Exogenous Silicon Protects Brassica napus Plants from Salinity-Induced Oxidative Stress Through the Modulation of AsA-GSH Pathway, Thiol-Dependent Antioxidant Enzymes and Glyoxalase Systems

摘要

Although silicon (Si) has showed its potential role in mitigating abiotic stress-induced damages in many plant species its role in coordinated induction of antioxidant defense is yet to be elucidated. Therefore, we studied rapeseed (Brassica napus) seedlings applied with exogenous Si for changes occurring in antioxidant defense and glyoxalase systems. Seedlings (12-day-old) grown semi-hydroponically were exposed to Si (silicon dioxide, SiO2; 1mM) solely and in combination with NaCl (100 and 200mM) for 48h. Salinity created oxidative damage by increasing H2O2 and malondialdehyde (MDA) contents resulting in disruption of antioxidant defense system and in arousing methylglyoxal (MG) toxicity by the down-regulation of glyoxalase enzyme activities. Exogenous Si treatment showed reduction of both H2O2 and MDA contents and up-regulation of antioxidant components including the activities of related enzymes (APX, MDHAR, DHAR, GR, GST, GPX and CAT) and the contents of AsA and GSH. Enhanced activities of glyoxalaseI (GlyI) and glyoxalaseII (GlyII) detoxified the toxic MG. Thus, this study clearly indicates that Si improved plant tolerance to salinity stress through enhancement of both antioxidant defense and glyoxalase systems that led to reduced oxidative damage and MG toxicity. ZusammenfassungObwohl Silizium (Si) seine potenzielle Rolle bei der Abschwachung abiotischer stressinduzierter Schaden bei vielen Pflanzenarten gezeigt hat, ist seine Rolle bei der koordinierten Induktion der antioxidativen Abwehr noch zu klaren. Daher untersuchten wir Rapskeimlinge (Brassica napus), die mit exogenem Si behandelt wurden, auf Veranderungen in der antioxidativen Abwehr und der Glyoxalase-Systeme. Keimlinge (12Tage alt), die semi-hydroponisch gezuchtet wurden, wurden 48h Si (Siliciumdioxid, SiO2; 1mM) ausgesetzt - allein und in Kombination mit NaCl (100 und 200mM). Die Salinitat verursachte oxidative Schaden durch die Erhohung des H2O2- und Malondialdehyd (MDA)-Gehalts, was zu einer Storung des antioxidativen Abwehrsystems und zur Stimulation der Methylglyoxal (MG)-Toxizitat durch die Herunterregulierung der Glyoxalase-Enzymaktivitaten fuhrte. Die exogene Si-Behandlung zeigte eine Reduktion der H2O2- und der MDA-Gehalte sowie eine Hochregulierung der antioxidativen Komponenten einschlie ss lich der Aktivitaten verwandter Enzyme (APX, MDHAR, DHAR, GR, GST, GPX und CAT) und der AsA- und GSH-Gehalte. Verstarkte Aktivitaten von GlyoxalaseI (GlyI) und GlyoxalaseII (GlyII) entgifteten das toxische MG. Somit zeigt diese Studie deutlich, dass Si die Toleranz von Pflanzen gegenuber Salzstress durch die Steigerung der antioxidativen Abwehr und der Aktivitat der Glyoxalase-Systeme verbesserte, was zu einer verringerten oxidativen Schadigung und MG-Toxizitat fuhrte.