Effect of environmental stresses and CO2 concentration on antioxidant enzyme activity.  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
63369
Type K
Principal investigator Veisz, Ottó Bálint
Title in Hungarian Környezeti stresszek és az emelt légköri CO2-koncentráció hatása a gabonafélék antioxidáns enzimrendszerének működésére
Title in English Effect of environmental stresses and CO2 concentration on antioxidant enzyme activity.
Keywords in Hungarian kalászos gabonák, abiotikus stresszek, antioxidáns enzimaktivitás, légköri CO2 koncentráció
Keywords in English cereals, abiotic stresses, antioxidant enzyme activity, elevated CO2
Discipline
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)80 %
Crop physiology (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Participants Bencze, Szilvia
Pribék, Dalma
Starting date 2006-02-01
Closing date 2010-01-31
Funding (in million HUF) 18.000
FTE (full time equivalent) 3.15
state closed project
Summary in Hungarian
Az élő sejtekben az antioxidáns enzimrendszerek működése közömbösíti azokat a folyamatosan termelődő, reaktív oxigénformákat, melyek a sejt anyagait károsítva annak pusztulását okoznák. A növények stressztűrő képessége ezen enzimek éppen aktuális aktivitásával van szoros összefüggésben, stressz esetén ugyanis még több reaktív oxigénforma termelődik. Kutatásaink során az antioxidáns enzimrendszer működését az alábbiak szerint kívánjuk vizsgálni:

1. Szántóföldi körülmények között különböző gabonafajok és fajták antioxidáns enzimrendszereinek aktivitásváltozásait követjük nyomon egy négy éves tartamkísérletben. Célunk a gabonafélék reakcióinak és stressztűrő képességének meghatározása természetes módon kialakuló stresszek (szárazság, vagy túl sok csapadék, magas hőmérséklet, betegségek megjelenése) folyamán.

2. Fitotroni modellkísérlet sorozatban tesztelni kívánjuk az egyes gabonaféléknél a fejlődés különböző szakaszaiban, eltérő ideig fennálló szárazságstressz antioxidáns enzimrendszerre kifejtett hatását. Vizsgálni kívánjuk továbbá, hogy emelt légköri CO2-koncentráción nevelt növények esetében hogyan módosul az antioxidáns enzimrendszer működése szárazságstressz hatására.
Summary
The antioxidant system is crucial to the living cell which would die without its capacity of deactivating reactive oxygen species (ROS) being formed all the time. Stress tolerance of plants depends mainly on the activity of its enzymatic components as stress increases the level of ROS.

The present work focuses on the following topics:

1. Monitoring meteorological and other environmental (biotic and abiotic) stress factors and the change of the enzymatic components of the antioxidant system of cereals (winter and spring wheat and barley, winter durum wheat and spring oat varieties) in field trials during a four-year period. The aim is to determine the stress tolerance and reaction type of genotypes in response to the emergence of natural stress types including drought, excessive water supply, high temperature and epidemics.

2. Testing the effects of drought on the antioxidant system of cereals in various phenological stages and for various periods in phytotron studies. The effect of elevated CO2 level will also be studied on the antioxidant system during drought stress.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A pályázatban a gabonafélék antioxidáns enzimeinek működését vizsgáltuk természetes és mesterséges körülmények között. Szántóföldön az időjárási tényezők közül a szárazságnak volt a legmarkánsabb hatása az antioxidáns enzimrendszerre, míg a növénybetegségek előfordulása és a fertőzések súlyossága nem mutatott szoros összefüggést az enzimek aktivitásának változásával. A szárazabb 2008-as évben a levélbetegségek kevésbé fertőztek, a kataláz (CAT), aszkorbát peroxidáz (APX ) és a glutation reduktáz aktivitása nőtt. A fitotroni kísérletek eredményei alapján megállapítottuk, hogy a fotoszintézis intenzitása szoros kapcsolatban volt a talajnedvesség szint csökkenésével, és jól jelezte az adott genotípus stressztűrő képességét. Az antioxidáns enzimaktivitás a szárazság hatására a szárbaindulás és érés idején változott meg a legnagyobb mértékben. A fejlődés korai szakaszában a magas CO2-koncentráció a stresszhatást mérsékelte, alacsonyabb antioxidáns enzim aktivitást eredményezett. Az éréskor alkalmazott emelt CO2-szint az enzimaktivitás fokozásával járult hozzá a kialakult stresszállapot negatív hatásainak mérsékléséhez. Az antioxidáns enzimrendszer magasabb aktivitása valószínűsíti az adott genotípus jobb stressztűrő képességét. A kevésbé stressztűrő fajták relatíve nagy aktivitásváltozással reagáltak a szárazságra, de antioxidáns enzimműködésük vízmegvonás hatására sem érte el a stresszmentes feltételek között nevelt, nagyon jó rezisztenciájú genotípusokét.
Results in English
Within the present project, antioxidant enzyme activities were studied in cereals under natural and artificial conditions. Among weather elements, drought had the most noticeable effect on the antioxidant enzyme system, while the changes in the antioxidant enzyme activities were not closely related to the occurrence and severity of diseases. In 2008, with low soil moisture contents, leaf diseases were less virulent and activities of Catalase, Ascorbate peroxidase and Glutathione reductase increased. According to the phytotron experiments, intensity of photosynthesis was found to be closely related to decreases in the soil water level and it indicated well the stress tolerance ability of a genotype. Antioxidant enzyme activities changed most due to water stress during the stem elongation phase and grain-filling. Elevated CO2 level mitigated the effect of stress in the young developmental phase resulting in a lower antioxidant enzyme activity level. At the grain-filling stage it reduced the negative effects of stress conditions via enhancing the enzyme activities. It was also found that higher general activities of antioxidant enzymes might indicate that a genotype has better stress tolerance. Sensitive varieties had relatively higher increases in activity due to water withdrawal but even at their highest levels the antioxidant enzyme activities were lower than those under normal conditions in genotypes with good resistance.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=63369
Decision
Yes





