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Effects of phytohormones, jasmonic acid and strigolactone, on the stress tolerance of Triticum aestivum towards zinc and nickel
Mandana Bahadori Far
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Botanik
Betreuer*in
Irene Lichtscheidl-Schultz
DOI
10.25365/thesis.75274
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13105.27067.597913-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Schwermetalle (HM) sind natürliche Spurenelemente mit einer Dichte von mehr als 5 g cm-3. Unter den Schwermetallen sind Mikronährstoffe wesentlich für Wachstum und Entwicklung und wichtig für den Stoffwechsel der Pflanzen. Zink (Zn) zum Beispiel ist ein wesentliches Element für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen und spielt eine wichtige Rolle bei der Aktivierung von Enzymen, und Nickel (Ni) ist ein wesentliches Element für das normale Wachstum vieler Arten von Mikroorganismen und Pflanzen. Andererseits führen HMs in der Umwelt zu negativen Auswirkungen. Überhöhte Ni-Konzentrationen in Pflanzen führen zu Chlorose und Nekrose, es gilt als eines der giftigsten Metalle in der Umwelt; sobald es in die Nahrungskette gelangt, reichert es sich in Menschen und Tieren an. Aufgrund des exponentiellen Anstiegs der Verwendung von HM in verschiedenen industriellen, landwirtschaftlichen, häuslichen und technologischen Anwendungen hat die Exposition des Menschen gegenüber HM zugenommen. Daher sollte die Bedeutung der Verbesserung der landwirtschaftlichen Erträge und der Sanierung der Umwelt überdeutlich hervorgehoben werden. Wenn es gelingt, landwirtschaftliche Pflanzen in die Lage zu versetzen, unter suboptimalen Umweltbedingungen zu wachsen, wird nicht nur die Nahrungsmittelproduktion gesteigert, sondern auch die Umwelt entlastet, was heutzutage eines der wichtigsten Themen ist. Frühere Studien haben gezeigt, dass die exogene Anwendung von Phytohormonen einige Schlüsselaktivitäten in Pflanzen beeinflussen kann, z. B. die Regulierung des Ascorbat-Glutathion-Zyklus und die Zellteilung, wodurch die Wachstumsaktivität der Pflanzen verbessert wird. Methyljasmonat ist ein wichtiger zellulärer Regulator, von dem bekannt ist, dass er an verschiedenen Entwicklungsprozessen beteiligt ist. Strigolacton (SL) ist eine kleine, von Carotinoiden abgeleitete Verbindung; sie sind wichtige Stimulanzien der Keimung in wurzelparasitären Pflanzen und spielen Berichten zufolge eine wichtige Rolle bei der Architektur von Pflanzen unter suboptimalen Umweltbedingungen. In dieser Studie untersuchten wir den Einfluss von Phytohormonen auf die Wachstumsleistung und Stresstoleranz von Weizen, der weltweit eine wichtige Nahrungsquelle darstellt. Daher wurden erstens die Auswirkungen verschiedener Konzentrationen von Zn und Ni auf die Pflanzenparameter, zweitens die mögliche Beteiligung der Phytohormone Jasmonsäure und Strigolacton an der Wachstumsleistung von Weizen und schließlich eine mögliche Beteiligung von JA und SL an der Fähigkeit von Weizenpflanzen, Ni und Zn induziertem Stress zu widerstehen, untersucht. Diese Fallstudie wurde in zwei Versuchsphasen durchgeführt, in denen die Auswirkungen von Schwermetallen und Phytohormonen auf die Wachstumsparameter und die Stresstoleranz von Weizenpflanzen untersucht wurden. Die Ergebnisse der mit Schwermetallen behandelten Pflanzen zeigten eine signifikante Abnahme von Pflanzenparametern wie Wurzel- und Sprosslänge sowie Wurzel- und Sprossgewicht bei hohen Konzentrationen der eingesetzten Schwermetalle. Die signifikantesten Auswirkungen auf Wurzel und Spross wurden erwartet, da die Wurzeln als erste mit den Schwermetallen im Boden in Kontakt kommen und die absorbierten Schwermetalle nach oben transportieren. Die verschiedenen Konzentrationen von JA und SL zeigten keine konsistenten signifikanten Auswirkungen auf die verschiedenen Wachstumsparameter der Pflanzen. Von allen in diesen Versuchen verwendeten JA-Konzentrationen zeigten nur JA 10-6 und JA 10-8 M signifikante Einflüsse auf die Wachstumsparameter der Pflanzen. Die Ergebnisse zeigten, dass bei Pflanzen, die mit Ni 10-3 M und verschiedenen JA-Konzentrationen behandelt wurden, signifikante Unterschiede im Wurzel- und Sprossgewicht und in der Länge bei JA 10-6 und JA 10-8 M beobachtet wurden. Die Ergebnisse der mit SL behandelten Pflanzen zeigten signifikante Auswirkungen auf die Sprosslänge der mit Ni 10-3 M behandelten Pflanzen. Wir schlussfolgern, dass die Intensität der Auswirkungen von Zn und Ni auf Weizen von der Konzentration von HMs im Boden abhängig war. Auch die Anwendung von JA und SL zeigte Veränderungen, wenn auch nicht signifikant in den alle gemessenen Anlagenparametern. Unsere Versuche deuten darauf hin, dass die Anwendung von Phytohormonen mit der genauen Festlegung ihrer Konzentrationen und der besten Anwendungsmethode zu einer Produktion mit signifikanten Auswirkungen auf das Wachstum und andere physiologische Parameter sowie die Stresstoleranz von Weizen beitragen wird.
