IntroductionSugarcane is a highly p

Introduction

Sugarcane is a highly productive crop used for centuries as the main source of sugar and of late to produce ethanol, a renewable bio-fuel energy source. There is an increased interest in this crop due to the impending need to decrease fossil fuel usage. Sugarcane is cultivat on more than 20


S. T. Mahajan R. M. Naik U. S. Dalvi (&)
Department of Biochemistry, M.P.K.V, Rahuri 413 722, India e-mail: [e-mail]

million hectares in tropical and subtropical regions of the world, producing up to 1.3 billion metric tons of crushable stalks (Menossi et al. 2008). Sugarcane crop shows high sensitivity to salinity at various growth stages. Salinity is one of the major abiotic stresses that adversely affect crop productivity and crop quality. Attempting increased sugar production by using marginal lands requires sugarcane cultivars which are tolerant to stress due to drought or salinity. The soil reclamation measures are highly crop and capital intensive. The complementary strategy should be taken for modification of plants to suit the imposed envi- ronment. Sugarcane cultivars differ in their capacity to accumulate sucrose so that breeding programme should be more strengthened to evolve high sugar varieties. Gene regulation studies for sucrose accumulation is an important step to expedite breeding programme for sugar yield improvement. It is also important to understand the impact of environmental stresses on sucrose accumulation and the role of hormones in integrating stress signaling and development (Papini-Terzi et al. 2009). A complementary strategy would be required to modify plants to suit the imposed environment. Germplasm evaluation, breeding for drought resistance and biotechnological approaches are being used to develop salt tolerant plants (Saif-ur-Rasheed et al. 2001). The responses of transgenic plants to stress demonstrated that genetic engineering for synthesis of glycine betaine increased the ability of the plants to tolerate a variety against environmental stresses (Sakamoto and Murata 2002). Salt tolerant plants adapt strategies that range from morphoanatomical, physiological to biochem- ical levels. Tolerant plant species adjust osmotically by the synthesis of high water soluble compatible osmotica for osmotic protection such as glycine betaine, free proline and low molecular weight sugars and sugar alcohols. Free proline ameliorates salts induced oxidative damage to




membrane, whereas glycine betaine buffers the cellular redox potential. The presence of high proportion of salts in soil profile adversely affects the availability and uptake of mineral nutrients and consequently the crop growth and quality. Nitrate uptake and reduction is also affected by salinity stress. Nitrate Reductase is the first enzyme in the process of nitrate assimilation, catalyses the reduction of nitrate to nitrite while Pyrroline 5 Carboxylate Synthase enzyme increases the proline synthesis in stress conditions.


Materials and Methods

The sugarcane genotypes viz., CoM-0265, Co-740, Co-62175, Co-94012, CoC-671, Co-86032, CoM-08026, CoM-08086, CoM-08011 and MS-08002 were selected for the present investigation. Planting material of different genotypes was obtained from Central Sugarcane Research Station, Padegaon, Maharashtra state. The sets of sugarcane were planted in normal soils. After 1 month, the seedlings were transplanted in bigger earthen pots in normal, saline and sodic soils. The initial analysis of soil for pH, EC and exchangeable sodium (ESP) were carried out as per the standard methods. The leaves from
75 days old plants were excised for the estimation of various biochemical parameters such as proline, glycine betaine, sol- uble protein, in vivo NR activity, activity of P5CS.
Proline content in leaf tissues of sugarcane genotypes grown on normal, saline and sodic soil were determined by using the acid ninhydrin reagent as per the method descri- bed by Bates et al. (1973). The proline content was expressed as nmol g-1 fr. wt. Glycine betaine content in leaves of sugarcane genotypes was determined by using the Dragendorff reagent as per the method described by Stumpf (1984). Soluble proteins in the leaves were determined by the colorimetric method of Lowry et al. (1951) using bovine serum albumin as the standard protein. The in vivo nitrate reductase assay under anaerobic conditions was performed with modifications as per the method described earlier by Sawhney et al. (1978) and reaction mixture contains 2.5 ml of phosphate buffer (0.1 M, pH 7.5) 0.2 ml of n-propanol and 1.8 ml of distilled water and 0.5 ml of 1 M KNO3. The activity of D1-pyrroline-5-carboxylate synthase was assayed according to the method of Hayzer and Leisinger (1980) and reaction mixture contains 50 mM L-glutamate,
10 mM adenosine triphosphate, 20 mM MgC12, 100 mM hydroxylamine hydrochloride and 50 mm Tris–HC1 buffer, pH 7.0 in a total volume of 50 ml.



