DOI: https://doi.org/10.17221/451/2025-pse
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Khalid H. Alamer
الموضوع الرئيسي: استجابات النباتات للضغط والتحمل
نظرة عامة
تقيّم هذه القسم آثار تطبيق الجلايسين بيتاين (GB) بشكل خارجي بتركيزات مختلفة (0، 5، 10، 20، و50 مليمول) على استجابة الإجهاد الملحي في Vigna radiata، تحديدًا تحت ظروف 100 مليمول NaCl. وجدت الدراسة أن الملوحة أثرت سلبًا على معايير النمو، بما في ذلك ارتفاع النبات والكتلة الحيوية، بينما خفف تطبيق GB بشكل كبير من هذه الآثار السلبية. بالإضافة إلى ذلك، أدى إجهاد الملوحة إلى انخفاض مستويات الكلوروفيل الكلي والكاروتينات، فضلاً عن تقليل صافي التمثيل الضوئي ومقاييس تبادل الغاز. ومع ذلك، عوضت مكملات GB هذه الانخفاضات بفعالية.
علاوة على ذلك، كان إجهاد الملوحة مرتبطًا بزيادة تراكم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) مثل بيروكسيد الهيدروجين والسوبر أكسيد، إلى جانب زيادة أكسدة الدهون. قلل تطبيق GB من تراكم ROS وأكسدة الدهون، مما عزز أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة، خاصة عند تركيزات 10 و20 مليمول. كما أفادت الدراسة بزيادة نشاط التقاط الجذور والقدرة الكلية لمضادات الأكسدة في النباتات المعالجة بـ GB، كما يتضح من تحسين اختبارات التقاط الجذور DPPH وABTS. ومن الجدير بالذكر أن تطبيق GB أدى إلى زيادة كبيرة في المركبات الأسموزية، بما في ذلك البرولين والسكريات، وتقليل تراكم الصوديوم، مما أدى إلى نسبة Na/K ملائمة. بشكل عام، أظهر الجلايسين بيتاين فعالية في تخفيف الآثار الضارة لإجهاد الملوحة في Vigna radiata.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم تعقيم بذور *Vigna radiata* L. var. radiata باستخدام 0.001% HgCl₂ لمدة 5 دقائق، تلتها غسلة شاملة بالماء المقطر. ثم تم زراعة البذور في أصص مليئة بخليط تربة معاد تكوينه (نسبة 4:1:1 من التربة، والسماد، والرمل) وتم ريها بمحلول مغذي هوغلاند. بعد أسبوعين، تم تخفيف الشتلات إلى خمس شتلات لكل أصيص، وتم تقسيم الأصص إلى مجموعتين: واحدة تتلقى محلول هوغلاند العادي والأخرى نسخة معدلة تحتوي على 100 مليمول NaCl. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق تركيزات مختلفة من الجلايسين بيتاين (GB) (0، 5، 10، 20، و50 مليمول) أسبوعيًا على الأوراق باستخدام Teepol (0.1%) كعامل خافض للتوتر السطحي.
بعد خمسة أسابيع من العلاج، تم حصاد النباتات، وتم قياس معايير النمو المختلفة، بما في ذلك ارتفاع النبات، الوزن الطازج، والوزن الجاف بعد التجفيف عند 60 درجة مئوية لمدة 72 ساعة. تم استخراج محتويات الكلوروفيل الكلي والكاروتينات من أنسجة الأوراق باستخدام 80% أسيتون، وتم قياس امتصاصها عند أطوال موجية محددة (480، 645، و663 نانومتر). علاوة على ذلك، تم تقييم معايير التمثيل الضوئي مثل معدل التمثيل الضوئي الصافي ($P_n$)، تركيز CO₂ داخل الخلايا ($C_i$)، الموصلية stomatal ($g_s$)، والتبخر ($E$) باستخدام جهاز تمثيل ضوئي محمول (LI-6400).
