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Effects of copper and manganese on wheat and the involvement of the phytohormones, methyl jasmonate and strigolactone on its stress tolerance
Helmine Egokom Agulaba Ambi
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Ecology and Ecosystems
Betreuer*in
Irene Lichtschiedl-Schultz
DOI
10.25365/thesis.61835
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12304.54481.451468-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
70% aller im menschlichen Körper vorkommenden Schwermetalle (HMs) und ihrer Verbindungen stammen aus der Nahrung. HMs sind natürliche Spurenelemente mit einer Dichte von mehr als 5 g / cm3 und können für Pflanzen, Tiere und Menschen essentielle Elemente sein. So sind beispielsweise Kupfer (Cu) und Mangan (Mn) für das Wachstum von Pflanzen in geringen Konzentrationen wesentlich, aber Mengen im Boden über den Schwellenwerten führen zu Toxizität. Aufgrund einer exponentiellen Zunahme der Verwendung von HMs in mehreren industriellen, landwirtschaftlichen, häuslichen und technologischen Anwendungen führt auch zu vermehrtem Kontakt des Menschen mit Schwermetallen. Daher kann die Bedeutung eines höheren landwirtschaftlichen Ertrags im Zusammenhang mit der Sanierung der Umwelt nicht genug betont werden. Es ist ein zentrales Thema unserer Zeit, Wege zu finden, wie landwirtschaftliche Pflanzen unter suboptimalen Umweltbedingungen wachsen können, und dabei nicht nur die Lebensmittelproduktion zu steigern, sondern auch die Umwelt zu schonen. Frühere Studien haben gezeigt, dass die exogene Anwendung von Phytohormonen Schlüsselaktivitäten in Pflanzen positiv beeinflussen können, beispielsweise die Regulation des Ascorbat-Glutathion-Zyklus und die Zellteilung, wodurch die Pflanzenwachstumsaktivität verbessert wird. In der vorliegenden Studie untersuchten wir die Beteiligung von Phytohormonen an der Wachstumsleistung und Stresstoleranz von Weizen. Triticum aestivum, der bekannteste und am weitesten verbreitete Weizen , wurde als landwirtschaftliche Pflanze verwendet, um zunächst die Auswirkungen verschiedener Konzentrationen von Cu und Mn auf das Stoffwechselsystem der Pflanze zu untersuchen. Cu und Mn sind HMs, die gegenwärtig in vielen technischen Gebieten und in der Landwirtschaft weit verbreitet sind. Zweitens, um die mögliche Beteiligung der Phytohormone Methyljasmonat (JA) und Strigolacton (SL) an der Wachstumsleistung von Weizen zu untersuchen, und drittens, um festzustellen, ob die beiden Phytohormone JA und SL die Fähigkeit Schwermetall-induziertem Stress zu widerstehen in Weizen beeinflussen. Methyljasmonat ist ein wichtiger zellulärer Regulator, von dem berichtet wird, dass er an verschiedenen Entwicklungsprozessen beteiligt ist. Strigolacton ist eine kleine Klasse von Carotinoiden-abgeleiteten Verbindungen, die wichtige Stimulanzien für die Keimung wurzelparasitärer Pflanzen darstellen. Derzeit wird außerdem davon ausgegangen, dass Strigolacton eine wichtige Rolle in der Architektur von Pflanzen unter suboptimalen Umweltbedingungen spielt. Diese Studie wurde in einem zweiphasigen Versuchsaufbau durchgeführt, in dem die Auswirkungen von HMs und die mögliche Beteiligung von zwei Phytohormonen auf die Wachstumsleistung und Stresstoleranz von Weizenpflanzen untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass bei der Behandlung von Weizenpflanzen mit HMs die beobachteten negativen Auswirkungen auf die Pflanzenparameter mit einer erhöhten Konzentration der jeweiligen auf den Boden aufgebrachten HMs zunahmen. Für die mögliche Beteiligung der Phytohormone an der Wachstumsleistung und Stresstoleranz von Weizen beeinflussten beide Phytohormone inkonsistent alle untersuchten Pflanzenparameter. Erstens beeinflusste JA in allen angewendeten Konzentrationen unterschiedlich alle untersuchten Parameter, aber im Allgemeinen waren JA 10-5 M und 10-6 M die Konzentrationen, die am häufigsten signifikante Einflüsse auf die verschiedenen untersuchten Parameter zeigten. Die Wurzellänge und das FV / FMVerhältnis waren die Pflanzenparameter, die durch die Anwendung von JA am häufigsten signifikant beeinflusst wurden. Zweitens wirkten sich alle SL-Konzentrationen inkonsistent auf alle untersuchten Pflanzenparameter aus. Jedoch zeigte die Konzentration 10-5 M im allgemeinen am häufigsten signifikante Auswirkungen auf die untersuchten Pflanzenparameter. Das Wurzelgewicht war der Parameter, der am häufigsten durch die Anwendung von SL beeinflusst wurde. Wir schließen daraus, dass die Intensität der Auswirkungen von Mn und Cu auf Weizen von der Konzentration von HM im Boden abhängt. Zweitens zeigte die Anwendung der Phytohormone JA und SL signifikante Veränderungen, auch wenn diese in den gemessenen Pflanzenparametern nicht konsistent waren und somit Einfluss auf die Wachstumsleistung und die HM-Stresstoleranz von Weizen hatten.
