Seed Pretreatment with Cinnamic Acid Positively Affects Germination, Metabolite Leakage, Malondialdehyde Content and Heterotrophic Growth of Aging Cowpea (Vigna unguiculata) Seeds

طيف وسيعي از شرايط نامطلوب محيطي به ويژه دما و رطوبت بالا طي دوره انبارداري بذر مي­توانند بر كيفيت آن تأثير نامطلوب بگذارد. اسيد سيناميك به عنوان مهمترين تركيب مسير فنيل پروپانوئيد در گياهان به وفور يافت مي­شود و سطوح داخلي آن در مواجهه با انواع تنش­هاي زنده و غيرزنده تغيير مي­‌كند. از اين رو، اين مطالعه به منظور بررسي ويژگي­هاي جوانه‌­زني، پويايي ذخاير بذر، نشت الكتروليت‌ها و محتواي مالون دي آلدهيد در بذرهاي فرسوده لوبيا چشم بلبلي تحت تأثير غلظت­هاي مختلف اسيد سيناميك انجام گرفته است. مواد و روش­ها: اين آزمايش به صورت فاكتوريل 2 عاملي بر پايه طرح كاملاً تصادفي در آزمايشگاه بذر گروه فيزيولوژي گياهي دانشگاه وخنينگن هلند انجام شد. فاكتورها به صورت دو سطح از كيفيت اوليه بذر (بذر غيرفرسوده و بذر فرسوده) و 5 سطح غلظت­هاي اسيد سيناميك (0، 15، 30، 45 و 60 ميكرومولار) بودند. از پيري تسهيل شده به عنوان روشي كارامد جهت شبيه‌­سازي شرايط نگهداري بذر در حضور عوامل تسهيل كننده فرسودگي استفاده شد. به منظور فراهم آوردن بذرهاي فرسوده، بذرها در معرض دماي 43 درجه سلسيوس، رطوبت نسبي 95% به مدت 72 ساعت در انكوباتور قرار گرفتند. براي هر دو گروه بذري فرسوده و غيرفرسوده پس از پيش تيمار غلظت هاي CA به مدت 6 ساعت، آزمون جوانه­‌زني استاندارد و بنيه بذر در چهار تكرار انجام شد. صفات مربوط به جوانه­‌زني با استفاده از نرم­افزار جرميناتور برآورد گرديد. رشد هتروتروفيك، پويايي ذخاير بذر، هدايت الكتريكي و پراكسيداسيون ليپيدهاي غشاء (ميزان تجمع مالون دي آلدهيد) نيز با استفاده از روش­هاي موجود بررسي شدند. نتايج: بذرهاي لوبيا چشم بلبلي بر حسب كيفيت اوليه خود پاسخ متفاوتي به پيش تيمار اسيد سيناميك دادند. بذرهاي فرسوده پيش تيمار شده با غلظت­هاي 45 و 60 ميكرومولار به طور معني­‌داري درصد جوانه­‌زني بالاتري در مقايسه با شاهد داشتند. همچنين غلظت 45 ميكرومولار سبب بهبود بنيه اين بذرها گرديد. پيش تيمار بذرهاي غيرفرسوده با غلظتهاي 15، 30 و 45 ميكرومولار ميزان استفاده از ذخاير بذر را افزايش داد. كاربرد غلظت 30 ميكرومولار اسيد سيناميك يكنواختي جوانه‌زني بذرهاي فرسوده را بهبود بخشيد. پيش تيمار با غلظت هاي 15 و 30 ميكرو مولار، سطح زير منحني به طور مثبت و معني­‌دار تحت تاثير قرار داد. پيش تيمار با غلظت­هاي 45 و 60 ميكرومولار افزايش معني­دار وزن خشك گياهچه حاصل از بذرهاي فرسوده را در پي داشتند. به­ كارگيري غلظت 45 ميكرومولار سبب كاهش نشت الكتروليت‌ها تا حدود 38 درصد و بهبود كارايي استفاده از ذخاير بذرهاي فرسوده گرديد. به علاوه، محتواي مالون دي­آلدهيد بذر به عنوان شاخصي از پراكسيداسيون ليپيدهاي غشايي با كاربرد اسيد سيناميك و افزايش غلظت كاربرد آن به شدت در بذرهاي فرسوده كاهش نشان داد. نتيجه­‌گيري: بر اساس نتايج اين بررسي، بذرهاي لوبيا چشم بلبلي برحسب كيفيت اوليه خود واكنش متفاوتي به اسيد سيناميك نشان مي­‌دهند. در مجموع نتايج اين مطالعه نشان داد پيش تيمار بذرهاي فرسوده با اسيد سيناميك به ويژه غلظت 45 ميكرومولار به­ خوبي قادر است سبب بهبود و تقويت بذرهاي فرسوده لوبيا چشم بلبلي گردد. مي­توان اين متابوليت را به عنوان يك آنتي اكسيدان قوي در شرايط تنش فرسودگي بذر در نظر گرفت كه قادر به بهبود بذرهاي فرسوده لوبيا چشم بلبلي مي باشد.

Introduction: A wide range of deteriorative conditions (especially moisture content and temperature) may affect seed quality during storage which may lead to seed aging. As the most important component of the phenylpropanoids pathway, trans-cinnamic acid, found abundantly in plants and its endogenous levels is influenced by stress conditions. The present study was conducted to investigate germination features, seed reserve mobilization, electrolyte leakage and malondialdehyde content in aged cowpea seeds affected by different concentrations of cinnamic acid. Materials and Methods: The research has been performed in the laboratory of Faculty of Agriculture, Shahrood University of Technology, Iran. The experiment was designed as a factorial (two factors of the experiment included two levels of seed quality including non-aged and aged seeds and five levels of cinnamic acid concentrations including 0, 15, 30, 45 and 60 μM) based on a completely randomized design. Accelerated aging was applied as an efficient method to mimic storage conditions in the presence of accelerating factors. Cowpea (Vigna unguiculata) seeds (Bastam local variety) were incubated in a relative humidity of 95% and a temperature of 43 °C for 72 h to accelerate aging. Both seed lots were treated with 5 different concentrations of cinnamic acid for 6 h followed by standard germination and vigor tests. Data of germination and vigor tests were processed using the GERMINATOR software. Heterotrophic growth, seed reserves mobilization, electrical conductivity and membrane lipid peroxidation were assessed using the available methods. Results: In this study, cowpea seeds responded to cinnamic acid differently based on their primary quality. In deteriorated seeds, concentrations of 45 μM and 60 μM could successfully enhance seed germination percentage, as compared with the aged seeds (i.e., control). A concentration of 45 μM also improved the vigor of deteriorated seeds. Seed pretreatment of 15, 30 and 45 μM enhanced seed reserves utilization in non-aged seeds. Aging negatively affected area under curve, germination uniformity and seedling dry weight of the deteriorated seeds. Application of 30 μM cinnamic acid improved germination uniformity. The area under the curve was positively affected by 15μM and 30μM. Concentrations of 45 μM and 60 μM enhanced seedling dry weight. Applying 45 μM cinnamic acid decreased electrolyte leakage by 38% and improved efficiency of seed reserves mobilization. Moreover, seed malondialdehyde content, as an indication of membrane lipid peroxidation, showed a sharp decline by applying increased concentrations of cinnamic acid.