تأثیر سیلیکات سدیم در القاء مقاومت سیستمیک در خیار مبتلا به پوسیدگی فوزاریومی ساقه و ریشه

پژوهش های حفاظت گیاهان ایران

مقاله 3، دوره 36، شماره 2 - شماره پیاپی 56، تیر 1401، صفحه 169-182   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jpp.2022.73517.1059

نویسندگان

سمیرا رئیسی دهکردی^{* 1}؛ ناصر رادمان¹؛ عبدالحسین طاهری²؛ سید کاظم صباغ³

¹گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

²گروه گیاهپزشکی، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

³گروه زیست شناسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

یکی از مهم‌ترین بیماری های خیار، پوسیدگی ساقه و ریشه خیار با عامل  Fusarium oxysporum f.sp. radicis-cucumerinum می‌باشد. به منظور القای واکنش‌های دفاعی در ارقام خیار و کنترل بیماری  فوق اثر سیلیکات سدیم مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا غلظت‌های متفاوتی از سیلیکات سدیم در آزمایشگاه به روی قارچ بیمارگر استفاده شد. اثرات غلظت‌های مختلف سیلیکات سدیم به صورت کاربرد در خاک روی خیار در گلخانه به کار رفت. در بازه‌های زمانی صفر، 48، 72 و 96 ساعت بعد از مایه‌زنی با بیمارگر، نمونه‌برداری از گیاهچه‌های تیمار شده برای اندازه‌گیری متابولیت‌های ثانویه و فعالیت آنزیمی انجام شد. شدت بیماری، فاکتورهای رشدی، تولید متابولیت‌های ثانویه و فعالیت آنزیم‌های دفاعی در گیاه خیار و در نتیجه کنترل بیماری بررسی شد. بررسی شدت بیماری و فاکتورهای رشدی در قالب طرح کاملا تصادفی و فاکتورهای بیوشیمیایی در قالب طرح کاملاً تصادفی با آرایش فاکتوریل که در آن فاکتورهای اصلی تیمارهای اعمال‌شده و فاکتورهای فرعی زمان‌های نمونه‌برداری هستند با سه تکرار انجام شد. سیلیکات سدیم تاثیر ضدقارچی مستقیم بر رشد قارچ بعد از گذشت 5 روز داشته و با افزایش غلظت آن تا 4 میلی‌مولار باعث افزایش معنی‌دار اثرات ضد قارچی شد. کاهش قطر پرگنه نسبت به شاهد به صورت معناداری تنها در غلظت‌های 2 و 4 میلی‌مولار مشاهده شد. قارچ‌های فوزاریومی بیمارگر ریشه بوده و باعث کاهش میزان جذب آب و مواد معدنی و مسدود شدن آوندها می‌شوند، در نتیجه مستقیما بر پارامترهای رشدی در ریشه و قسمت های سبز گیاه اثر می‌گذارند. شاهد آلوده نسبت به شاهد سالم در تمامی پارامترهای رشدی اندازه‌گیری شده کاهش معنا‌داری نشان داد. شدت بیماری و فاکتورهای رشدی تحت تاثیر معنی‌دار اثرات سیلیکات سدیم در سطح احتمال 1 درصد قرارگرفتند. کاربرد سیلیکات سدیم در تمامی غلظت‌ها نتایج مطلوبی در کاهش معنی‌دار علائم بیماری در پی داشت. کاربرد سیلیکات سدیم در گیاهان بیمارسبب بهبود پارامترهای رشدی شد. بر اساس نتایج حاصل از این بررسی کاهش میزان کلروفیل و کارتنوئید و افزایش ترکیبات فنلی و آنزیم‌های آنتی اکسیدانی و پرولین در شاهد آلوده در مقایسه با شاهد سالم مشاهده شد. در این پژوهش در گیاهان بیمار در حضور سیلیکات سدیم مقادیر رنگدانه‌ها، آنتوسیانین، فنل، فلاونوئید، پرولین، پروتئین و فعالیت آنزیم‌های اکسیدانی به شکل معنی‌داری نسبت به شاهد آلوده افزایش یافته است. طبق نتایج به دست آمده، سیلیکات سدیم به عنوان یک محرک شیمیایی دفاع گیاه و افزایش‌دهنده رشد گیاه، برای حفاظت موثر گیاه خیار در برابر عامل بیماری می‌تواند استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