النتائج
تشير النتائج إلى أن إجهاد الملوحة، الناتج عن معالجة NaCl، قلل بشكل كبير من ارتفاع النبات، الوزن الطازج، والوزن الجاف بنسبة 30.91%، 32.52%، و38.67%، على التوالي، مقارنة بالنباتات الضابطة. ومع ذلك، فإن تطبيق الجلايسين بيتاين (GB) بتركيزات 10 و20 مليمول خفف بشكل فعال من هذه الانخفاضات، مما أدى إلى زيادات تصل إلى 41.11% في الارتفاع و43.18% في الوزن الجاف مقارنة بالنباتات المتأثرة بـ NaCl. بالإضافة إلى ذلك، عزز علاج GB محتوى الكلوروفيل الكلي والكاروتينات، مع أكبر الزيادات الملحوظة عند 20 مليمول GB، مما حسن مستويات الصبغات بنسبة 46.34% و58.61%، على التوالي، مقارنة بالنباتات المتأثرة بـ NaCl.
علاوة على ذلك، أدى إجهاد الملوحة إلى انخفاض في صافي التمثيل الضوئي، وتركيز CO₂ داخل الخلايا، والموصلية stomatal، ومعدل التبخر، مع انخفاضات بلغت 33.77%، 32.06%، 24.74%، و35.53%، على التوالي. زاد تطبيق GB بشكل ملحوظ من هذه المعايير، خاصة عند 20 مليمول، حيث ارتفع صافي التمثيل الضوئي بنسبة 32.27%. كما وجدت الدراسة أن علاج GB رفع تراكم البرولين، والسكريات، وGB نفسه، مع أعلى الزيادات في النباتات المعالجة بـ NaCl + 20 مليمول GB التي أظهرت 131.81% في البرولين و244.24% في GB. بالإضافة إلى ذلك، قلل GB من علامات الإجهاد التأكسدي وزاد من أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة، مما يشير إلى إمكانيته كعامل وقائي ضد إجهاد الملوحة في النباتات.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور المهم للجلايسين بيتاين (GB) في تعزيز تحمل الملوحة في *Vigna radiata L.* تظهر الدراسة أن تطبيق GB يحسن معايير النمو، مثل ارتفاع النبات والكتلة الحيوية، خاصة عند تركيزات 10 و20 مليمول. يُعزى هذا التحسن إلى قدرة GB على تخفيف الآثار الضارة للملوحة، التي عادة ما تسبب إجهادًا أسموزيًا وأيونيًا، مما يؤدي إلى تقليل النمو وكفاءة التمثيل الضوئي. تشير النتائج إلى أن علاج GB يساعد في الحفاظ على توازن الأيونات من خلال تقليل تراكم الصوديوم وزيادة محتوى البوتاسيوم، مما يحسن نسبة Na/K ويعزز الوظائف الفسيولوجية الأساسية.
علاوة على ذلك، تكشف الدراسة أن GB يعزز نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة، مثل سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD) وكاتالاز (CAT)، التي تعتبر حيوية لتسمم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) الناتجة تحت إجهاد الملوحة. تساهم زيادة القدرة المضادة للأكسدة، إلى جانب تراكم الأسموليتات مثل البرولين والسكريات، في استقرار الخلايا وتحمي من الأضرار التأكسدية. يدعم زيادة تنظيم إنزيمات الجلايكوزالاز، التي تقوم بتسمم الميثيل غليكوزال – وهو منتج ثانوي ضار للإجهاد – الآليات الواقية التي تنشطها GB. بشكل عام، يخفف تطبيق GB بشكل فعال من الآثار السلبية للملوحة، مما يعزز النمو ويعزز المرونة الفسيولوجية والبيوكيميائية لـ *Vigna radiata L.* ضد ظروف الإجهاد.
DOI: https://doi.org/10.17221/451/2025-pse
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Khalid H. Alamer
Primary Topic: Plant Stress Responses and Tolerance
Overview
This section evaluates the effects of exogenously applied glycine betaine (GB) at varying concentrations (0, 5, 10, 20, and 50 mmol) on the salt stress response in Vigna radiata, specifically under conditions of 100 mmol NaCl. The study found that salinity negatively impacted growth parameters, including plant height and biomass, while GB application significantly mitigated these adverse effects. Additionally, salinity stress resulted in decreased levels of total chlorophylls and carotenoids, as well as reductions in net photosynthesis and gas exchange metrics. However, GB supplementation effectively countered these declines.
