Amelioration of lead toxicity by ascorbic acid in sugarcane (Saccharum officinarum L.) under in vitro condition

• DOI: 10.1007/s11356-022-21882-8
• Publication Date: 2022-07-06T14:02:36Z
• Authors: Yasmeen Saleem; Aamir Ali; Shagufta Naz; Muhammad Jamil; Naima Huma Naveed
• Keywords: Callus; Saccharum officinarum

Les sites agricoles sont pollués par divers ions métalliques dans le monde entier. L'acide ascorbique (AA) joue divers rôles dans la croissance, le développement et la régulation des mécanismes cellulaires contre le stress environnemental. Cette étude fournit la relation entre les paramètres morphologiques et biochimiques impliqués dans l'amélioration de la toxicité du Pb dans trois génotypes de la canne à sucre (Saccharum officinarum L.) (YT-53, CP-77-400, NSG-59) en utilisant six concentrations de Pb(NO3)2 dans des conditions in vitro. Les paramètres morphologiques et biochimiques de l'acide ascorbique prétraité et non prétraité ont été comparés à chaque concentration de Pb(NO3)2. Les cals prétraités à l'acide ascorbique ont un meilleur potentiel de croissance et de régénération des cals que les cals non traités sous une concentration accrue de Pb. Les paramètres biochimiques tels que l'activité des enzymes antioxydantes (peroxydase (POD), superoxyde dismutase (SOD), catalase (CAT)) ont augmenté sous une concentration accrue de Pb. Le prétraitement à l'acide ascorbique a encore amélioré l'activité de la GOUSSE et de la SOD, tandis que l'activité du CHAT et la teneur totale en protéines solubles des calli prétraités n'ont pas changé de manière significative. L'acide ascorbique a amélioré la toxicité du Pb morphologiquement mais a montré un comportement inégal vis-à-vis des paramètres biochimiques. Différents comportements génotypiques par rapport à différents traitements ont également été observés. À l'avenir, les informations de cette étude pourront être utilisées pour développer le génotype de la canne à sucre résistante aux métaux contre le stress métallique dans des conditions in vitro.<br/>Agricultural sites are polluted with various metal ions worldwide. Ascorbic acid (AA) plays diverse roles in plant growth, development, and the regulation of cellular mechanisms against environmental stress. This study provides the relationship between morphological and biochemical parameters involved in the amelioration of Pb toxicity in three sugarcane (Saccharum officinarum L.) genotypes (YT-53, CP-77-400, NSG-59) by using six concentrations of Pb(NO3)2 under in vitro conditions. Morphological and biochemical parameters of ascorbic acid pretreated and non-pretreated calli were compared at each Pb(NO3)2 concentration. Ascorbic acid-pretreated calli have better callus growth and regeneration potential than non-treated calli under increased Pb concentration. Biochemical parameters such as antioxidant enzyme activity (peroxidase (POD), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT)) increased under increased Pb concentration. Ascorbic acid pretreatment further enhanced the POD and SOD activity, while CAT activity and total soluble protein contents of pretreated calli did not change significantly. Ascorbic acid ameliorated the Pb toxicity morphologically but showed uneven behavior towards biochemical parameters. Different genotypic behaviors versus different treatments were also observed. In the future, information from this study can be used to develop the metal-resistant sugarcane genotype against metal stress under in vitro conditions.<br/>Los sitios agrícolas están contaminados con varios iones metálicos en todo el mundo. El ácido ascórbico (AA) desempeña diversos papeles en el crecimiento de las plantas, el desarrollo y la regulación de los mecanismos celulares contra el estrés ambiental. Este estudio proporciona la relación entre los parámetros morfológicos y bioquímicos implicados en la mejora de la toxicidad del Pb en tres genotipos de la caña de azúcar (Saccharum officinarum L.) (YT-53, CP-77-400, NSG-59) mediante el uso de seis concentraciones de Pb(NO3)2 en condiciones in vitro. Los parámetros morfológicos y bioquímicos de los callos pretratados con ácido ascórbico y no pretratados se compararon en cada concentración de Pb(NO3)2. Los callos pretratados con ácido ascórbico tienen un mejor potencial de crecimiento y regeneración de callos que los callos no tratados con una mayor concentración de Pb. Los parámetros bioquímicos como la actividad enzimática antioxidante (peroxidasa (Pod), superóxido dismutasa (SOD), catalasa (CAT)) aumentaron con el aumento de la concentración de Pb. El pretratamiento con ácido ascórbico mejoró aún más la actividad de POD y SOD, mientras que la actividad de CAT y el contenido total de proteínas solubles de los callos pretratados no cambiaron significativamente. El ácido ascórbico mejoró la toxicidad del Pb morfológicamente, pero mostró un comportamiento desigual hacia los parámetros bioquímicos. También se observaron diferentes comportamientos genotípicos frente a diferentes tratamientos. En el futuro, la información de este estudio se puede utilizar para desarrollar el genotipo de la caña de azúcar resistente a los metales contra el estrés metálico en condiciones in vitro.<br/>المواقع الزراعية ملوثة بمختلف الأيونات المعدنية في جميع أنحاء العالم. يلعب حمض الأسكوربيك (AA) أدوارًا متنوعة في نمو النبات وتطوره وتنظيم الآليات الخلوية ضد الإجهاد البيئي. توفر هذه الدراسة العلاقة بين المعلمات المورفولوجية والبيوكيميائية المشاركة في تحسين سمية الرصاص في ثلاثة أنماط جينية من قصب السكر (Saccharum officinarum L.) (YT -53، CP -77-400، NSG -59) باستخدام ستة تركيزات من الرصاص(NO3)2 في ظل ظروف المختبر. تمت مقارنة المعلمات المورفولوجية والبيوكيميائية لحمض الأسكوربيك المعالَج مسبقًا والكالي غير المعالَج مسبقًا عند كل تركيز رصاص(NO3)2. تتمتع كالي المعالجة بحمض الأسكوربيك بإمكانية نمو وتجديد أفضل من كالي غير المعالجة في ظل زيادة تركيز الرصاص. زادت المعلمات الكيميائية الحيوية مثل نشاط الإنزيم المضاد للأكسدة (البيروكسيداز (POD)، وفوق أكسيد ديسموتاز (SOD)، وكاتالاز (CAT)) تحت زيادة تركيز الرصاص. عززت المعالجة المسبقة لحمض الأسكوربيك نشاط الكبسولة والكبريت، في حين لم يتغير نشاط القطط ومحتويات البروتين الكلي القابل للذوبان في الكالي المعالج مسبقًا بشكل كبير. حسّن حمض الأسكوربيك سمية الرصاص شكليًا لكنه أظهر سلوكًا غير متساوٍ تجاه المعلمات الكيميائية الحيوية. كما لوحظت سلوكيات مختلفة للنمط الوراثي مقابل علاجات مختلفة. في المستقبل، يمكن استخدام المعلومات المستمدة من هذه الدراسة لتطوير النمط الجيني لقصب السكر المقاوم للمعادن ضد الإجهاد المعدني في ظل ظروف المختبر.<br/>