Estudio de diferentes aspectos agronómicos, fisiológicos y moleculares de la aplicación de H2S en plantas de Brassica oleracea CV. BRONCO
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Montesinos Pereira, DavidEditorial
Universidad de Granada
Director
Ruiz Sáez, Juan ManuelDepartamento
Universidad de Granada. Programa de Doctorado en Biología Fundamental y de SistemasMateria
Brassica oleracea Aplicación de H2S Plantas CV. BRONCO
Date
2021Fecha lectura
2021-03-05Referencia bibliográfica
Montesinos Pereira, David. Estudio de diferentes aspectos agronómicos, fisiológicos y moleculares de la aplicación de H2S en plantas de Brassica oleracea “CV. BRONCO”. Granada: Universidad de Granada, 2021. [http://hdl.handle.net/10481/67832]
Patrocinador
Tesis Univ. Granada.; Grupo de investigación “Fisiología y fitotecnia de cultivos para el desarrollo de una agricultura sostenible” (AGR-282, Plan andaluz de investigación, Junta de Andalucía); Programa de Movilidad Internacional para Estudiantes de Doctorado de la Universidad de GranadaRésumé
En el capítulo 1, se investigaron los efectos potenciales del sulfuro de
hidrógeno en la biomasa de la parte aérea, la calidad nutricional y la capacidad
antioxidante de Brassica oleracea, mediante la aplicación de dosis crecientes
de NaHS (NaHS como donador de H2S; 0,5, 1, 2,5 y 5 mM). Los resultados
mostraron que los tratamientos 0,5 y 1 mM de NaHS aumentaron la biomasa y
la calidad nutricional de la col 'Bronco' (es decir, clorofilas, carotenoides,
antocianinas, flavonoles, fenoles totales y sinigrina). Por otra parte, hubo un
aumento en la peroxidación de lípidos y el contenido de peróxido de hidrógeno
tras la aplicación de dosis superiores a 2,5 mM NaHS. Por lo tanto,
seleccionamos las dosis de 0,5 y 1 mM NaHS como óptimas para las plantas
de Col. La aplicación de 2,5 y 5 mM de NaHS produjo una excesiva
peroxidación de lípidos, disminuciones en la biomasa de las plantas y pérdidas
de clorofilas, siendo todos ellos considerados efectos negativos, y claras
evidencias de estrés en las plantas. En cuanto a aplicaciones prácticas, este
estudio sugiere que la aplicación exógena de NaHS como donador de H2S a
0,5 y 1 mM puede ser útil como bioestimulante para aumentar el rendimiento y
la composición promotora de la salud de la planta de Col (Brassica oleracea L.
'Bronco').
Dada la relación íntima que guardan los procesos de asimilación de N y S
en plantas, en el capítulo 2, se estudiaron los efectos de diferentes dosis de
sulfuro de hidrógeno en forma de NaSH (0, 0,5, 1,2,5 y 5 mM) sobre la
formación y asimilación del NH4
+ en plantas de Brassica oleracea L. 'Bronco'.
Según nuestros resultados, los tratamientos 0,5 y 1 mM de NaSH aumentaron
la biomasa mientras disminuían la concentración de NO3
-. En el tratamiento 0,5 mM de NaSH, la acumulación de NH4
+ disminuyó con la estimulación de la
actividad GS, resultando en un mayor contenido en ciertos aminoácidos (AAs) y
proteínas solubles, lo que podría estar relacionado con la mayor biomasa
encontrada en este tratamiento. Sin embargo, los tratamientos 2,5 y 5 mM de
NaSH indujeron la formación y acumulación de NH4
+, así como la
fotorrespiración. Esta acumulación excesiva de NH4
+ pudo ser responsable de
la menor biomasa en estos tratamientos (2,5 y 5 mM de NaSH). Por ello, en
este capítulo concluimos que la acumulación excesiva de NH4
+ puede ser
responsable de la disminución de la biomasa en los tratamientos 2,5 y 5 mM de
NaSH. Por otro lado, concluimos que la aplicación de 0,5 mM de NaSH podría
ser una estrategia beneficiosa para mejorar los procesos involucrados en la
asimilación del N, acompañada de un aumento de la biomasa de los cultivos de
col.
