Glyphosate hormesis attenuates water deficit stress in safflower (Carthamus tinctorius L.) by modulating physiological and biochemical mediators.
Sci Total Environ · 2022 · 810:152204 · PMID 34902413 · 등급5 동물·현장 동물실험 · 발암성 > 산화스트레스·기전
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광합성 기구의 변화는 식물에 생리적 및 생화학적 손상을 유발할 수 있다. 낮은 농도의 글리포세이트는 식물의 물 부족으로 인한 해로운 영향을 완화하는 데 긍정적인 효과를 나타낸 것으로 보고되었다. 본 연구에서는 저농도 글리포세이트의 완화 효과에 의해 매개되는 물 부족 조건 하에서 홍화(Carthamus tinctorius L.)의 생리적 및 생화학적 메커니즘을 연구하였다. 식물은 토양 내 수분 스트레스가 없는 그룹(-10 kPa)과 수분 스트레스가 있는 그룹(-70 kPa) 두 가지 물 환경으로 나뉘었으며, 다양한 농도의 글리포세이트(0, 1.8, 3.6, 7.2, 18, 36, 72, 180, 360, 및 720 g a.e. ha-1)에 노출되었다. 물 부족 조건 하에서 식물에 저농도 글리포세이트를 처리한 후 생리적 및 생화학적 수준에서 명백한 보호 반응이 얻어졌으며, 호르메시스(hormesis) 발생의 한계 용량(LDS)은 72 g a.e. ha-1이었다. 식물의 물 부족은 과산화수소($\text{H}_2\text{O}_2$) 축적을 유발했고, 이는 시킴산과 글리포세이트의 축적과 관련된 지질 과산화(LPO)를 초래하여, 활성 산소종(ROS)의 수준을 분해하는 작용을 통해 SOD, CAT, POD, 및 APX와 같은 항산화 효소의 활성을 증가시켰으며, 이를 통해 광계 II의 최대 양자 효율($\text{Fv/Fm}$), 광계 II의 유효 양자 수율($\Phi_{\text{PSII}}$), 전자 전달 속도(ETR), 광화학적 소광 계수($q_P$), 및 비광화학적 소광 계수(NPQ)를 유지하거나 증가시켰다. APX가 $\text{H}_2\text{O}_2$ 제거에 관여하는 주요 효소로 나타났다. 저농도의 글리포세이트는 물 부족 완충제 역할을 하여, 홍화 식물에서 ROS의 분해를 통해 항산화 효소를 활성화함으로써 생리적 및 생화학적 수준에서 식물이 대사를 유지하거나 증가하도록 하였다.ORIGINAL ABSTRACT
Changes in photosynthetic machinery can induce physiological and biochemical damage in plants. Low doses of glyphosate have been shown to exert a positive effect in mitigating the deleterious effects of water deficit in plants. Here, the physiological and biochemical mechanisms of safflower plants (Carthamus tinctorius L.) were studied under conditions of water deficit mediated by the attenuating effect of low-dose glyphosate. The plants were divided into two groups of water regimes in soil, without water deficit (-10 kPa) and with water deficit (-70 kPa), and were exposed to different concentrations of glyphosate (0, 1.8, 3.6, 7.2, 18, 36, 72, 180, 360, and 720 g a.e. ha-1). Evident protective responses at the physiological and biochemical levels were obtained after applying low doses of glyphosate to plants under water deficit, with a limiting dose for the occurrence of hormesis (LDS) = 72 g a.e. ha-1. The water deficit in plants resulted in hydrogen peroxide (H2O2) accumulation and consequently lipid peroxidation (LPO) associated with the accumulation of shikimic acid and glyphosate in plants, which triggered an increase in the activity of antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD), and ascorbate peroxidase (APX) that act by dismuting the levels of reactive oxygen species (ROS), maintaining, and/or increasing the maximum quantum efficiency of photosystem II (Fv/Fm), effective quantum yield of photosystem II (ΦPSII), electron transport rate (ETR), photochemical extinction coefficient (qP), and non-photochemical extinction coefficient (NPQ). APX appears to be the main enzyme involved in eliminating H2O2. Low doses of glyphosate act as water deficit ameliorators, allowing the plant to maintain/increase metabolism at physiological and biochemical levels by activating antioxidant enzymes in the dismutation of ROS in safflower plants.| 저자 | Camilo Dos Santos, J. C.; Ribeiro Silva, D. M.; Jardim Amorim, D.; do Rosário Rosa, V.; Farias Dos Santos, A. L.; Domingues Velini, E.; Carbonari, C. A.; de Almeida Silva, M. |
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| 저널 | The Science of the total environment |
| 권·호·쪽 | 810, 152204 |
| PMID | 34902413 |
| DOI | 10.1016/j.scitotenv.2021.152204 |
| MeSH | Antioxidants; Carthamus tinctorius; Glycine; Hormesis; Hydrogen Peroxide; Photosynthesis; Stress, Physiological; Water; Glyphosate |