The Effect of Ascorbic Acid on some Physiological and Biochemical Characteristics of Basil under Arsenic Toxicity

Document Type : Research Article


1 M.Sc. of Agronomy, Young Researchers and Elite Club, Department of Agronomy and Plant Breeding, Shahrekord Branch, Islamic Azad University, Shahrekord, Iran

2 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran

3 M.Sc. Graduate, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran

4 PhD Student, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Islamic Azad University, Gorgan Branch, Gorgan, Iran


In this study, the effect of spraying with different concentration of ascorbic acid (0, 10 and 20 mM) was examined in a factorial randomized complete block design with three replications on the essential oils percentage, antioxidant enzymes, phenolic compounds and their accumulation in plant tissues influenced by arsenic toxicity (0, 40, 80 and 120 mg arsenic kg-1 of soil) with purpose to test whether ascorbic acid application was effective in countering the arsenic toxicity. The experiment was conducted in 2012 at the Zabol University research greenhouse in Zabol, South Iran. Results showed that arsenic pollution decreased essential oil percentage, chlorophyll index, carotenoids, chlorophyll fluorescence; and increase catalase, carbohydrates, ascorbate peroxidase in plant tissues. Application of ascorbic acid especially at concentration of 20 mM, protect plants against arsenic toxicity. Our observations indicated that ascorbic acid spraying at lower concentration might be favorable to improve growth and defense ability against arsenic toxicity in basil though field testing would be required to verify this.