Results and Discussion

The association of free proline with salt stress has been reported by Chu et al. (1976) and Stewart and Lee (1974).

Among the cultivar, Co-740 is statistically superior over all cultivars except CoM-0265 and MS-08002. The leaves of sugarcane genotypes in sodic soil contained highest proline followed by saline and normal soil. The proline content of sugarcane genotypes in normal soil varied from 93.20 in CoM-0265 to 107.60 in Co-94012 with a mean value of
99.97 mol g-1 fr. wt. The free proline content increased in
saline soil which ranged from 110.01 in Co-94012 to 118.20 in Co-740 with a mean value of 114.43 mol g-1 fr. wt. Thus, an increase of 1.05-fold in mean proline content was observed when the plants were grown on saline soils. Free proline content varied from 118.20 in Co-94012 to 140.18 in Co-740 with a mean value 122.76 mol g-1 fr. wt. when the plants were grown in sodic soils. There was 1.23-fold increase in mean proline content from normal soil condition to sodic soil condition. The highest fold increase in free proline content of 1.26 in saline soil over normal soil was recorded in CoM-0265 and the lowest of 1.02-fold in Co-94012. In sodic soil also the highest fold increase of
1.49 (over normal soil) was recorded in Co-740 and the lowest increase of 1.09 in Co-94012. The association of free proline with salt stress has been reported by Chu et al. (1976) and Stewart and Lee (1974). Lu et al. (1986) reported an increase in the proline content in wheat seed- lings as the osmotic potential of salt was increased from -5 to -15 bars. Krishnamurthy and Anabazhganand Bhaswaty (1987) reported that the soil salinization with NaCl (100 mM) increased the level of free proline and protein bound proline in the shoots of rice. Sharma et al. (1990) reported that both the chloride and sulphate types of salinity increased the proline content in the leaves of chickpea as the
salinity level was increased from 0 to 10 ± 0.2 dSm-1 at
25 C (Table 1).
The glycine betaine content of control (unstressed) plants varied from 85.40 in CoM-0265 to 235.70 lg g-1 fr. wt. in CoM-08011 with a mean value of 139.44 lg g-1 fr. wt. The glycine betaine content increased significantly under stressed conditions. In saline soil, it ranged from 277.00 in CoM-08011 to 891.80 in CoM 0265 with a mean value of
504.97 lg g-1 fr. wt. whereas in sodic soil, it ranged from
1133.00 in CoM-08011 to 4360.50 in CoM-0265 with a mean value of 1,889.92. The highest fold increase of 10.44 was recorded in CoM-0265 and the lowest of 1.17 in CoM-
08011 with the mean fold increase of 4.34 under saline soil
condition over normal soil condition. In sodic soil, the highest fold increase of 51.06 was observed in CoM-0265 and the lowest of 4.81 in CoM-08011 with the mean fold increase of 16.63. The genotypes CoM-0265, Co-740 and Co-62175 appeared to be promising salt tolerant ones based on the glycine betaine accumulation under stress condition (Table 2).
The soluble protein content of leaves of control i.e. unstressed plant varied from 4.47 in CoM-0265 to 9.75 in