 

List of publications

  
Balla K., Bedő Z., Veisz O.: Heat stress induced changes in the activity of antioxidant enzymes in wheat., Cereal Res Commun 35. 2: 197-200., 2007
Bencze Sz., Veisz O.: A búza hőstressztűrése a klímaváltozás tükrében., XIII. Növénynemesítési Tudományos Napok, Összefoglalók, 2007. márc. 12. MTA, Budapest., 103., 2007
S. Bencze, Z. Bamberger, K. Balla, T. Janda, Z. Bedő, O. Veisz: Drought stress tolerance in cereals in terms of water retention capacity and antioxidant enzyme activities, 8th International Wheat Conference, 1–4 June 2010, St. Petersburg, Russia, N.I. Vavilov Research Institute of Plant Industry, (Ed.: N.I. Dzyubenko) pp. 153-154. , 2010
Balla K., Veisz O.: A magas hőmérséklet hatása a búza fejlődésére., A Magyar Biológiai Társaság XXVII. Vándorgyűlése, Budapest. 2008. szept.25-26. (eds.: Korsós Z., Gyenis Gy., Penksza K.), 221-225., 2008
Balla K., Veisz O.: Temperature dependence of wheat development., Acta Agronomica Hungarica, 56. 3: 313-320., 2008
Veisz O., Bencze Sz., Balla K., Karsai I., Vida Gy., Varga B., Bedő Z.: Abiotikus stresszrezisztencia kutatások a gabonafélékben., In: A martonvásári agrárkutatások hatodik évtizede (Szerk. Veisz O.) 53-58., 2009
Veisz O., Bencze Sz., Balla K., Vida Gy.,: Az emelt légköri CO2-koncentráció hatása a búza betegségekkel szembeni rezisztenciájára., In: Hagyomány és haladás a növénynemesítésben (Szerk. Veisz O.) 527-531., 2009
Veisz O.: Klímaváltozás – növényvédelem: Kihívások a növénykutatók számára., Növényvédelem 45, 629-632., 2009
Bukorné Bamberger Z.: A MAGAS CO2-SZINT ÉS A SZÁRAZSÁG HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA AZ ANTIOXIDÁNS ENZIMAKTIVITÁSRA, GABONA GENOTIPUSOKBAN, SZENT ISTVÁN EGYETEM MEZŐGAZDASÁG- ÉS KÖRNYEZETTUDOMÁNYI KAR KÖRNYEZET- ÉS TÁJGAZDÁLKODÁSI INTÉZET diplomadolgozat, 2008
Bencze Sz.: Az emelt légköri CO2-koncentráció és egyes környezeti tényezők hatása az őszi búzára (Triticum aestivum L.)., Ph.D dolgozat ELTE Kísérletes Növénybiológia, 2007
Bencze Sz., Balla K., Varga B. Veisz O.: EFFECT OF CLIMATE EXTREMES ON THE GRAIN YIELD AND QUALITY OF CEREALS, Acta Agronomica Hungarica 2010 58 (Suppl.), pp. 115–120 (2010), 2010
Harnos N., Erdélyi É., Veisz O.: Búzatermesztés a klímaváltozás tükrében, In: Agrár- és Vidékfejlesztési Szemle 2010. vol. 5. (1).: „Agriculture and Countryside int he Squeeze of Climate Change and Recession”. Hódmezővásárhely, Magyarország, 2010.04.22. pp. 324-330. Conference CD issue ISSN 1788-5345, 2010
Bencze Sz., Balla K., Varga B., Veisz O.: AZ IDŐJÁRÁSI SZÉLSŐSÉGEK HATÁSA A GABONAFÉLÉKRE, Agrár- és Vidékfejlesztési Szemle 2010. Vol. 5. (1) supplement. „Agriculture and Countryside in the Squeeze of Climate Change and Recession” Hódmezővásárhely, 22nd April 2010, Conference CD issue, ISSN 1788-5345. pp. 305-311. , 2010
Balla K, Rakszegi M, Li Z, Békés F, Bencze Sz, Veisz O: Quality of winter wheat in relation to heat and drought shock after anthesis., CZECH JOURNAL OF FOOD SCIENCES 29:(2) pp. 117-128. (2011), 2011
Bencze Sz, Bamberger Zs, Janda T, Balla K, Bedõ Z, Veisz O: Drought tolerance in cereals in terms of water retention, photosynthesis and antioxidant enzyme activities., CENTRAL EUROPEAN JOURNAL OF BIOLOGY 6:(3) pp. 376-387. (2011) , 2011
Bencze Sz, Bamberger Z, Janda T, Balla K, Veisz O: Change in crop physiological parameters in a water-deficient environment., In: Veisz O (szerk.) Climate Change: Challanges and Opportunities in Agriculture: AGRISAFE Final Conference. Budapest, Magyarország, 2011.03.21-2011.03.23. Agricultural Research Institute of the Hungarian Academy of Science, pp. 139-142.(ISBN:978-963-8351-37-1) , 2011
