во Института биологии Карельского научного центра РАН, 2014. 194 с.
  3. Baker A.J.M., Walker P.L. Physiological responses of plants to heavy metals and the quantification of tolerance and toxicity // Chemical Speciation & Bioavailability. 1989. Vol. 1. Issue 1. P. 7–17. https://doi.org/10.1080/09542299.1989.11083102
  4. Макарова Е.А., Солдатов С.А. Действие тяжелых металлов на рост и развитие растений люцерны (Medicago varia T. Martyn) // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. 2012. N 29. С. 62–68.
  5. Maksymiek W. Signaling responses in plants to heavy metal stress // Acta Physiologiae Plantarum. 2007. Vol. 29. P. 177–198. https://doi.org/10/1007/s11738-007-0036-3
  6. Chao Y.-Y., Chen C.-Y., Huang W.-D., Kao C.H. Salicylic acid-mediated hydrogen peroxide accumulation and protection against Cd toxicity in rice leaves // Plant and Soil. 2010;329(1):327–337. https://doi.org/10.1007/s11104-009-0161-4
  7. Фенько А.А., Репкина Н.С, Таланова В.В. Влияние салициловой кислоты на холодоустойчивость проростков огурца // Труды Карельского научного центра РАН. 2015. N 11. С. 26–34. https://doi.org/10.17076/eb188
  8. Колупаев Ю.Е., Ястреб Т.О. Стресспротекторные эффекты салициловой кислоты и ее структурных аналогов // Физиология и биохимия культурных растений. 2013. Т. 45. N 2. С. 113–126.
  9. Heath R.L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. 1. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1968. Vol. 125. Issue 1. P. 189–198. http://dx.doi.org/10.1016/0003-9861(68)90654-1
  10. Bates L.S. Rapid determination of free proline for stress studies // Plant Soil. 1973. Vol. 39. P. 205–207. https://doi.org/10.1007/BF00018060
  11. Giannopolitis C.N., Ries S.K. Superoxide dismutase. 1. Occurrence in higher plants // Plant Physiology. 1977. Vol. 59. Issue 2. P. 309–314.
  12. Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Влияние сульфата кадмия в широком диапазоне концентраций на физиолого-биохимические показатели проростков пшеницы // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2010. N 2-2. С. 508–512.
  13. Алыбаева Р.А. Устойчивость генотипов пшеницы к тяжелым металлам // Бюллетень государственного Никитского ботанического сада. 2009. N 99. С. 56–60.
  14. Михайлова И.Д., Лукаткин А.С. Перекисное окисление липидов в растениях огурца и редиса при действии тяжёлых металлов // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия. Химия. Биология. Экология. 2016. Т. 36. N 2. С. 206–210. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2016-16-2-206-210
  15. Абилова Г.А. Влияние ионов кадмия и свинца на рост и содержание пролина в растениях тритикале (Triticosecale Wittm.) // Труды Карельского научного центра РАН. Серия: Экспериментальная биология. 2016. N 11. С. 27–33. https://doi.org/10.17076/eb424
  16. Колупаев Ю.Е., Вайнер А.А., Ястреб Т.О. Пролин: физиологические функции и регуляция содержания в растениях в стрессовых условиях // Вестник Харьковского национального аграрного университета. Серия: Биология. 2014. Вып. 2 (32). С. 6–22.
  17. Бараненко В.В. Супероксиддисмутаза в клетках растений // Цитология. 2006. Т. 48. N 6. С. 465–471.
  18. Гладков Е.А., Гладкова О.В. Влияние цинка как неблагоприятного экологического фактора на травянистые растения городских экосистем // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018. Т. 20. N 5 (3). С. 499–500. https://doi.org/10.24411/1990-5378-2018-00121
  19. Репкина Н.С. Игнатенко А.А., Панфилова К.М., Титов А.Ф., Таланова В.В. Динамика активности супероксиддисмутазы и экспрессии кодирующих ее генов в листьях пшеницы при холодовой адаптации // Труды Карельского научного центра РАН. 2017. N 5. С. 89–98. https://doi.org/10.17076/eb573
  20. Сазанова К.А., Башмаков Д.И., Лукаткин А.С. Генерация супероксидного анионрадикала в листьях растений при хроническом действии тяжелых металлов // Труды Карельского научного центра РАН. 2012. N 2. С. 119–124.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».