Σύγκριση της ανθεκτικότητας φυτών δίκοκκου και τρίκοκκου σιταριού σε αβιοτικές καταπονήσεις
Creators: name: Κουσκουβέλη, Άννα Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Σιτάρι
Αβιοτικές καταπονήσεις
Μικροσωληνίσκοι
Wheat
Abiotic stress
Microtubules

description: Το σιτάρι (Triticum spp.) είναι ένα από τα σημαντικότερα καλλιεργούμενα φυτά παγκοσμίως. Το ευρύτερα καλλιεργούμενο είδος είναι το Triticum aestivum ή αλλιώς «κοινό μαλακό» σιτάρι, που αντιστοιχεί στο 95% της καλλιέργειας σιταριού. Το Triticum dicoccum είναι ένα από τα «αρχαϊκά» είδη σιταριού που καλλιεργούνται μέχρι σήμερα. Αν και από τις αρχές του 20ου αιώνα αντικαταστάθηκε σε μεγάλο βαθμό από άλλα είδη σιταριού με μεγαλύτερες αποδόσεις, τα τελευταία χρόνια έχει αυξηθεί το ενδιαφέρον για το είδος αυτό, καθώς θεωρείται ότι έχει μεγαλύτερη θρεπτική αξία από το T. aestivum και ότι είναι ανθεκτικότερο σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις. Οι αβιοτικές καταπονήσεις ευθύνονται σε μεγάλο βαθμό για τη μείωση της παραγωγής του καλλιεργούμενου σιταριού παγκοσμίως. Στις κύριες αβιοτικές καταπονήσεις περιλαμβάνονται η υψηλή και χαμηλή θερμοκρασία, η αυξημένη αλατότητα του εδάφους και η τοξικότητα από βαρέα μέταλλα. Οι μικροσωληνίσκοι συμμετέχουν σε θεμελιώδεις λειτουργίες των φυτικών κυττάρων, μεταξύ των οποίων είναι ο έλεγχος της κυτταρικής διαίρεσης και του σχηματισμού του κυτταρικού τοιχώματος, η μεταφορά κυστιδίων και η μορφογένεση. Οι μικροσωληνίσκοι συμβάλλουν επίσης στην εκδήλωση της ανθεκτικότητας των φυτών απέναντι σε αβιοτικές καταπονήσεις, μεταβάλλοντας τη δυναμική και την οργάνωσή τους, ως απόκριση σε εξωτερικά ερεθίσματα. Στην παρούσα εργασία έγινε σύγκριση του δίκοκκου σιταριού T. dicoccum με το κοινό τρίκοκκο σιτάρι T. aestivum, ως προς την ανθεκτικότητα που παρουσιάζουν σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, αυξημένη αλατότητα και τοξικά μέταλλα (χαλκός και χρώμιο), για διαφορετικά χρονικά διαστήματα. Η εργασία εστίασε στην οργάνωση των μικροσωληνίσκων και των χρωμοσωμάτων κατά τον κυτταρικό κύκλο, καθώς και στον υπολογισμό του μιτωτικού δείκτη, σε κύτταρα των ακρόρριζων των δύο ειδών σε όλες τις αβιοτικές καταπονήσεις που επιβλήθηκαν. Εφαρμόσθηκε ανοσοσήμανση των μικροσωληνίσκων και φθοροσήμανση της χρωματίνης και η παρατήρηση των δειγμάτων έγινε με οπτικό μικροσκόπιο φθορισμού ή με συνεστιακό μικροσκόπιο σάρωσης ακτίνων laser (CLSM). Επιπλέον, μελετήθηκε η μακροχρόνια επίδραση του χαλκού σε φυτά που αναπτύσσονταν σε χώμα (γλάστρα). Αλλαγές παρατηρήθηκαν τόσο στην οργάνωση των μικροσωληνίσκων και τη δομή των χρωμοσωμάτων, όσο και στον μιτωτικό δείκτη των επηρεασμένων φυτών των δύο ειδών σιταριού. Σοβαρότερα προβλήματα στην οργάνωση των μικροσωληνίσκων και τη δομή των χρωμοσωμάτων προκάλεσαν η έκθεση στην υψηλή θερμοκρασία (37℃), τον πάγο (0℃) και τα βαρέα μέταλλα, ενώ η έκθεση σε χαμηλή θερμοκρασία (2 – 4℃) και η αυξημένη αλατότητα είχαν ηπιότερες συνέπειες. Μεταβολές υπήρξαν και στην ανάπτυξη των φυτών μετά από την έκθεση σε χαλκό. Σε όλες τις περιπτώσεις, η αύξηση του χρόνου καταπόνησης οδηγούσε σε αύξηση της βαρύτητας των επιπτώσεων. Αντίθετα με ό,τι γενικά πιστεύεται, σε όλες τις αβιοτικές καταπονήσεις που μελετήθηκαν, το T. aestivum εμφανίστηκε ανθεκτικότερο του T. dicoccum.
description: Wheat (Triticum spp.) is a staple crop for a large portion of the world population. The most widely grown wheat species worldwide is Triticum aestivum, commonly called “common” or “bread” wheat, which contributes about 95% of the world wheat production. Triticum dicoccum is one of the “ancient” wheat species, cultivated to this day. Since the beginning of the 20th century, T. dicoccum has been replaced by higher-yielding species almost everywhere. However, there is a renewed interest in this species, as it is considered to be nutritionally superior and more tolerant against several biotic and abiotic stresses, in comparison to T. aestivum. Wheat productivity is adversely affected by various abiotic stresses, including extreme temperatures, increased soil salinity and heavy metal toxicity. Microtubules participate in fundamental functions of plant cells, playing important roles in cell division control and construction of cell walls, intracellular vesicle transport and morphogenesis. In addition, they contribute to plant resistance to abiotic stress through modifications of their dynamics and organization, in response to external stimuli. In the present study, T. aestivum and T. dicoccum were subjected to adverse temperature stress, increased salinity and heavy metal (copper and chromium) toxicity. Their responses at cellular level were compared, assessing microtubule and chromatin integrity and organization, as well as the progress of mitotic cell division. Root tip samples of both wheat species were prepared for tubulin immunolabelling (for microtubule visualization) and DNA fluorescent staining (for chromatin visualization) and were examined by fluorescence microscopy or confocal laser scanning microscopy (CLSM). Furthermore, long-term effect of copper on plant growth was assessed. Time-dependent adverse effects were detected on microtubule and chromosomal organization, on the mitotic index, as well as on plant growth, in both wheat species, after exposure to the abovementioned abiotic stressors. Treatment with elevated temperature (37℃), ice (0℃) and heavy metals had more severe effects, whereas exposure to cold (2 – 4℃) and salinity had milder effects. In contrast to the currently prevailing view, T. aestivum appeared more resilient than T. dicoccum in almost all kinds of stress applied in this study.