Effect of seed priming on germination characteristics and some antioxidant enzymes activity of Basil (Ocimum basilicum L.) under drought stress conditions

Subject Areas : Developmental biology of plants and animals , development and differentiation in microorganisms

Ahmad  Afkari ¹ (2- Assist. Prof., Dept. of Physiology, Kaleybar Branch, Islamic Azad University Kaleybar, Iran)

Received: 2017-09-14 Accepted : 2017-12-20 Published : 2018-02-04

Keywords: germination, Antioxidant enzymes, priming, Potassium nitrate, Basil (Ocimum basilicum L.),

Abstract :

Seed pre-treatment technique has been introduced as a germination and establishment enhancer under environmental stress. In order to study the effects of priming on germination characteristics growth and some antioxidant enzymes activity of basil (Ocimum basilicum L.) under drought stress conditions, a factorial experiment in a completely randomized design with four replications, at the physiology lab of the Islamic Azad University of Ardebil in 2013 was carried out. Experimental treatments include drought stress at four levels (0, -4, -8 and -12 bar) and three pre-treatments including potassium nitrate with concentrations of 1% and 2%, water as hydro priming and control treatment. The results showed that the effect of drought stress and priming on germination components and antioxidant enzymes was significant. The results showed that drought stress reduced the percentage of germination, pace of germination, rootlet length, seedling length and increased activity of superoxide dismutase, glutathione peroxidase, catalase and ascorbate peroxidase enzymes. The results of the comparison of mean interactions of drought stress and priming showed that the maximum activity of Antioxidant enzymes were obtained by pre-treatment of potassium nitrate with a concentration of 1% in a -12 bar drought level. In general, it can be concluded that basil seed pre-treatment with 1% potassium nitrate improves the basil germination parameters under drought stress conditions and increased the tolerance of basil plant to drought stress by increasing the activity of antioxidant enzymes in the germination stage.

References:

[1].   آقائی، ک.، برزلی، م.، جعفریان، و.، شکاری، ف.، 1396، بررسی برخی پاسخ‌های فیزیولوژیک و شیمیایی گیاه ترخون (Artemisia dracunculus) به تنش کم‌آبی، فرایند و کارکرد گیاهی، جلد 6، شماره 19، 24-15.

[2].   درویش زاده، ف.، نجات زاده، ف.، ایرانبخش، ع.، 1394، تأثیر نانو ذرات نقره بر تحمل به شوری گیاه ریحان (.Ocimum basilicum L) در مراحل جوانه‌زنی در شرایط آزمایشگاهی، مجله تازه‌های بیوتکنولوژی سلولی- مولکولی، دوره پنجم، شماره بیستم، 70-63.

[3].   رمضانی، م.، رضایی سوخت‌آبندانی، ر.، 1390، اثر پیشتیمار اسمزی برمؤلفه های جوانه‌زنیبذر ارقام گوجه فرنگی، نشریه دانش کشاورزی و تولید پایدار، جلد 21، شماره 4، 15-1.

[4].   سید شریفی، ر.، خاوازی، ک.، 1390، تأثیر باکتری‌های محرک رشد گیاه بر مؤلفه‌های جوانه‌زنی و رشد گیاهچه ذرت (.Zea mays L)، نشریه بوم شناسی کشاورزی، جلد 3، شماره 4، 513-506.

[5].   طباطبایی، س ع.، 1391. اثر پیش تیمارهای مختلف بر شاخص‌های جوانه‌زنی و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانتی بذر ذرت تحت شرایط تنش خشکی، مجله علوم و تکنولوژی بذر، سال دوم، شماره 4، 79 -72.

[6].   قاسمی، ح.، مستاجران، ا.، 1393، اثر کلرید سدیم بر جوانه‌زنی و رشد اولیه دانه رست‌های 60 رقم گندم، نشریه تحقیقات بذر، سال چهارم، شماره 4، 26 -14.

[7].   نعیمی، م.، اکبری، غ.، شیرانی‌راد، ا.ح، حسنلو، ط.، اکبری، غ. ع.، 1391، اثر کاربرد زئولیت و محلول‌پاشی سلنیم در شرایط تنش کم‌آبی بر روابط آبی و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان در گیاه دارویی کدو پوست کاغذی، مجله به‌زراعی کشاورزی، دوره 14، شماره 1، 81 -67.