Abstract
(Englisch)
70% of all heavy metals (HMs) and their compounds found in the human body come from food. HMs are natural trace elements with a density greater than 5 g cm-3 and could either be essential or nonessential. For example, copper (Cu), and manganese (Mn), are essential for the growth of plants in low concentrations, but their excessive amounts in the soil above threshold values result in toxicity. Due to an exponential increase in the use of HMs in several industrial, agricultural, domestic and technological applications, human exposure to HMs has increased. Thus, the importance of improving agricultural yield and remediating the environment cannot be overemphasized. Finding ways to enable agricultural plants to grow in suboptimal environmental conditions which will not only increase food production but remediate the environment is a hot topic of our time. Previous studies have established that exogenous application of phytohormones can positively influence key activities in plants, for example, the regulation of the ascorbate–glutathione cycle and cell division, hence improving plant growth activity. In this study, we investigated the involvement of phytohormones on the growth performance and stress tolerance of wheat. Triticum aestivum most widely cultivated wheat was used as an agricultural plant to investigate firstly, the effects of different concentrations of Cu and Mn on the plant's metabolic system. Cu and Mn are HMs that are currently widely used in many technical fields and agriculture. Secondly, to investigate the possible involvement of phytohormones Methyl jasmonate (JA) and Strigolactone (SL) on the growth performance of wheat, and thirdly, to investigate the possible involvement of phytohormones JA and SL on the ability of wheat plants to withstand heavy metal-induced stress. Methyl jasmonate is an important cellular regulator well reported to be involved in diverse developmental processes. Strigolactone is a small class of carotenoid-derived compounds important stimulants of germination in root parasitic plants and currently reported to play an important role in the architecture of plants under suboptimal environmental conditions. This study was carried out in a twophased experimental design, in which the effects of HMs and the possible involvement of two phytohormones on the growth performance and stress tolerance of wheat plants was investigated. The results showed that, upon treatment of wheat plants with HMs, the negative effects on the plant's parameters studied increased with an increased concentration of the respective HMs applied to the soil. For the possible involvement of the phytohormones on the growth performance and stress tolerance of wheat, both phytohormones inconsistently influenced all plant parameters studied. Firstly, JA in all concentrations applied variably affected all parameters studied but generally speaking, JA 10-5 M and 10-6 M were the concentrations that frequently showed significant influences on the various parameters studied. The root length and FV/FM ratio were the plant parameters most frequently significantly influenced by the application of JA. Secondly, all concentrations of SL applied inconsistently affected all plant parameters studied. But generally speaking, the concentration 10-5 M most frequently showed significant effects on the plant parameters studied. The root weight was the parameter most frequently influenced by the application of SL. We, therefore concluded that the intensity of the effects of HMs Mn and Cu on wheat was dependent on the concentration of the HMs in the soil. Secondly, the application of the phytohormones JA and SL showed significant changes even though not consistent in the plant parameters measured and thus were implicated in the growth performance and the HM stress tolerance of wheat.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Nicht angegeben
Autor*innen
Helmine Egokom Agulaba Ambi
Haupttitel (Englisch)
Effects of copper and manganese on wheat and the involvement of the phytohormones, methyl jasmonate and strigolactone on its stress tolerance
Paralleltitel (Deutsch)
Auswirkungen von Kupfer und Mangan auf Weizen und die Beteiligung der Phytohormone Methylmethmonat und Strigolacton auf die Stresstoleranz
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
105 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Irene Lichtschiedl-Schultz
Klassifikation
43 Umweltforschung > 43.00 Umweltforschung, Umweltschutz: Allgemeines
AC Nummer
AC15673410
Utheses ID
54659
Studienkennzahl
UA | 066 | 833 | |