Επίδραση δύο φυτοπροστατευτικών, έναντι του όζοντος, ουσιών στο μεταβολισμό φυτών φασολιού εκτεθειμένων σε φυτοτοξικά επίπεδα όζοντος

Abstract

Το τροποσφαιρικό όζον είναι ένας από τους πιο διαδεδομένους φυτοτοξικούς ατμοσφαιρικούς ρύπους παγκοσμίως. Τα επίπεδά του αυξάνονται συνεχώς, απειλώντας φυσικά και γεωργικά οικοσυστήματα. Προκαλεί χλωρωτικές και νεκρωτικές κηλίδες και μειώνει τη φωτοσύνθεση. Επίσης, επεμβαίνει στο μεταβολισμό και μειώνει σημαντικά την ανάπτυξη και την απόδοση των φυτών. Η ethylene diurea (EDU) καταστέλλει τα συμπτώματα της χρόνιας και της οξείας έκθεσης στο όζον, σε διάφορα είδη φυτών, ωστόσο ο ακριβής μηχανισμός δράσης της είναι άγνωστος. Επίσης, η δραστική ουσία Penconazole χρησιμοποιείται σε μυκητοκτόνα σκευάσματα και φαίνεται να έχει φυτοπροστατευτική δράση έναντι της τοξικότητας του όζοντος. Στην παρούσα μελέτη η προστατευτική δράση της EDU και της Penconazole έναντι της τοξικότητας που προκαλείται από το όζον, αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας φυτά φασολιού (Phaseolus vulgaris L.) της ποικιλίας Pinto που είναι ευαίσθητη στο όζον. Το πείραμα διεξήχθη υπό εργαστηριακές συνθήκες σε θαλάμους ελεγχόμενου περιβάλλοντος. Φυτά τριών εβδομάδων ψεκάστηκαν με EDU ή Penconazole και εκτέθηκαν σε συγκέντρωση όζοντος 70 ppb ή φιλτραρισμένο αέρα. Πραγματοποιήθηκε μεταβολομική ανάλυση με χρήση αερίου χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας (GC/EI/MS) σε ιστούς του πρώτου πραγματικού φύλλου (πλήρως εκπτυχθέντος) των φυτών. Η εφαρμογή πολυπαραγοντικής ανάλυσης (OPLS-DA) των μεταβολικών προφίλ έδωσε πλήρως διακριτές ομάδες - που διαφοροποιούσαν τα φυτά που δέχθηκαν τις μεταχειρίσεις από τα φυτά μάρτυρες. Επίσης εντοπίστηκαν και παρουσιάζονται τα μεταβολικά μονοπάτια τα οποία εμπλέκονται στη δράση του όζοντος, της EDU και της Penconazole.

Ambient ozone (O3) is a photochemical air pollutant with increasing trend following a diurnal and a seasonal circle. Concerning its seasonal circle, its maximum concentrations occur during late spring and summer time, which is the cultivation period for the majority of vegetables, while concerning its diurnal circle, its maximum concentration occurs during midday and afternoon hours, when photosynthesis also reaches its maximum. Thus, O3 is a crucial factor for agriculture, causing negative effects on plants (e.g., visible injuries, yield reduction) mainly through metabolic alteration. Ethylene diurea (EDU) is known to prevent ozone induced injury in various plant species via metabolic cascades. However, the exact mechanism of its action is still unknown. In the present study the effects of O3 on bean’s (Phaseolus vulgaris cv Pinto) metabolism and the protective effect of EDU against ozone-related injuries were evaluated. The cultivar is known to be highly sensitive to ozone. The experiment was conducted under controlled laboratory conditions. Three weeks-old plants were treated with EDU and then exposed, in controlled environment chambers, either to ozone (70 ppb) or to charcoal filtered air (control). Gas chromatography-mass spectrometry (GC/EI/MS) metabolomics was performed in tissue samples coming from the first trifoliate (fully expanded) leaf. Multivariate analysis OPLS-DA application of metabolic profiles resulted in completely distinct groups - which differentiated the treated plants by the control plants. Metabolic pathways involved in the action of ozone, EDU and Penconazole have also been identified and presented.