[8].   نوری، م.، فتحی، ش.، 1394، اثر اسید سالیسیلیک بر شاخص‌های جوانه‌زنی و تغییرات بیوشیمیایی بذر ریحان (.Ocimum basilicum L)، تحت شرایط تنش شوری، نشریه تحقیقات بذر، سال پنجم، شماره 2، 59-49.

[9].   محمودی، ف.، شیخ زاده مصدق، پ.، زارع، ن.، اسماعیل‌پور، ب.، 1396، تأثیر پیش تیمار بذر با آب بر جوانه‌زنی، رشد و فعالیت آنزیم‌های پاداکسندۀ گیاهچه‌های گاوزبان اروپایی (.Borago officinalis L)، در شرایط تنش کادمیوم، علوم گیاهان زراعی ایران، دورة 48، شماره 1: 266-253.

[10]. مسرت، ن.، سیادت، ع.، شرفی‌زاده، م.، حبیبی خانیانی، ب.، 1392، تأثیر پرایمینگ بر جوانه زنی و رشد گیاهچه ذرت هیبرید SC704 در شرایط تنش شوری و خشکی، مجله اکوفیزیولوژی گیاهی، سال پنجم، شماره پانزدهم، 25-13.

[11]. نادری زرنقی، ر.، ولیزاده، م.، فتوت، ر.، 1393، تجزیه الکتروفورزی فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان تحت تنش خشکی در ژنوتیپ‌های گندم پاییزه در مرحله پنجه‌زنی، تحقیقات غلات، سال چهارم، شماره سوم، 197-185.

[12]. هاشمی فشارکی، ش.، حمیدی، آ.، وزان، س.، 1395، ارزیابی اثر درصد جوانه‌زنی اولیه و اندازه و شکل بذر ذرت (.Zea mays L) هیبرید سینگل کراس ٧٠٤ بر برخی شاخص‌های بنیه بذر، علوم و تحقیقات بذر ایران، سال سوم، شماره اول، 73-63.

[13]. یونسی، ا.، مرادی، ع.، 1394، تأثیر باکتری‌های محرک رشد گیاه و قارچ میکوریزا بر ظهور گیاهچه، استقرار و رشد اولیه دو اکوتیپ گیاه یونجه در شرایط تنش شوری، نشریه پژوهش‌های تولید گیاهی، جلد بیست و دوم، شماره یکم، 126-105.

[14]. Aebi, H., 1984, Catalase in vitro. Methods in Enzymology, 105: 121-126.

[15]. Abbasian, A., Moemeni, J., Rahmani, M., Oskoii, B., Hamidi, A., Sedghi, M., 2013, Comparison of different hybrid maize seed size with smaller under sieve size in standard germination, cold, accelerated ageing and electrical conductivity tests. Technical Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(5): 385-393.

[16]. Afzal. A., Aslam. N., Mahmood. F., Hameed, A., Irfan, S., Ahmad, G., 2006, Enhan cement of germination and emergence of canola seeds by different priming technigues. Garden Depesguisa Biotechnology, 16(1): 19-34.

[17]. Agarwal, S., Sairam, R.K., Srivatava, G.C., Meena, R.C., 2005, Changes in antioxidant enzymes activity and oxidative stress by abscisic acid and salicylic acid in wheat genotypes. Biotecnol. Plantarum, 49 (4): 541-550.

[18]. Ansari, O., Choghazardi, H.R., Sharif Zadeh, F., Nazarli, H., 2013, Seed reserve utilization andseedling growth of treated seeds of mountain rye (Secale montanum) as affected by drought stress. Cer. Agronomice. Moldova, 2 (15): 43-48.

[19]. Ansari, O., Sharif-Zadeh, F., 2012, Does Gibberelic acid (GA), Salicylic acid (SA) and Ascorbicacid (ASc) improve Mountain Rye (Secale montanum) seeds Germination and Seedlings Growthunder Cold Stress, Int. Res. J. Applied. B. Sci, 3 (8): 1651-1657.

[20]. Bailly, C. 2004, Active oxygen species and antioxidants in seed biology. Seed Science Research, 14, 93- 107.

