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Water Stress Tolerance of Wheat (Triticum aestivum L.): Variations in Hydrogen Peroxide Accumulation and Antioxidant Activity in Tolerant and Susceptible Genotypes

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An experiment was conducted on five wheat ( L.) cultivars, C 306, PBW 175 (tolerant to water stress), DL 153-2 (moderately tolerant to water stress), HD 2428 and HD 2329 (recommended for irrigated conditions, susceptible to water stress), under pot culture conditions to study the effect of water stress on oxidative injury and antioxidant activity. Water stress significantly decreased relative water content (RWC), ascorbic acid content and membrane stability, and increased hydrogen peroxide and malondialdehyde content, a measure of lipid peroxidation, and activities of antioxidant enzymes in all the genotypes at 7, 17 and 27 days after anthesis (DAA). Water stress tolerant genotypes C 306 and PBW 175, closely followed by DL 153-2, were superior to HD 2428 and HD 2329 in maintaining high RWC, ascorbic acid content and membrane stability and lower hydrogen peroxide content and lipid peroxidation (malondialdehyde content) under water stress at the three stages. The highest activities of glutathione reductase and catalase under water stress were observed in C 306, PBW 175 and DL 153-2 and the lowest activities in HD 2428 and HD 2329 at all the stages. Superoxide dismutase activity at all stages under irrigated conditions and at the first and second stages under water stress conditions did not show significant variation among the different genotypes, but at the last stage under water stress the enzyme activity was highest in C 306, closely followed by PBW 175 and DL 153-2, and lowest in HD 2428 and HD 2329. It is apparent that water stress induces an increase in hydrogen peroxide content and consequently lipid peroxidation and membrane injury (reduced membrane stability). The degree of oxidative stress and antioxidant activity seems to be closely associated with the tolerance/susceptibility of a genotype to water stress.

Wasserstresstoleranz von Weizengenotypen: Variationen in Hydrogen-Peroxid-Akkumulation und Antioxidanzaktivität

Es wurden mit fünf Weizen (Triticum aestivum L.) cvs. C 306, PBW 175 (tolerant gegenüber Wasserstress), DL 153-2 (gemäßigt tolerant gegenüber Wasserstress), HD 2428 und HD 2329 (empfohlen für Bewässerungsbedingungen, empfindlich gegen Wasserstress) unter Gefäßbedingungen untersucht, um den Einfluss von Wasserstress auf oxidative Schädigungen und Antioxidanzaktivität festzustellen. Wasserstress verringerte signifikant den relativen Wassergehalt (RWC), Ascorbinsäure und Membranstabilität, erhöhte den Hydrogenperoxid-und Malondialdehydgehalt, als Maß für die Lipid-Peroxidation und die Aktivität von Antioxidanzenzymen bei allen Genotypen zum 7., 17. und 27. Tag nach der Blüte (DRA). wasserstress-tolerante Genotypen C 306 und PBW 175, eng gefolgt von DL 153-2 waren HD 2428 und HD 2329 überlegen hinsichtlich der Aufrechterhaltung eines hohen RWC, Ascorbinsäuregehaltes, Membranstabilität und niedriger Hydrogenperoxidgehalt sowie Lipidperoxidation (Malondialdehydgehalt), unter Wasser- stressbedingungen zu allen drei Entwicklungsstadien. Die höchste Aktivität von Glutationreduktase und Katalase wurde unter Wasserstressbedingungen beobachtet in C 306, PBW 175 und DI 153–2, die geringste Aktivität in HD 2428 und HD 2329 in allen Entwicklungsstadien. Die Superoxiddismutaseaktivität zeigte unter Bewässerungsbedingungen in allen Stadien, unter Wasserstressbedingungen aber nur im 1. und 2. Stadium keine signifikante Variation zwischen den unterschiedlichen Genotypen; zum letzten Stadium war die Enzymaktivität unter Wasserstress am höchsten bei C 306 unmittelbar gefolgt von PBW 175 und DL 153-2, am geringsten in HD 2428 und HD 2329. Es ist offensichtlich, dass Wasserstress eine Zunahme im Hydrogenperoxidgehalt und als Konsequenz in der Lipidperoxidation und Membranschädigung (reduzierte Membranstabilität) auslöst. Ferner ist das Ausmaß des oxidativen Stresses und der Antioxidanzaktivität straff kooreliert mit der Toleranz/Empfindlichkeit eines Genotypen gegen Wasserstress.

Keywords: Triticum aestivum; active oxygen species; ascorbic acid; catalase; glutathione reductase; hydrogen peroxide; oxidative stress; superoxide dismutase; water stress

Document Type: Research Article

Affiliations: Division of Plant Physiology, Indian Agricultural Research Institute, New Delhi 110 012, India

Publication date: March 1, 2001


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