Furthermore, salinity stress was associated with increased accumulation of reactive oxygen species (ROS) such as hydrogen peroxide and superoxide, alongside elevated lipid peroxidation. The application of GB reduced ROS accumulation and lipid peroxidation, enhancing antioxidant enzyme activities, particularly at 10 and 20 mmol concentrations. The study also reported increased radical scavenging activity and total antioxidant capacity in GB-treated plants, as evidenced by improved DPPH and ABTS radical scavenging assays. Notably, GB application led to a significant increase in osmotic compounds, including proline and sugars, and reduced sodium accumulation, resulting in a favorable Na/K ratio. Overall, glycine betaine demonstrated efficacy in alleviating the detrimental effects of salinity stress in Vigna radiata.
Methods
In this study, seeds of *Vigna radiata* L. var. radiata were disinfected with 0.001% HgCl₂ for 5 minutes, followed by thorough washing with distilled water. The seeds were then sown in pots filled with a reconstituted soil mixture (4:1:1 ratio of soil, compost, and sand) and irrigated with Hoagland nutrient solution. After two weeks, seedlings were thinned to five per pot, and the pots were divided into two groups: one receiving normal Hoagland solution and the other a modified version containing 100 mmol NaCl. Additionally, different concentrations of glycine betaine (GB) (0, 5, 10, 20, and 50 mmol) were applied weekly to the foliage using Teepol (0.1%) as a surfactant.
After five weeks of treatment, plants were harvested, and various growth parameters were measured, including plant height, fresh weight, and dry weight after drying at 60 °C for 72 hours. The total chlorophyll and carotenoid contents were extracted from leaf tissue using 80% acetone, and their absorbance was measured at specific wavelengths (480, 645, and 663 nm). Furthermore, photosynthetic parameters such as net photosynthetic rate ($P_n$), intercellular CO₂ concentration ($C_i$), stomatal conductance ($g_s$), and transpiration ($E$) were assessed using a portable photosynthetic apparatus (LI-6400).
Results
The results indicate that salinity stress, induced by NaCl treatment, significantly reduced plant height, fresh weight, and dry weight by 30.91%, 32.52%, and 38.67%, respectively, compared to control plants. However, the application of glycine betaine (GB) at concentrations of 10 and 20 mmol effectively mitigated these declines, resulting in increases of up to 41.11% in height and 43.18% in dry weight relative to NaCl-stressed plants. Additionally, GB treatment enhanced total chlorophyll and carotenoid content, with the most pronounced increases observed at 20 mmol GB, which improved pigment levels by 46.34% and 58.61%, respectively, compared to NaCl-stressed plants.
Furthermore, salinity stress led to a decrease in net photosynthesis, intercellular CO₂ concentration, stomatal conductance, and transpiration rate, with reductions of 33.77%, 32.06%, 24.74%, and 35.53%, respectively. GB application notably increased these parameters, particularly at 20 mmol, where net photosynthesis rose by 32.27%. The study also found that GB treatment elevated the accumulation of proline, sugars, and GB itself, with the highest increases in NaCl + 20 mmol GB-treated plants showing 131.81% in proline and 244.24% in GB. Additionally, GB reduced oxidative stress markers and enhanced antioxidant enzyme activities, indicating its potential as a protective agent against salinity stress in plants.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant role of glycine betaine (GB) in enhancing salinity tolerance in *Vigna radiata L.* The study demonstrates that GB application improves growth parameters, such as plant height and biomass, particularly at concentrations of 10 and 20 mmol. This improvement is attributed to GB’s ability to mitigate the adverse effects of salinity, which typically induces osmotic and ionic stress, leading to reduced growth and photosynthetic efficiency. The findings indicate that GB treatment helps maintain ion homeostasis by reducing sodium accumulation and enhancing potassium content, thereby improving the Na/K ratio and promoting essential physiological functions.
Furthermore, the study reveals that GB enhances the activity of antioxidant enzymes, such as superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT), which are crucial for detoxifying reactive oxygen species (ROS) generated under salinity stress. The increased antioxidant capacity, alongside the accumulation of osmolytes like proline and sugars, contributes to cellular stability and protects against oxidative damage. The upregulation of glyoxalase enzymes, which detoxify methylglyoxal—a harmful byproduct of stress—further supports the protective mechanisms activated by GB. Overall, the application of GB effectively alleviates the negative impacts of salinity, promoting growth and enhancing the physiological and biochemical resilience of *Vigna radiata L.* against stress conditions.