A continuación, en el capítulo 3, se investigó cómo la aplicación de sulfuro de
hidrógeno (0,5 mM de NaHS) en Brassica oleracea L. 'Bronco' influye en los
procesos implicados en la homeostasis del glutatión y la tolerancia al estrés
alcalino (50mM NaHCO3:Na2CO3). Según nuestros resultados, el estrés
alcalino aumenta el contenido en O2
.-, la peroxidación de lípidos y las
actividades de las enzimas glioxalasa I (Gly I) y glioxalasa II (Gly II) que
desintoxican el metilglioxal (MG) al tiempo que disminuyen la biomasa, la
actividad de la superóxido dismutasa (SOD), la actividad de las enzimas que
intervienen en la síntesis de glutatión (GSH) y en el ciclo AsA-GSH, así como el
contenido en glutatión reducido y las diferentes formas de ascorbato (AsA). Por
otro lado, la aplicación del NaHS mejoró la respuesta antioxidante, induciendo
la actividad SOD y mejorando los procesos involucrados en la homeostasis del glutatión, impulsando el contenido en glutatión reducido (GSH) así como la
actividad de las enzimas clave en la síntesis del glutatión y en el ciclo de AsAGSH.
En consecuencia, la aplicación de H2S en forma de NaHS a una
concentración de 0,5 mM podría fortalecer la tolerancia de Brassica oleracea L.
'Bronco' frente a estrés alcalino.
Por último, en el capítulo 4 se investigó como la aplicación de sulfuro de
hidrógeno (50 μM de NaHS) en plantas de Arabidopsis thaliana L. influyó sobre
la expresión relativa de los genes implicados en la asimilación del azufre, la
homeostasis del glutatión y la implicación de éstos en la tolerancia al estrés
alcalino (50mM NaHCO3:Na2CO3). De acuerdo con nuestros resultados la
aplicación de H2S (NaHS) mitigó el efecto nocivo del estrés alcalino
evidenciado por la reducción en la perdida de biomasa del 31 % tras aplicar
H2S a plantas sometidas a estrés alcalino. Por otro lado, no se observaron
incrementos significativos específicos en respuesta a la aplicación de H2S
sobre la expresión relativa de los genes implicados en la biosíntesis de las
enzimas e isoenzimas claves en la regulación de los procesos de asimilación
de SO4
-2 (Serat 1,1; OAS TL, OAS TL B; OAS TL C; ATPS ; ATPS 2, ATPS 3;
ATPS 4 y APR 1) y la homeostasis del glutatión (GMPasa; GDPME; L-GAL
PPasa; LGALDH; L-GLDH; SOD 1;SOD 2; APX; MDHAR; GR2; GR 1; gsh 1;
gsh 2 y GPX) bajo condiciones de estrés alcalino. In chapter 1, the potential effects of hydrogen sulfide on the biomass of the
aerial part, the nutritional quality and the antioxidant capacity of Brassica
oleracea were investigated, through the application of increasing doses of
NaHS (NaHS as a donor of H2S; 0.5, 1, 2.5 and 5 mM). The results showed that
the treatments 0.5 and 1 mM of NaHS increased the biomass and the nutritional
quality of the 'Bronco' cabbage (that is, chlorophylls, carotenoids, anthocyanins,
flavonols, total phenols and sinigrin). On the other hand, there was an increase
in lipid peroxidation and hydrogen peroxide content after the application of
doses above 2.5 mM NaHS. Therefore, we selected the doses of 0.5 and 1 mM
NaHS as optimal for the plants of Col. The application of 2.5 and 5 mM NaHS
produced an excessive peroxidation of lipids, decreases in the biomass of the
plants and losses of chlorophylls, being all of them considered negative effects,
and clear evidence of stress in the plants. In terms of practical applications, this
study suggests that the exogenous application of NaHS as a donor of H2S at
0.5 and 1 mM can be useful as a biostimulant to increase the yield and healthpromoting
composition of the cabbage plant (Brassica oleracea L. 'Bronco').