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แนะนำอ้อยเป็นพืชสูงที่ใช้มานานหลายศตวรรษเป็นแหล่งหลัก ของน้ำตาล และของสาย การผลิตเอทานอล แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงชีวภาพทดแทน มีความสนใจที่เพิ่มขึ้นในพืชนี้เนื่องจากจำเป็นต้องใกล้เพื่อลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล อ้อยเป็น cultivat มากกว่า 20S. ต. Mahajan R. M. Naik สหรัฐ Dalvi s ได้ (และ)ภาควิชาชีวเคมี M.P.K.V, Rahuri 413 722 อินเดียอีเมล์: [e-mail] million hectares in tropical and subtropical regions of the world, producing up to 1.3 billion metric tons of crushable stalks (Menossi et al. 2008). Sugarcane crop shows high sensitivity to salinity at various growth stages. Salinity is one of the major abiotic stresses that adversely affect crop productivity and crop quality. Attempting increased sugar production by using marginal lands requires sugarcane cultivars which are tolerant to stress due to drought or salinity. The soil reclamation measures are highly crop and capital intensive. The complementary strategy should be taken for modification of plants to suit the imposed envi- ronment. Sugarcane cultivars differ in their capacity to accumulate sucrose so that breeding programme should be more strengthened to evolve high sugar varieties. Gene regulation studies for sucrose accumulation is an important step to expedite breeding programme for sugar yield improvement. It is also important to understand the impact of environmental stresses on sucrose accumulation and the role of hormones in integrating stress signaling and development (Papini-Terzi et al. 2009). A complementary strategy would be required to modify plants to suit the imposed environment. Germplasm evaluation, breeding for drought resistance and biotechnological approaches are being used to develop salt tolerant plants (Saif-ur-Rasheed et al. 2001). The responses of transgenic plants to stress demonstrated that genetic engineering for synthesis of glycine betaine increased the ability of the plants to tolerate a variety against environmental stresses (Sakamoto and Murata 2002). Salt tolerant plants adapt strategies that range from morphoanatomical, physiological to biochem- ical levels. Tolerant plant species adjust osmotically by the synthesis of high water soluble compatible osmotica for osmotic protection such as glycine betaine, free proline and low molecular weight sugars and sugar alcohols. Free proline ameliorates salts induced oxidative damage to membrane, whereas glycine betaine buffers the cellular redox potential. The presence of high proportion of salts in soil profile adversely affects the availability and uptake of mineral nutrients and consequently the crop growth and quality. Nitrate uptake and reduction is also affected by salinity stress. Nitrate Reductase is the first enzyme in the process of nitrate assimilation, catalyses the reduction of nitrate to nitrite while Pyrroline 5 Carboxylate Synthase enzyme increases the proline synthesis in stress conditions.Materials and MethodsThe sugarcane genotypes viz., CoM-0265, Co-740, Co-62175, Co-94012, CoC-671, Co-86032, CoM-08026, CoM-08086, CoM-08011 and MS-08002 were selected for the present investigation. Planting material of different genotypes was obtained from Central Sugarcane Research Station, Padegaon, Maharashtra state. The sets of sugarcane were planted in normal soils. After 1 month, the seedlings were transplanted in bigger earthen pots in normal, saline and sodic soils. The initial analysis of soil for pH, EC and exchangeable sodium (ESP) were carried out as per the standard methods. The leaves from75 days old plants were excised for the estimation of various biochemical parameters such as proline, glycine betaine, sol- uble protein, in vivo NR activity, activity of P5CS.Proline content in leaf tissues of sugarcane genotypes grown on normal, saline and sodic soil were determined by using the acid ninhydrin reagent as per the method descri- bed by Bates et al. (1973). The proline content was expressed as nmol g-1 fr. wt. Glycine betaine content in leaves of sugarcane genotypes was determined by using the Dragendorff reagent as per the method described by Stumpf (1984). Soluble proteins in the leaves were determined by the colorimetric method of Lowry et al. (1951) using bovine serum albumin as the standard protein. The in vivo nitrate reductase assay under anaerobic conditions was performed with modifications as per the method described earlier by Sawhney et al. (1978) and reaction mixture contains 2.5 ml of phosphate buffer (0.1 M, pH 7.5) 0.2 ml of n-propanol and 1.8 ml of distilled water and 0.5 ml of 1 M KNO3. The activity of D1-pyrroline-5-carboxylate synthase was assayed according to the method of Hayzer and Leisinger (1980) and reaction mixture contains 50 mM L-glutamate,10 mM adenosine triphosphate, 20 mM MgC12, 100 mM hydroxylamine hydrochloride and 50 mm Tris–HC1 buffer, pH 7.0 in a total volume of 50 ml.Results and DiscussionThe association of free proline with salt stress has been reported by Chu et al. (1976) and Stewart and Lee (1974). Among the cultivar, Co-740 is statistically superior over all cultivars except CoM-0265 and MS-08002. The leaves of sugarcane genotypes in sodic soil contained highest proline followed by saline and normal soil. The proline content of sugarcane genotypes in normal soil varied from 93.20 in CoM-0265 to 107.60 in Co-94012 with a mean value of99.97 mol g-1 fr. wt. The free proline content increased insaline soil which ranged from 110.01 in Co-94012 to 118.20 in Co-740 with a mean value of 114.43 mol g-1 fr. wt. Thus, an increase of 1.05-fold in mean proline content was observed when the plants were grown on saline soils. Free proline content varied from 118.20 in Co-94012 to 140.18 in Co-740 with a mean value 122.76 mol g-1 fr. wt. when the plants were grown in sodic soils. There was 1.23-fold increase in mean proline content from normal soil condition to sodic soil condition. The highest fold increase in free proline content of 1.26 in saline soil over normal soil was recorded in CoM-0265 and the lowest of 1.02-fold in Co-94012. In sodic soil also the highest fold increase of1.49 (over normal soil) was recorded in Co-740 and the lowest increase of 1.09 in Co-94012. The association of free proline with salt stress has been reported by Chu et al. (1976) and Stewart and Lee (1974). Lu et al. (1986) reported an increase in the proline content in wheat seed- lings as the osmotic potential of salt was increased from -5 to -15 bars. Krishnamurthy and Anabazhganand Bhaswaty (1987) reported that the soil salinization with NaCl (100 mM) increased the level of free proline and protein bound proline in the shoots of rice. Sharma et al. (1990) reported that both the chloride and sulphate types of salinity increased the proline content in the leaves of chickpea as thesalinity level was increased from 0 to 10 ± 0.2 dSm-1 at25 C (Table 1).The glycine betaine content of control (unstressed) plants varied from 85.40 in CoM-0265 to 235.70 lg g-1 fr. wt. in CoM-08011 with a mean value of 139.44 lg g-1 fr. wt. The glycine betaine content increased significantly under stressed conditions. In saline soil, it ranged from 277.00 in CoM-08011 to 891.80 in CoM 0265 with a mean value of504.97 lg g-1 fr. wt. whereas in sodic soil, it ranged from1133.00 in CoM-08011 to 4360.50 in CoM-0265 with a mean value of 1,889.92. The highest fold increase of 10.44 was recorded in CoM-0265 and the lowest of 1.17 in CoM-08011 with the mean fold increase of 4.34 under saline soilcondition over normal soil condition. In sodic soil, the highest fold increase of 51.06 was observed in CoM-0265 and the lowest of 4.81 in CoM-08011 with the mean fold increase of 16.63. The genotypes CoM-0265, Co-740 and Co-62175 appeared to be promising salt tolerant ones based on the glycine betaine accumulation under stress condition (Table 2).The soluble protein content of leaves of control i.e. unstressed plant varied from 4.47 in CoM-0265 to 9.75 in