Main Subjects

امیدبیگی، ر. 1383. تولید و فرآوری گیاهان دارویی. جلد سوم. چاپ سوم. انتشارات آستان قدس رضوی. 397 صفحه.
بابایی، ک.، امینی دهقی، م.، مدرس ثانوی، ع. و جباری، ر. 1388. اثر تنش خشکی بر صفات مورفولوژیک، میزان پرولین و درصد تیمول در آویشن (Thymus vulgaris L.). فصلنامۀ علمی-پژوهشی تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران، 26 (2):251-239.
چاپارزاده، ن. و قدرتی، م. 1390. کاهش اثرات اکسیداتیو تنش مس به‌وسیله آسکوربیک اسید در پیاز. اولین همایش ملی گیاه پالایی. کرمان. 27 بهمن. صفحه 106-110.
دولت آبادیان، ا.، مدرس ثانوی، س. ع. م. و شریفی، م. 1388. اثر تغذیه برگ با آسکوربیک اسید بر فعالیت آنزیم­های آنتی­اکسیدان، تجمع پرولین و لیپید پراکسیداسیون کلزا در شرایط تنش شوری. علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 13 (47): 620-611.
سعیدی سار، س.، خاوری‌نژاد، ر.، فهیمی، ح.، قربانلی، م. و مجد، ا. 1384. اثر ژیبرلین و آسکوربیک اسید بر کاهش سمیت نیکل در گیاه سویا. دانشگاه علوم و تحقیقات. رستنی­ها، 6: 75-67.
طباطبایی، س. ج. 1388. اصول تغذیه معدنی گیاهان. انتشارات مولف، 388 صفحه.
معراجی، ع.، عابدی، ط.، عابدین­زاده، ن. 1388. گیاه­پالایی در حذف آلودگی­های محیط زیست. سومین همایش و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط زیست، 29-25 مهر، دانشگاه تهران. 1-6.
ممنوعی، ا. و سیدشریفی، ر. 1389. بررسی اثر کمبود آب بر شاخص­های کلروفیل فلورسانس و میزان پرولین در شش ژنوتیپ جو و رابطه آن با دمای آسمانه (Canopy) و عملکرد. مجله زیست شناسی گیاهی، 2 (5): 62-59.
همراهی، س.، حبیبی، د.، مدنی، ح. و مشهدی اکبر بوجار، م. 1387. اثر سایکوسل و عناصر ریز مغذی بر آنزیم­های آنتی‌اکسیدانت به­عنوان شاخص­های مقاومت به تنش خشکی در کلزا. یافته­های نوین کشاورزی، 2 (3): 39-32.
یدالهی ده چشمه، پ.، اصغری‌پور، م. ر. و شیخ­پور، س. 1393. اثر اسید آسکوربیک بر رشد و رنگیزه‌های فتوسنتزی ریحان تحت تنش آرسنیک. نشریه علمی پژوهشی اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی، 4 (32): 566-553.
یدالهی ده چشمه، پ.، اصغری‌پور، م. ر.، باقری، ا.، جباری، ب. و شیخ­پور، س. 1392. اثر سطوح مختلف سدیم نیتروپروساید و آرسنیک بر خصوصیات کمی گیاه دارویی کارلا. مجله پژوهش­های به‌زراعی، 5 (3): 226-215.
Agarwal, S. and Pandey, V. 2004. Antioxidant enzyme responses to NaCl stress in Cassia angustifolia. Plant Biology, 48: 555-560.
Agrawal, J., Sherameti, I. and Varma, A. 2011 Detoxification of Heavy Metals: State of Art. In: Detoxification of Heavy Metals. (Ed. Sherameti Irena and Varma Ajit) Springer-Verlag, Germany, pp 1- 34.
Amin, A. A., Rashad, E. M. and Gharib, A. E. 2008. Changes in morphological, phiysiological and reproductive characters of wheat plants as affected by foliar application with Salicylic acid and Ascorbic acid. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2 (2): 252-261.
Arnon, A. N. 1967. Method of extraction of chlorophyll in the plants. Agronomy Journal, 23: 112-121.
Beers, G. R. and Sizer, I. V. 1952. Aspectrophotometric method for measuring the breakdown of hydrogen peroxide by catalase. Biological Chemistry, 195: 133-140.
Biswas, Sh., Koul, M. and Bhatnagar, A. K. 2010. Arsenic in soil affects yield and quality of essential oil in Ocimum basilicum L. An International Conference on Challenging and Emerging Dimensions in Medicinal/Herbal Plants and their Products.
Cao, H., Jiang, Y., Jianjiang, C., Zhang, H., Huang, W., Li, L. and Zhang, W. 2009. Arsenic accumulation in Scutellaria baicalensis Georgi and its effects on plant growth and pharmaceutical components. Journal of Hazardous Materials, 171: 508-513.
Chen, Z. and Gallie, D. R. 2004. The Ascorbic acid redox state controls guard cell signaling and stomatal movement. The Plant and Cell, 16: 1143-1162.
Chhotu, D., Jadia, M. and Fulekar, H. 2008. Phytoremediation: The application of vermicompost to remove Zinc, Cadmium, Copper, Nickel and Lead by Sunflower plant. Environment Engineering and Management Journal, 7 (5): 547-558.
Dixit, V., Pandey, V. and Shyam, R. 2001. Differential antioxidative responses to cadmium in roots and leaves of pea. Journal of Experimental Botany, 52: 71-81.
Fecht Christoffers, M. M., Maier, P. and Horst, W. J. 2003. Apoplastic peroxidase and ascorbate are involved in manganese toxicity and tolerance of Vigna unguiculata. Journal of Plant Physiology, 117: 237-244.
Gunes, A., Pilbeam, D. and Inal, A. 2009. Effect of Arsenic-phosphorus interaction on arsenic-induced stress in Chickpea plant. Plant and Soil, 31 (2): 211-220.
Kerepsi, I., Toth, M. and Boross, L. 1996. Water-soluble carbohydrates in dried plant.Journal Agriculture and Food Chemicals, 10: 3235-3239.
Liu, Q. J., Zheng, C. M., Hu, C. X., Tan, Q. L., Sun, X. C. and Su, J. J. 2012. Effects of high concentrations of soil arsenic on the growth of safflowerand rape. Plant and Soil Environment,58 (1): 22-27.
Mac-Adam, J. W., Nelson, C. J. and Sharp, R. E. 1992. Peroxidase activity in the leaf elongation zone of tall fescue. Plant Physiology, 99: 872-878.
Munns, R. 1993. Physiological process limiting plant growth in saline oil: Some dogmass and hypotheses. Plant Cell and Environment, 16: 15- 24.
Nakano, Y. and Asada, K. 1981. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate specific peroxidases in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiology, 22: 867-880.
Noctor, G. and Foyer, C. H. 1998. Ascorbate and glutathione, keeping active oxygen under control. Plant Molecular Biology, 49: 249-279.
Ozturk, F., Duman, F., Leblebici, Z. and Temizgul, R. 2010. Arsenic accumulation and biological responses of Watercress (Nasturtium officinale R. Br.) exposed to arsenite. Environmental Experimental Botany, 69: 167-174.
Pisani, T., Munzi, S., Paoli, A., Bockor, M. and Loppi, S. 2010. Physiological effects of arsenic in the (Lichen xanthoria ParietinaL.). Chemosphere,40: 440-454.
Schutz, H. and Fangmier, E. 2001. Growth and yield responses of spring Wheat (Triticum aestivum L.) to elevated CO2 and water limitation. Environmental Pollution, 114: 187-194.
Shalata, A. and Neumann, P. M. 2001. Exogenous Ascorbic acid increase resistance to salt stress and reduces lipid peroxidation. Journal of Experimental Botany, 52: 2207-2211.
Shigeoka, S., Ishikawa, T., Tami, M. and Miyagawa, Y. 2002. Regulation and function of ascorbate peroxidase isoenzymes. Journal of Experimental Botany, 53 (3): 1305-1319.
Smirnoff, N. and Wheeler, G. L. 2000. Ascorbic acid in plants: Biosynthesis and function. Critical Review in Plant Sciences, 19 (4): 267-290.
Soltani, A. 2004. Chlorophyll fluorescence and its application. Internal press. University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan Iran. 19p.
Vwioko, E. D., Osawaru, M. E. and Erugun, O. L. 2008. Evaluation of Okro (Abelmoschus esculentus L. Moech). Exposed to paint waste contaminated soil for growth, ascorbic acid and metal concentration. African Journal of Agricultural Science, 4 (1): 39-48.