Given the intimate relationship between the processes of assimilation of N and
S in plants, in chapter 2, the effects of different doses of hydrogen sulfide in the
form of NaSH (0, 0.5, 1,2,5 and 5 mM) on the formation and assimilation of
NH4
+ in plants of Brassica oleracea L. 'Bronco' were studied. According to our
results, the 0.5 and 1 mM NaSH treatments increased the biomass while
decreasing the NO3
- concentration. In the 0.5 mM NaSH treatment, NH4
+
accumulation decreased with the stimulation of GS activity, resulting in a higher
content of certain amino acids (AAs) and soluble proteins, which could be related to the higher biomass found in this treatment. However, the 2.5 and 5
mM NaSH treatments induced the formation and accumulation of NH4
+, as well
as photorespiration. This excessive accumulation of NH4
+ could be responsible
for the lower biomass in these treatments (2.5 and 5 mM NaSH). Therefore, in
this chapter we conclude that the excessive accumulation of NH4
+ may be
responsible for the decrease in biomass in the 2.5 and 5 mM NaSH treatments.
On the other hand, we conclude that the application of 0.5 mM of NaSH could
be a beneficial strategy to improve the processes involved in the assimilation of
N, accompanied by an increase in the biomass of cabbage crops.
Next, in Chapter 3, we investigated how the application of hydrogen sulfide (0.5
mM NaHS) in Brassica oleracea L. 'Bronco' influences the processes involved
in glutathione homeostasis and alkali stress tolerance (50 mM
NaHCO3:Na2CO3). According to our results, alkaline stress increases the O2
.-
content, lipid peroxidation and the activities of the enzymes glyoxalase I (Gly I)
and glyoxalase II (Gly II) which detoxify methylglyoxal (MG) while decreasing
the biomass, superoxide dismutase (SOD) activity, the activity of the enzymes
involved in glutathione (GSH) synthesis and in the AsA-GSH cycle, as well as
the reduced glutathione content and the different forms of ascorbate (AsA) On
the other hand, the application of NaHS improved the antioxidant response,
inducing SOD activity and improving the processes involved in glutathione
homeostasis, boosting the reduced glutathione (GSH) content as well as the
activity of key enzymes in glutathione synthesis and the AsA-GSH cycle.
Consequently, the application of H2S in the form of NaHS at a concentration of
0.5 mM could strengthen the tolerance of Brassica oleracea L. 'Bronco' to
alkaline stress. Finally, in Chapter 4 it was investigated how the application of hydrogen sulfide
(50 μM NaHS) in Arabidopsis thaliana L. plants influenced the relative
expression of genes involved in sulfur assimilation, glutathione homeostasis
and the involvement of these genes in alkali stress tolerance (50 mM
NaHCO3:Na2CO3). According to our results, the application of H2S (NaHS)
mitigated the harmful effect of alkaline stress evidenced by the reduction in
biomass loss of 31% after applying H2S to plants subjected to alkaline stress.
On the other hand, no significant specific increases were observed in response
to the application of H2S on the relative expression of genes involved in the
biosynthesis of enzymes and isoenzymes key to the regulation of SO4
2- (Serat
1,1) assimilation processes; OAS TL, OAS TL B; OAS TL C; ATPS ; ATPS 2,
ATPS 3; ATPS 4 and APR 1) and glutathione homeostasis (GMPase; GDPME;
L-GAL PPase; LGALDH; L-GLDH; SOD 1;SOD 2; APX; MDHAR; GR2; GR 1;
gsh 1; gsh 2 and GPX) under alkaline stress conditions.