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

บทนำ

อ้อยเป็นพืชประสิทธิภาพสูงใช้มานานหลายศตวรรษเป็นแหล่งที่มาหลักของน้ำตาลและสายการผลิตเอทานอลเป็นพลังงานทดแทนน้ำมันชีวภาพแหล่งพลังงาน มีความสนใจที่เพิ่มขึ้นในพืชนี้เนื่องจากต้องการที่จะลดการใช้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ อ้อยเป็น cultivat มากกว่า 20


S . T . mahajan ร. ม. โดย U . S . dalvi ( & )
m.p.k.v , ภาควิชาชีวเคมีrahuri 413 722 e-mail อินเดีย : ไร่ [e-mail]

ล้านในภูมิภาคเขตร้อนและกึ่งเขตร้อนของโลก , การผลิตได้ถึง 1.3 พันล้านตันของ crushable ดอก ( menossi et al . 2008 ) อ้อยปลูกให้สูงไวต่อความเค็มที่ระยะการเจริญเติบโตต่างๆ ความเค็มเป็นหลักที่ส่งผลกระทบต่อผลผลิตพืชและสิ่งมีชีวิต เน้นคุณภาพการส่ง .พยายามเพิ่มการผลิตน้ำตาลของอ้อยพันธุ์โดยการใช้ที่ดินต้องที่ใจกว้างความเครียดเนื่องจากภัยแล้ง หรือความเค็ม ดินถมสูง และมาตรการตัดทุนเข้มข้น กลยุทธ์เสริมควรปรับปรุงให้เหมาะสมกับพืชที่เรียก ENVI - สิ่งแวดล้อม .พันธุ์อ้อยที่แตกต่างกันในความสามารถของพวกเขาเพื่อสะสมน้ำตาลซูโครสเพื่อให้ผสมพันธุ์ควรมีโครงการพัฒนาพันธุ์น้ำตาลสูง การศึกษายีนควบคุมการสะสมน้ำตาลซูโครสเป็นขั้นตอนสำคัญที่จะเร่งโครงการปรับปรุงพันธุ์ให้ผลผลิตน้ำตาลนอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญที่จะเข้าใจผลกระทบของสิ่งแวดล้อมต่อความเครียดสะสมน้ำตาลซูโครสและบทบาทของฮอร์โมนความเครียดในการส่งสัญญาณ และการพัฒนา ( papini Terzi et al . 2009 ) กลยุทธ์เสริมจะต้องปรับเปลี่ยนพืชให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่เรียก . การประเมินพันธุกรรมการปรับปรุงพันธุ์พืชให้ต้านทานความแห้งแล้ง และวิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพที่ถูกใช้ในการพัฒนาพืชทนเค็ม ( Saif ur ราส์ชีด et al . 2001 ) การตอบสนองของพืชดัดแปรพันธุกรรม ความเครียด พบว่า พันธุวิศวกรรมเพื่อการสังเคราะห์ไกลซีนบีเทน เพิ่มความสามารถของพืชทนต่อความหลากหลายกับความเครียดด้านสิ่งแวดล้อม ( ซากะโมะโตะ และ มุราตะ 2002 )พืชทนเค็มปรับกลยุทธ์ช่วงจาก morphoanatomical สรีรวิทยา ชีวเคมี จะเกี่ยวกับระดับ ชนิดพืชใจกว้างปรับ osmotically โดยการสังเคราะห์สูงละลายน้ำได้ osmotica เพื่อการคุ้มครอง เช่น ไกลซีนบีเทน โพรลีนฟรีและต่ำและน้ำตาลโมเลกุลน้ำตาลแอลกอฮอล์ การเกิดออกซิเดชันเกลือฟรี ameliorates เสียหาย




