Effects of silicic acid and calcium silicate on growth and physiology of in vitro Dendrobium 'Sonia Jo Daeng’ under salt stress condition

Abstract

Salinity is one of the environment factors to limit plant growth development and quantity and quality of plant productivity worldwide. Thailand frequently encounters salinity problems during a summer season. The salinity affects growth and productivity of cut flower that are economically important, especially in Dendrobium. This research was used silicon (Si) compounds to reduce that effects of sodium chloride (NaCl) on in vitro growth of Dendrobium 'Sonia Jo Daeng’. This experiment was used calcium silicate (CaSiO3) and silicic acid (H4SiO4) at the concentration of 0, 1.25, 2.5, 5, 7.5 and 10 mM under NaCl at the concentration of 200 and 300 mM at the same time or 7 days prior to transfer Dendrobium to salt stress condition. The result showed that the used of CaSiO3 and H4SiO4 at the concentration of 1.25 mM for 7 days before exposure to NaCl at the concentration of 200 mM promotes the growth and survival rate of Dendrobium when compared to other treatments. In addition, when analyzing some physiological characteristics found that NaCl at the concentration of 200 mM had an effect to increase proline and total soluble sugar accumulation in Dendrobium as well as superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activity, moreover, the results showed the excess electrolyte leakage (EL) and malondialdehyde (MDA) content when compared to non-NaCl treatment. However, Si treatments are increased proline and total soluble sugar accumulation including activity of SOD and CAT, but lower EL and MDA content when cultured on salt stress condition. However, Si was inefficient for improving growth of Dendrobium on excess NaCl at the concentration of 300 mM for 10 weeks.

ความเค็มเป็นหนึ่งในปัจจัยจากสิ่งแวดล้อมที่จำกัดการเจริญเติบโตและผลผลิตทั้งในเชิงปริมาณและคุณภาพของพืชทั่วโลก ในประเทศไทยพบการเผชิญกับปัญหาความเค็มอยู่บ่อยครั้ง ซึ่งความเค็มส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโตและผลผลิตของไม้ตัดดอกที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจอย่างกล้วยไม้สกุลหวาย งานวิจัยนี้จึงนำสารประกอบซิลิคอน (Si) มาช่วยลดผลกระทบที่เกิดจากเกลือโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) ในกล้วยไม้สกุลหวายสายพันธุ์ 'Sonia Jo Daeng’ ในหลอดทดลอง ซึ่งการทดสอบระดับความเข้มข้นของ NaCl ที่ส่งผลต่อการรอดชีวิตของต้นกล้วยไม้สกุลหวายโดยวิธีการเพาะเลี้ยงต้นกล้วยไม้บนอาหารเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อสูตร Vacin and Went (VW) ร่วมกับ NaCl ที่ระดับความเข้มข้น 200 และ 300 มิลลิโมลาร์ เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของ Si ในการลดความเครียดจาก NaCl โดยการให้แคลเซียมซิลิเกต (CaSiO3) หรือกรดซิลิซิก (H4SiO4) ที่ระดับความเข้มข้น 0 1.25 2.5 5 7.5 และ 10 มิลลิโมลาร์ ร่วมกับ NaCl ที่ระดับความเข้มข้น 200 และ 300 มิลลิโมลาร์ หรือให้สารดังกล่าวเป็นเวลา 7 วันแก่ต้นกล้วยไม้ก่อนได้รับความเครียดเกลือ พบว่าการให้ CaSiO3 และ H4SiO4 ที่ระดับความเข้มข้น 1.25 มิลลิโมลาร์ เป็นเวลา 7 วันก่อนได้รับความเครียดเกลือ 200 มิลลิโมลาร์ ช่วยส่งเสริมให้ต้นกล้วยไม้เจริญเติบโตและมีอัตราการรอดชีวิตสูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการไม่ได้รับสารประกอบซิลิคอนหรือได้รับในระดับความเข้มข้นและวิธีการอื่นๆ นอกจากนี้เมื่อวิเคราะห์ลักษณะทางสรีรวิทยาบางประการ พบว่าเมื่อต้นกล้วยไม้ได้รับความเครียดเกลือ NaCl ที่ระดับความเข้มข้น 200 มิลลิโมลาร์ ส่งผลให้เกิดการสะสมปริมาณโพรลีนและน้ำตาลเพิ่มมากขึ้น เช่นเดียวกับกิจกรรมของเอนไซม์ Superoxide dismutase (SOD) และเอนไซม์ Catalase (CAT) เพิ่มขึ้น และยังพบการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์และปริมาณ Malondialdehyde (MDA) เพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับต้นที่ไม่ได้รับความเครียดเกลือ แต่เมื่อได้รับสารประกอบ Si พบว่าต้นกล้วยไม้มีการสะสมปริมาณโพรลีนและน้ำตาล รวมถึงกิจกรรมของเอนไซม์ SOD และ CAT สูงขึ้นมากกว่าต้นที่ได้รับความเครียดเกลือเพียงอย่างเดียว นอกจากนี้ Si ยังช่วยลดการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์และปริมาณ MDA ให้ต่ำลงกว่าต้นที่ไม่ได้รับ Si ส่วนในต้นที่ความเครียดเกลือ NaCl ที่ระดับความเข้มข้นที่สูงเกินไปถึง 300 มิลลิโมลาร์ การให้สารประกอบ Si ไม่มีผลต่อการรอดชีวิตเมื่อเพาะเลี้ยงครบ 10 สัปดาห์