Kadmiumkezelés vizsgálata búzanövényekben __________________________________________________ 64

Lisztharmatfertőzés során igazoltuk a PA-oknak a biotikus stressztoleranciában szerepet játszó SA-val, valamint az antioxidáns enzimekkel való kapcsolatát, továbbá alacsony hőmérsékleti kezelés során a PA-oknak a fagytűrés mértékével összefüggésbe hozható vegyületekkel. Mivel a SA- felhalmozódás egyik legjobb kiváltó stressztényezője a Cd, az alábbi kísérlet során a PA-ok és a SA mennyiségi összefüggéseit kívántuk tovább tanulmányozni, eltérő Cd-toleranciafokot mutató búzavonalakban. A PA-ok szintézisével közös prekurzoruk révén kapcsolatban áll a GSH és az abból képződő PC-ok szintézise - melyek a nehézfém-detoxifikációban játszanak szerepet – ezért külön kérdés volt a közöttük lehetséges összefüggés megállapítása. A növénynevelés körülményei a 4.1.3.1.

illetve a 4.1.3.2. pontban leírtak szerint történt.

5.1.3.1. Kadmiumkezelés hatása a poliamin-tartalomra

Kontroll növénynevelési körülmények között az egyes PA-ok hasonló mennyiségben fordultak elő a négy genotípusban, kivéve a TC33 esetén a SPM-tartalom, mely körülbelül feleakkora volt, mint a többi három genotípusban (15. A-C ábra). A Cd-kezelés csak a PUT-tartalmat befolyásolta - függetlenül a növények fiziológiai állapotától illetve a Cd-mal szembeni toleranciafokától - mely a levél esetében valamennyi vizsgált genotípusban szignifikánsan megemelkedett, a gyökérben pedig a TC19 kivételével szintén felhalmozódott (15. A ábra).

15. ábra 7 napos 50 µM kadmiumkezelés hatása a poliamin-tartalomra (putreszcin: PUT;

spermidin: SPD; spermin: SPM) különböző kadmium-toleranciájú búzanövényekben . *, ** és

***: szignifikáns P≤0,05, 0,01 és 0,001 szinten az azonos napi kontrollhoz képest (n=5).

5.1.3.2. Kadmiumkezelés hatása a szalicilsav-tartalomra

A legnagyobb össz-SA szint (szabad+kötött) a TC19 genotípusban volt mérhető kontroll körülmények között (16. A-B ábra). Összeségében megállapítható, hogy a TC vonalak SA-tartalma

magasabb volt a martonvásári vonalakéhoz képest. A Cd-kezelés hatására a mind a szabad, mind a kötött SA-tartalom megemelkedett a vizsgált genotípusok levelében, függetlenül a Cd-tolerancia szintjétől. A gyökér esetében a SA a szabad és a kötött frakcióban is megemelkedett, de csak az őszi búzavonalakban (Mv 8 és Mv Hombár), melyek a TC vonalakhoz képest toleránsabbnak bizonyultak.

16. ábra 7 napos 50 µM kadmiumkezelés hatása a szabad (A) és kötött (B) szalicilsav-tartalomra különböző kadmium-toleranciájú búzanövényekben . *, ** és ***: szignifikáns P≤0,05, 0,01 és 0,001 szinten az azonos napi kontrollhoz képest (n=5).

5.1.3.3. Kadmiumkezelés hatása a glutation-tartalomra

A totál GSH szintje illetve a redukált és oxidált glutation aránya (GSH/GSSG) normál nevelési körülmények között a négy búzavonal levelében azonos volt és a Cd-kezelés ezen paramétereket nem befolyásolta (17. A-B ábra). A gyökerek esetében azonban a tavaszi búzavonalakban (TC19 és TC33) körülbelül kétszer akkora volt mind a GSH-tartalom, mind a GSH/GSSG arány, mint az őszi búza genotípusokban (Mv 8 és Mv Hombár). Az eleve magasabb GSH értékekre a Cd-kezelés nem volt

hatással a tavaszi, míg megemelte az őszi búza genotípusokban, mely utóbbiak a Cd-stressz-szel szemben toleránsabbnak bizonyultak.

17. ábra 7 napos 50 µM kadmiumkezelés hatása a glutation-tartalomra (GSH) (totál: A, redukált/oxidált arány: B) különböző kadmium-toleranciájú búzanövényekben . *, ** és ***:

szignifikáns P≤0,05, 0,01 és 0,001 szinten az azonos napi kontrollhoz képest (n=5).

A fentiekkel ellentétben azonban, a glutation-szintézisben sebességkorlátozóként ismert -EC mennyisége nem mutatott különbséget a négy vonal esetében, valamint felhalmozódása a gyökérben a Cd-kezelést követően valamennyi genotípusban azonos mértékű volt (18. ábra).

18. ábra 7 napos 50 µM kadmiumkezelés hatása a -glutamil-cisztein (-EC) tartalomra különböző kadmium-toleranciájú búzanövényekben . *, ** és ***: szignifikáns P≤0,05, 0,01 és 0,001 szinten az azonos napi kontrollhoz képest (n=5).