Abstract
(Englisch)
Heavy metals (HMs) are natural trace elements which have a density greater than 5 g cm-3. Among HMs, micronutrients are essential for growth and development and important in metabolism of plants. For example, Zinc (Zn) is an essential element for plant growth and development and plays vital roles in enzyme activation, and Nickel (Ni) is an essential element for the normal growth of many species of microorganisms and plants. On the other hand, HMs in the environment lead to adverse impacts. Excess concentrations of Ni in plants cause chlorosis and necrosis, it is considered as one of the most toxic metals in environment; once it enters in the food chain it becomes accumulated in humans and animals. 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 should be overemphasized. Finding ways to enable agricultural plants to grow in suboptimal environmental conditions will not only increase food production but remediate also the environment, which is one of the most important issues in these days. Previous studies have established that exogenous application of phytohormones can influence some key activities in plants, for example, the regulation of the ascorbate–glutathione cycle and cell division, hence improving plant growth activity. Methyl jasmonate is an important cellular regulator well reported to be involved in diverse developmental processes. Strigolactone (SL) is a small carotenoid-derived compound; they are 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. In this study, we investigated the involvement of phytohormones on the growth performance and stress tolerance of wheat as one of important food sources around the world. Therefore, first, the effects of different concentrations of Zn and Ni on the plants parameters, second, the possible involvement of the phytohormones jasmonic acid and strigolactone on the growth performance of wheat, and finally a possible involvement of JA and SL on the ability of wheat plants to withstand Ni and Zn induced stress. This case study was done in two experimental phases, in which the effects of HMs and phytohormones on the growth parameters and stress tolerance of wheat plants was investigated. Findings in treated plants with heavy metals showed significant decrease in plant parameters such as root and shoot length and root and shoot weight at high concentrations of applied HMs. The most significant effects in root and shoot were expected because of the roots are the first to get in contact with the HMs in soil and transport absorbed HMs to the upwards. The various concentrations of JA and SL did not show consistency significant effects on the different growth parameters of the plants. Among all concentrations of JA applied in this experiments, only JA 10-6 and JA 10-8 M showed significant influences on the plant’s growth parameters. Findings showed that in treated plants with Ni 10-3 M and different concentrations of JA, significant differences in root and shoot weight and length in JA 10-6 and JA 10-8 M were observed. Results of treated plants with SL showed significant effects on shoot length in treated plants with Ni 10-3 M. We conclude that the intensity effects of Zn and Ni on wheat was dependent on the concentration of HMs in the soil. Also, the application of the JA and SL showed changes even though not significant in the all plant parameters measured. Our experiments suggest that applying phytohormones with defining exact concentrations of them and also the best method of application will help in production with significant effects on the growth and other physiological parameters and stress tolerance of wheat.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Schwermetalle Zink Nickel Phytohormone Jasmonsäure Strigolacton Wachstumsleistung
Schlagwörter
(Englisch)
Heavy metals Zink Nickel Phytohormones Jasmonic acid Strigolactone Growth performance
Autor*innen
Mandana Bahadori Far
Haupttitel (Englisch)
Effects of phytohormones, jasmonic acid and strigolactone, on the stress tolerance of Triticum aestivum towards zinc and nickel
Paralleltitel (Deutsch)
Wirkung von Phytohormonen, Jasmonsäure und Strigolacton, auf die Stresstoleranz von Triticum aestivum gegenüber Zink und Nickel
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
65 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Irene Lichtscheidl-Schultz
Klassifikation
42 Biologie > 42.38 Botanik. Allgemeines
AC Nummer
AC17086748
Utheses ID
65602
Studienkennzahl
UA | 066 | 832 | |