Varga B, Bencze Sz, Balla K, Veisz O. : Combined effect of the drought duration and elevated atmospheric CO2 level on physiological and yield parameters of winter wheat., Acta Agronomica Hungarica 58:(4) pp. 323-331., 2010
Varga B, Bencze Sz, Veisz O. : Õszi kalászosok antioxidáns enzimaktivitás-változásai abiotikus stresszhatásokra., In: Veisz O (szerk.) XVI. Növénynemesítési Tudományos Napok: Poszter Összefoglalók, pp. 140., 2010
Varga B, Janda T, László E, Veisz O.: Influence of abiotic stresses on the antioxidant enzyme activity of cereals., Acta Physiologiae Plantarum. In press. DOI 10.1007/s11738-011-0882-x., 2011
Balla, K., Rakszegi, M., Bencze, Sz., Veisz, O. : A magas hõmérséklet és a szárazság hatása a martonvásári búzafajták minõségére., In: Veisz, O. (szerk.) XVI. Növénynemesítési Tudományos Napok. Összefoglalók. pp. 54., 2010
K. Balla, S. Bencze, T. Janda, O. Veisz: Analysis of heat stress tolerance in winter wheat., Acta Agronomica Hungarica, 57 (4), 437-444., 2009
Balla, K., Bencze, Sz., Veisz, O.: A búza minőségének változása extrém magas hőmérséklet hatására., In: Hagyomány és haladás a növénynemesítésben (Szerk: Veisz O.) 21-25., 2009
Bencze Sz., Balla K., Varga B. Veisz O.: Az időjárási szélsőségek hatása a kalászos gabonák terméshozamára és a szemtermés minőségére., In: Berzsenyi Z., Árendás T. (szerk.) Tartamkísérletek jelentősége a növénytermesztés fejlesztésében. MTA MGKI. Martonvásár, 53-58., 2009
Varga B. - Bencze Sz.: Comparative study of drought stress resistance in two winter wheat varieties raised at ambient and doubled CO2 concentration., Cereal Res. Commun. 37: 209-212., 2009
Varga B. - Bencze Sz., Veisz O.: A szárazság és az emelt légköri CO2 hatása az őszi búza produktivitására., In: Hagyomány és haladás a növénynemesítésben (Szerk. Veisz O.) 517-521., 2009
Bencze Sz., Balla K., Varga B. és Veisz O.: A klímatényezők változékonyságának hatása a gabonafélék betegségeire., Növényvédelem 45, 703-709., 2009
Bencze Sz; Keresztényi E; Veisz O: Change in heat stress resistance in wheat due to soil nitrogen and atmospheric CO2 levels., Cereal Res Commun 35: 229-232., 2007
Balla, K., Bedő, Z., Veisz, O.: Study of physiological and agronomic traits in winter wheat under low water supply levels., Cereal Res Commun 36: 1103-1106., 2008
Balla, K., Karsai, I., Veisz, O.: Analysis of the quality of wheat varieties at extremely high temperatures., Cereal Research Communications, 37: 13-16., 2009
Balla, K., Bencze, Sz., Veisz, O.: A búza hő- és szárazságtűrésének elemzése., XIX. Keszthelyi Növényvédelmi Fórum, 2009. kiadványa. Pannon Egyetem Georgikon Kar, Növényvédelmi Intézet, Keszthely. szerk.: Lehoczky É. 6-10., 2009
Veisz, O., Balla, K., Bedő, Z.: Effect of heat stress on the quantitative and qualitative components of wheat grain., Proceedings of the 18th EUCARPIA General Congress, 2008
Bencze, Sz., Balla, K., Bedő, Z., Veisz, O.: Combined effects of water shortage and fungal diseases on the performance of cereals., Cereal Res Commun 36: 1099-1102, 2008
Veisz, O., Bencze, Sz., Balla, K., Vida, Gy., Bedő, Z.: Change in water stress resistance of cereals due to atmospheric CO2 enrichment., Cereal Res Commun 36: 1095-1098, 2008




 

Events of the project

  
2015-10-05 11:52:35
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Kalászos Gabona Molekuláris Nemesítési Osztály (MTA Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Kalászos Gabona Nemesítési Osztály (MTA Agrártudományi Kutatóközpont).



Back »