เยื่อ และไกลซีนบีเทน บัฟเฟอร์เซลล์ไฟฟ้าที่มีศักยภาพ มีสัดส่วนของเกลือในดินมีผลกระทบต่อความพร้อมและการดูดใช้ธาตุอาหารจากพืชการเจริญเติบโต และคุณภาพ การใช้ไนเตรท และลดผลกระทบจากความเค็มของความเครียด เป็นเอนไซม์ไนเตรตรีดักเทสในกระบวนการของไนเตรท ผสมผสานทางวัฒนธรรมการลดลงของไนเตรทไนไตรพันธุ์ ในขณะที่ pyrroline 5 เอนไซม์คาร์บอกซิเลต เพิ่มการสังเคราะห์โพรลีนและในภาวะเครียด


วัสดุและวิธีการ

อ้อยพันธุ์ ได้แก่ , com-0265 co-740 co-62175 co-94012 , , , , co-86032 coc-671 com-08026 com-08086 , , , , และ com-08011 ms-08002 ถูกเลือกสำหรับการสอบสวนในปัจจุบันวัสดุปลูกของพันธุ์ต่าง ๆ ที่ได้รับจากสถานีวิจัยอ้อยกลาง padegaon รัฐมหาราษฏระรัฐ ชุดของอ้อยที่ปลูกในดินปกติ หลังจาก 1 เดือน ต้นกล้าปลูกในกระถางในดินและใหญ่กว่าปกติ และดินเค็มโซดิกดิน การวิเคราะห์เริ่มต้นของดิน pH , EC และโซเดียมที่แลกเปลี่ยนได้ ( ESP ) ได้ดำเนินการตามวิธีมาตรฐานใบพืชที่อายุ 75 วัน
ตัดสำหรับการประมาณค่าพารามิเตอร์ทางชีวเคมีต่าง ๆเช่น ไกลซีนบีเทน โพรลีน , โซล - Concepcin โปรตีนในยางธรรมชาติที่ตัวกิจกรรม กิจกรรมของ p5cs .
ปริมาณโพรลีนในใบของอ้อยพันธุ์เนื้อเยื่อปลูกในดินเค็มโซดิกดินปกติ และวิเคราะห์โดยใช้กรด ninhydrin รีเอเจนต์เป็น ต่อวิธี descri - เตียงโดยเบตส์ et al . ( 1973 )ซึ่งปริมาณโพรลีนจะแสดงเป็นไกลซีนบีเทนซึ่ง G-1 เ โดยเนื้อหาในใบของอ้อยพันธุ์ ถูกกำหนดโดยการใช้ dragendorff รีเอเจนต์ตามวิธีที่อธิบายไว้โดยสตัมป์ฟ ( 1984 ) ปริมาณโปรตีนในใบที่ถูกกำหนดโดยวิธีวัดสีของโลว์รีย์ et al . ( 1951 ) การใช้อัลบูมินเป็นโปรตีนมาตรฐานในการทดสอบภายใต้สภาวะไร้อากาศซึ่งไนเตรตรีดักเตสได้มีการปรับเปลี่ยนตามวิธีที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ โดย sawhney et al . ( 1978 ) และส่วนผสมของปฏิกิริยาที่มี 2.5 มิลลิลิตร ( 0.1 M ฟอสเฟตบัฟเฟอร์ พีเอช 7.5 ) 0.2 มิลลิลิตร น โพรพานและ 1.8 มล. น้ำกลั่นและ 0.5 มิลลิลิตร 1 M kno3 .