آنزیم‌های دفاعی؛ بیماری خاکزاد؛ کنترل بیماری؛ متابولیت‌های ثانویه؛ مقاومت سیستمیک

مراجع

1. Agrawal, A.A., Tuzun, S., & Bent, E. (2002). Maternal effects associated with herbivory: mechanisms and consequences of tansgenerational induced plant resistance. Ecology 83: 3408-3415. https://doi.org/10.1890/0012-9658(2002)083[3408:HAMEMA]2.0.CO;2.
2. Alonso-Villaverde, V., Voinesco, F., Viret, O., Spring, J., & Gindro, K. (2011). The effectiveness of stilbenes in resistant Vitaceae: ultrastructural and biochemical events during Plasmopara viticola. Physiology and Biochemistry 49: 265-274. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2010.12.010.
3. Apel, A., & Hirt, H. (2004). Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Annual Review Plant Biology 55: 373-99. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701.
4. Arnon, A.N. (1967). Method of extraction of chlorophyll in the plants. Agronomy Journal 23: 112- 121.
5. Bates, L.S., Walderen, R.D., & Taere, I.D. (1973). Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil 39: 205-207. https://doi.org/10.1007/BF00018060.
6. Beers, G.R., & Sizer, I.W. (1952). A spectrophotometric method for measuring the breakdown of hydrogen peroxide by catalase. Biological Chemistry 195(1): 133-140.
7. Benhamou, N., & Blanger, R.R. (1998). Benzothiadiazole-Mediated induced resistance to Fusarium oxysporum sp. radicis-lycopersici in tomato. Plant Physiology 118: 1203–1212. https://doi.org/10.1104%2Fpp.118.4.1203.
8. Berbara, R.L., & García, A.C. (2014). Humic substances and plant defense metabolism. Physiological Mechanisms and Adaptation Strategies in Plants under Changing Environment 1: 297-319. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-8591-9_11.
9. Bonfig, K.B., Schreiber, U., Gabler, A., Roitsch, T., & Berge S. (2006). Infection with virulent and avirulent P. syringae strains differentially affects photosynthesis and sink metabolism in Arabidopsis Planta 225: 1–12. https://doi.org/10.1007/s00425-006-0303-3.
10. Bradford, M.M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein utilising the principal of protein - dye binding. Analytical Biochemistry 72: 248-254. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999.
11. Bybordi, A., Saadat, , & Zargaripour, P. (2018). The effect of zeolite, selenium and silicon on qualitative and quantitative traits of onion grown under salinity conditions. Archives of Agronomy and Soil Science 64(4). 520-530. https://doi.org/10.1080/03650340.2017.1373278.
12. Cameron, K.D., Teece, M.A., Bevilacqua, E., & Smart, L.B. (2002). Diversity of cuticular wax among Salix species and Populus species hybrids. Journal of Phytochemistry 60: 715-72. https://doi.org/10.1016/S0031-9422%2802%2900198-X.
13. Campos, A.D., Ferreira, A.G., & Vozari Hampe, M.M. (2003). Induction of chalcone synthase and phenylalanine ammonia-lyase by salicylic acid and Colletotrichum lindemuthianum in common bean. Brazilian Journal of Plant Physiology 15: 129-134. https://doi.org/10.1590/S1677-04202003000300001.
14. Chen, C., Zheng, Z., Huang, J., Lai, Z., & Fan, B. (2009). Biosynthesis of salicylic acid in plants. Plant Signaling & Behavior 4: 493-496. https://doi.org/10.4161%2Fpsb.4.6.8392.
15. Chen, Z., & Gallie, D.R. (2004). The ascorbic acid redox state controls guard cell signaling andstomata movement. The Plant Cell 16: 1143-1162. https://doi.org/10.1105%2Ftpc.021584.
16. Chérif, M., Asselin, A., & Bélanger, R.R. (1994). Defense responses induced by soluble silicon in cucumber roots infected by Pythium  Molecular Plant Pathology 236-242. https://doi.org/10.1094/Phyto-84-236. 
17. Eifediyi, E.K., & Remison, S.U. (2010). Growth and yield of cucumber (Cucumis sativum) aInfluenced by farm yard manure and inorganic fertilizer. Journal of Plant Breeding and Crop Science  2: 216-220.