5.1.3.4. Kadmiumkezelés hatása a fitokelatin-szintézisre

A PC2 szintjének különbségei illetve változásai a GSH-tartalomnál leírtakhoz hasonlóan alakultak, azaz a levélben mért kontroll értékekben nem volt különbség, míg a gyökérben magasabb kontroll értéket mértünk a tavaszi TC vonalakban, mint a martonvásári vonalakban (19. A ábra). A Cd-kezelés csak az Mv Hombár esetében emelte meg szignifikánsan a levél PC2-szintet, de a gyökérben mindkét őszi búzavonal esetében nagymértékű felhalmozódást tapasztaltunk, mely a kontroll értékhez képest 28-szoros, illetve 24-szeres volt az Mv 8 és Mv Hombár esetében. A PC3

mennyisége a két martonvásári genotípus levelében magasabb volt kontroll körülmények között, és a Cd-kezelés nem befolyásolta (19. B ábra). Ezzel szemben a gyökérben a stresszmentes körülmények között mért PC3 értékekhez képest drasztikus emelkedést mutattunk ki az Mv 8 és Mv Hombár vonalakban. A PCS-aktivitás a PC-tartalomnak megfelelő változásokat mutatott (19. C ábra). A levél PCS-aktivitás csak az Mv Hombár, a gyökér PCS aktivitás mind az Mv 8, mind az Mv Hombár esetében megemelkedett. Megállapítottuk, hogy a toleránsabbnak bizonyult genotípusokban a PC-ok szintézise nagyobb mértékben indukálódott a kezelés követően.

19. ábra 7 napos 50 µM kadmiumkezelés hatása a fitokelatin-tartalomra (PC2: A, PC3: B) és a fitokelatin szintáz-aktivitásra (PCS: C) különböző kadmium-toleranciájú búzanövényekben . *,**

és ***: szignifikáns P≤0,05, 0,01 és 0,001 szinten az azonos napi kontrollhoz képest (n=3).

5.1.3.5. Kadmiumkezelés hatása az aszkorbát-tartalomra

Mivel az aszkorbát-glutation ciklusban a GSH és az AA mennyiségi változásai összefüggésben állnak egymással, és a két-két búza genotípus eltérő Cd-tolerancia szintje összefüggést mutatott a GSH-szintben bekövetkezett változásokkal, megvizsgáltuk a Cd-kezelés hatását az AA szintjére is. Bár az össz AA-tartalom a levélben a két martonvásári vonal esetében

magasabb volt, mint a TC vonalakban, a Cd-kezelés nem befolyásolta (20. A ábra). A gyökér esetében a kontroll körülmények között mért AA-tartalom közel azonos volt és a Cd-kezelés után mind a négy vonalban megemelkedett. A legalacsonyabb kezdeti AA/DHA arányt a levélben az Mv Hombár esetén mértük, és a kezelés ezt nem volt képes befolyásolni, míg a többi genotípus esetén a Cd-stressz csökkentette értékét (20. B ábra). A gyökérben a Cd-kezelés szignifikáns változást csak az Mv Hombár esetében okozott az AA/DHA arányban.

20. ábra 7 napos 50 µM kadmiumkezelés hatása az aszkorbát-tartalomra (totál: A, redukált/oxidált arány: B) különböző kadmium-toleranciájú búzanövényekben . *,** és ***:

szignifikáns P≤0,05, 0,01 és 0,001 szinten az azonos napi kontrollhoz képest (n=3).

5.1.3.6. Kadmiumkezelés hatásainak vizsgálata során mért paraméterek korreláció vizsgálata

A levélben szignifikáns korreláció volt kimutatható a PUT és SPD, valamint a SPD és SPM mennyisége között, továbbá érdekes módon a PA-ok közül a PUT-tartalom változása pozitív, míg a SPM negatív kapcsolatot mutatott a SA-tartalom változásával (szabad és kötött formában is) (Függelék 4. táblázat). Hasonló módon eltérően viszonyult a PUT- és a SPM-tartalom a -EC

mennyiségéhez illetve PCS-aktivitáshoz. Habár a SA pozitív korrelációt mutatott a -EC-tartalom és a PCS-aktivitással, negatív összefüggését tapasztaltunk az AA szintjével. Szintén negatív korrelációt mutattunk ki, az AA mennyisége és a -EC-tartalom illetve a PCS-aktivitás között.

A gyökérben a levélhez képest több korrelációs kapcsolat volt kimutatható, és utóbbihoz viszonyítva eltérő módon (Függelék 5. táblázat). A PUT negatív kapcsolatban állt a SPD- és SPM-tartalommal, míg a két utóbbi egymással pozitív korrelációt mutatott. Ennek megfelelően az adott kísérlet során a Cd-toleranciában szerepet játszó, azért felelős vegyületekkel (-EC, PC2, PC3 és AA és PCS) a PUT szignifikáns, pozitív kapcsolatot mutatott, míg a SPD és SPM negatív korrelációban állt a -EC szintjével. Bár a SA- és PA-tartalom között összefüggést nem tudtunk kimutatni, érdekes módon a SA, mind szabad, mind kötött formában szignifikáns, pozitív viszonyban állt a fent felsorolt PUT-rel is összefüggésben álló védővegyületekkel. A nehézfém-méregtelenítésben szerepet játszó vegyületek egyébként egymással is szoros, pozitív kapcsolatot mutattak.