[21]. Chandlee, J.M., Scandalios, J.G., 1984, Analysis of variants affecting the plants. Plant Nutrition Soil Sci, 168: 541-549.

[22]. [22] Chojnowski, F.C., Come, D., 1997, Physiological and biochemical changes induced in sunflower seeds by osmopriming and subsequent drying, storage and aging. Seed Science Research, 7: 323-331.

[23]. Clua, A., Fernandez, G., Ferro, L., Dietrich, M., 2006, Drought stress conditions during seed development of narrowleaf birdsfoot trefoil (Lotus glaber) influences seed production and subsequent dormancy and germination. Lotus Newsletter, 36(2): 58-63.

[24]. Dat, J., Vandenabeele, S., Vranová, E., Van Montagu, M., Inzé, D., Van Breusegem, F., 2000, Dual action of active oxygen species during plant stress responses. Cellular and Molecular Life Sci, 57: 779-795.

[25]. Gamze, O., Kaya, M.D., Atak, M., 2005. Effect of salt and drought stresses on germination and seedling growth of pea. Turkish Journal of Agriculture for, 29: 237-242.

[26]. Holy, M.C., 1972. Indole acetic acid oxidase: a dual catalytic enzyme. Plant Physiol, 50: 15-18.

[27]. Hus, J.L., Sung, J.M., 1997, Antioxidant role of glutathione associated with accelerated aging and hydration of triploid Waremelon seeds. Physiological plantrum, 100: 967-974.

[28]. Jiang, Y., Huang, B., 2001, Drought and heat stress injury to two coll-season turfgrasses in relation to antioxidant metabolism and lipid peroxidation. Crop Sci, 41: 436-442.

[29]. Kaurs, A.K., Kaur, N., 2002, Effect of osom and hydro priming of chickpea seed son seedling growth an carbohydrate metabolism under water deficit stress. Plant growth regulation, 37:12-22.

[30]. Kaya, M.D., Ipek, A. Ozturk, A., 2003, Efects of different soil salinity levels on germination and seedling growth of safflower. Turkish Journal of Agriculture for, 27: 221-227.

[31]. Kim, JH., Lee, CH,, 2005, In vivo deleterious effects specific to reactive oxygen species on photosystem I andII after photo-oxidative treatments of rice (Oryza sativa) L.) leaves, Plant Science, 168: 1115-1125.

[32]. Maleki Narg Mousa, M., Balouchi, H.R. and Attarzadeh, M., 2015, Effect of Seed Priming on Some Germination Traits and Seedling Growth of Safflower under Drought Stress, Iranian Journal of Seed Research, 2:1-9.

[33]. Mehra, R., Raaj, R., 2002, "mood fluctuations, projection bias, and volatility of equityprices, Journal of Economic Dynamics and Control. 26(5): 869-887.

[34]. Moosavi, A., Tavakkol-Afshari, R., Sharif-Zadeh, F., Aynehband, A., 2009. Effect of seedpriming on germination characteristics, polyphenol oxidase, and peroxidase activities of four amaranth cultivars, J. Food Agri. Environ. 7: 353-358. 

[35]. Murungu, F.S., Nyamugafata, P., Chiduza, C., Clark, L.J., Whalley, W.R., 2003, Effects of seed priming aggregate size and soil matric potential on emergence of cotton (Gossypium hirsutum L.) and maiz (Zea mays L.). soil and till, Res, 74: 161-168.

[36]. Sanchez, J.A., Munoz, B.C. Fresneda, J., 2001, Combine effects of hyrdening hydration-dehydration and heat shock treatments on the germination of tomato, pepper and cucumber. Seed Science and Technology, 29: 691-697.

[37]. Semirnoff, F.N., 1998, Drought influence the activity of enzymes of the chloroplast hydrogen proxide system, J. Exp.Bot, 39: 1097-1108.

[38]. Soltani, A., Gholipoor, M., Zeinali, E., 2006, Seed reserve utilization and seedling growth of wheat as affected by drought and salinity. Environmental and Experimental Botany, 55: 195–200.

[39]. Wakjira, K., Negash, L., 2013, Germination responses of croton macrostachyus (Euphorbiaceae) to various physico-chemical pretreatment conditions. South African Journal of Botany, 87: 76-83.