18. Epstein, E. (1994). The anomaly of silicon in plant biology. Proceedings of the National Academy of Sciences 91: 1. 11-17. https://doi.org/10.1073/pnas.91.1.11.
19. Etebarian, H.R. (2012). Diseases of vegetable and cucurbit and their control. University of Tehran press. 600 pp.
20. Fielding, J.L., & Hall, J.L. (1978). A Biochemical and Cytochemical Study of Peroxidase Activity in Roots of Pisum sativum Distribution of enzymes  in relation to root development. Journal of Experimental Botany 29(4): 983-991. https://doi.org/10.1093/jxb/29.4.983.
21. Janovitz-Klapp, A.H., Richard, F.C., Goupy, P.M., & Nicolas, J.J. (1990). Inhibition studies on apple polyphenol oxadase. Journal of Agricultural Food Chemistry 38: 926–931. https://doi.org/10.1021/jf00094a002.
22. Justyna, P.G., & Ewa, K. (2013). Induction of resistance against pathogens by β-aminobutyric acid. Acta Physiologiae Plantarum 35: 1735-1748. https://doi.org/10.1007/s11738-013-1215-z.
23. Kauss, H., Seehaus, K., Franke, R., Gilbert, S., Dietrich, R., & Kröger, N. (2003). Silica deposition by a strongly cationic proline-rich protein from systemically resistant cucumber plants. The Plant Journal : for Cell and Molecular Biology 33(1):87-95. http://dx.doi.org/10.1046/j.1365-313X.2003.01606.x.
24. Kaya, C., Tuna, L., & Higgs, D. (2006). Effect of silicon on plant growth an mineral nutrition of maize grown under water-stress conditions. Journal of Plant Nutrition 29: 1469-1480. https://doi.org/10.1080/01904160600837238.
25. Khan, Sh., Bagwan, N.B., Iqbal, M.A., & Tamboli, R.R. (2011). Mass Multiolication and shelf life in liquid fermentation final product of Trichoderma viride in different formulations. Advances in Bioresearch 2(1): 178-182.
26. Krizek, D.T., Kramer, G.F., Upadyaya, A., & Mirecki, R.M. (1993). UV-B response of cucumber seedling grown under metal halide and high pressure sodium/deluxe lamps. Plant Physiology 88: 350–358. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1993.tb05509.x.
27. Ma, Z., Yang, L., Yan, H., Kennedy, J.F., & Meng, X. (2013). Chitosan and oligochitosan enhance the resistance of peach fruit to brown rot. Carbohydrate Polymers 94: 272-277. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.01.012.
28. Madadkhah, E., Lotfi, M., Nabipour, A., Rahmanpour, S., Banihashemi, Z., & Shoorooei, M. (2012). Enzymatic activities in roots of melon genotypes infected with Fusarium oxysporum sp. melonis race1. Scientia Horticulturae 135: 171-176. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2011.11.020.
29. Marschner, H., Oberle, H., Cakmak, I., & Romheld, V. (1990). Growth enhancement by silicon in cucumber (Cucumis sativus) plants depends on imbalance in phosohorus and zinc supply. Plant and Soil 124: 211-219. https://doi.org/10.1007/BF00009262.
30. Mayer, A.M., & Harel, E. (1979). Polyphenol oxidase in plants. Phytochemistry 18: 193-215. https://doi.org/10.1016/0031-9422(79)80057-6.
31. Mittler, R. (2002). Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Science 7:405-410. https://doi.org/10.1016/s1360-1385(02)02312-9.
32. Nakano, Y., & Asada, K. (1981). Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiology 22: 867-880. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a076232.
33. Orabi, S.A., Salman, S.R., & Shalaby, M.A. (2010). Increasing resistance to oxidative damage in cucumber (Cucumis sativus) plants by exogenous application of salicylic acid and paclobutrazol. Journal of Agricultural Sciences 6(3): 252-259.
34. Reuveni, R. (1995). Biochemical marker of disease resistance, In RP Singh. and US Singh (eds). Molecular methods in Plant Pathology. Boca Raton. CRC Press, Florida.
35. Safdarpour, F., Khodakaramian, Gh., & Solimani Pari, M.J. (2013). Induction of systemic resistance against cucumber marginal leaf blight disease by using silicon application. Plant Protection (Scientific Journal of Agriculture) 36(1): 29-38 (In Persian with English abstract)
36. Sahebani, N. (2004). Interaction M. javanica with Fusarium oxysporum f. sp lycopersici and evaluation some defense biochemical mechanisms. PhD thesis, University of Tehran, Tehran, Iran.
37. Sangtarash, M.H., Qaderi, M.M., Chinnappa, C.C., & Reid, M. (2009).Carotenoid differential sensitivity of canola (Brassica napus) seedlings to ultraviolet-B radiation, water stress and abscisic acid. Environmental and Experimental Botany 66: 212-219. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2009.03.004.
38. Seevers, D.M., Daly, J.M., & Catedral, F.F. (1971). The role of peroxidase isozyme in resistance to wheat stem rust disease. Journal of Plant Physiology 48: 353-360. https://doi.org/10.1104%2Fpp.48.3.353.
39. Seyoum, A., Asres, K., & El-Fiky, F.K. (2006). Structure– radical scavenging activity relationships of flavonoids. Phytochemistry 67: 2058-2070. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2006.07.002.
40. Shahrtash, M. (2018). Silicon fertilization as a sustainable approach to disease management of agricultural crops. Journal of Plant Protection Research 58(4): 317–320. https://doi.org/10.24425/jppr.2018.124645.   
41. Shen, G.-H., Xue, Q.-H., Tang, M., Chen, Q., Wang, L-N., Duan, C-M., Xue, L., & Zhao, J. (2010). Inhibitory effects of potassiu,m silicate on five soil-borne phytopathogenic fungi in vitro. Journal of Plant Diseases and Protection 117(4):180-184.
42. Shen, X., Zhou, Y., Duan, L., Li, Zh., Eneji, E., & Li, J. (2010). Silicon effects on photosynthesis and antioxidant parameters of soybean seedlings under drought and ultraviolet-B radiation. Journal of Plant Physiology 67(15): 1248-52. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2010.04.011.
43. Tolaei, M. (2013). The compendium of cucumber and tomatto soil cultur in greenhous condition. Ministry of Jihad-keshavarzi press, Tehran. 97 pp.
44. Trovato, M., Mattioli, R., & Costantino, P. (2008). Multiple roles of proline in plant stress tolerance and development. Rendiconti Lincei 19: 325-346. http://dx.doi.org/10.1007%2Fs12210-008-0022-8.
45. Vakalounakis, D.J. (1996). Root and stem rot of cucumber caused by Fusarium oxysporum.f.sp. radicis-cucumerium sp. nov. Plant Disease 80: 313-316. https://doi.org/10.1094/PD-80-0313.
46. Van Loon, L.C., Bakker, P.A., & Pieters, C.M. (1998). Systemic resistance induced by rhizosphere bacteria. Annual Review of Phytopathology 36: 453-483. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.36.1.453.
47. Vlot, AC., Fkhassig, D., & Park, S.W. (2008). Systemic acquired resistance: the elusive signal(s).Current Opinion in Plant Biology 11: 436-442. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2008.05.003.
48. Wagner, G.J. (1979). Content and vacuole/extra vacuole distribution of neutral sugars, free amino acids, and anthocyanins in protoplast. Journal of Plant Physiology 64: 88-93. https://doi.org/10.1104%2Fpp.64.1.88.
49. Wang, M., Gao, L., Dong, S., Sun, Y., Shen, Q., & Guo, Sh. (2017). Role of Silicon on Plant–Pathogen Interactions. Plant Science 8: 701. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00701. 
50. Wang, Y., Hu, Y., Duan, Y., Feng, R., & Gong, H. (2016). Silicon reduces long-term cadmium toxicities in potted garlic plants. Acta Physiology Plant 38: 211-219.
51. Yoshimura, K., Yabute, Y., Ishikawa, T., & Shigeoka, S. (2000). Expression of spinach ascorbate peroxidase isoenzymes in response to oxidative stresses. Plant Physiology 123: 223-233. https://doi.org/10.1104/pp.123.1.223.