نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 عضو هیات علمی دانشگاه ارومیه
2 گروه زراعت دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه
چکیده
غلظت بالای نمک در آب و خاک یکی از عمدهترین عوامل محدود کننده رشد و تولید گیاهان در سراسر جهان است. در این پژوهش اثرات تنش شوری بر فعالیتهای فیزیولوژیک دو ژنوتیپ آفتابگردان روغنی در مرحله گیاهچهای بررسی شد. آزمایش بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار اجرا شد. فاکتور اول ژنوتیپ در دو سطح: C64 و C68 و فاکتور دوم شوری در پنج سطح: صفر، 2، 4، 6 و 8 دسیزیمنس بر متر تنش شوری بود. نتایج تجزیه واریانس نشان داد برهمکنش ژنوتیپ × تنش شوری در رابطه با صفات پرولین، کلروفیل کل و گایاکول پراکسیداز معنیدار است. با افزایش سطح تنش، محتوی پرولین و مالون دیآلدئید افزایش یافتند. از طرفی فتوسنتز خالص و میزان کلروفیل کل کاهش پیدا کردند که این کاهش در ژنوتیپ حساس (C64) نسبت به ژنوتیپ متحمل (C86) بیشتر بود. همچنین، با افزایش سطح شوری، فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز در ژنوتیپ متحمل بیشتر از ژنوتیپ حساس بود. بنابراین بر اساس نتایج این آزمایش، واکنش متفاوت ژنوتیپهای متحمل و حساس در مواجهه با تنش شوری در سطح مولکولی تایید میشود و بنابراین میتوان از ژنوتیپ C86 به عنوان ژنوتیپ متحمل به شوری در پروژههای تولید ارقام هیبرید متحمل به شوری استفاده نمود.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
The effect of salt stress (NaCl) on physiological and antioxidant activities in salt susceptible and resistant lines of oily sunflower (Helianthus annuus L.) at seedling stage
نویسندگان [English]
1 Urmia university
2 Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, Urmia University
چکیده [English]
Salinity stress is one of the most important abiotic stresses that restrict growth and productivity of crop plants worldwide. In the present study, the effects of salinity stress on physiological activities of two sunflower genotypes were investigated at seedling stage. The experiment was conducted as factorial (first factor, genotype at two levels: C64 and C68 and the second factor, salinity at 5 levels: 0, 2, 4, 6, and 8 dS/m) based on completely randomized design with three replications. Analysis of variance showed that genotype × salt interaction was significant on proline, total chlorophyll and guaiacol peroxidase activity. With increasing salinity level, the content of proline and malondialdehyde increased. On the other hand, net photosynthesis rate and total chlorophyll content decreased. In this study, by applying salt stress, the total chlorophyll content decreased in both genotypes, but the reduction was higher in susceptible genotype (C64) than tolerant (C86) one. Also, with increasing salinity level, the amount of guaiacol peroxidase increased in tolerant genotype (C86) compared to susceptible (C64) one. According to the results of this experiment, different responses of C64 and C68 genotypes under salt stress are confirmed at the molecular level. Therefore, the above mentioned genotypes can be used in developing tolerant hybrid cultivars.
کلیدواژهها [English]
رضا درویش زاده1،2*و علیرضا پیرزاد3
1 ایران، ارومیه، دانشگاه ارومیه، دانشکده کشاورزی، گروه اصلاح و بیوتکنولوژی گیاهی
2 ایران، ارومیه، دانشگاه ارومیه، پژوهشکده زیست فناوری
3 ایران، ارومیه، دانشگاه ارومیه، دانشکده کشاورزی، گروه زراعت
تاریخ دریافت: 11/1/1397 تاریخ پذیرش: 3/4/1397
چکیده
غلظت بالای نمک در آب و خاک یکی از عمدهترین عوامل محدود کننده رشد و تولید گیاهان در سراسر جهان است. در این پژوهش اثرات تنش شوری بر فعالیتهای فیزیولوژیک دو ژنوتیپ آفتابگردان روغنی در مرحله گیاهچهای بررسی شد. آزمایش بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار اجرا شد. فاکتور اول ژنوتیپ در دو سطح: C64 و C68 و فاکتور دوم شوری در پنج سطح: صفر، 2، 4، 6 و 8 دسیزیمنس بر متر تنش شوری بود. نتایج تجزیه واریانس نشان داد برهمکنش ژنوتیپ × تنش شوری در رابطه با صفات پرولین، کلروفیل کل و گایاکول پراکسیداز معنیدار است. با افزایش سطح تنش، محتوی پرولین و مالون دیآلدئید افزایش یافتند. از طرفی فتوسنتز خالص و میزان کلروفیل کل کاهش پیدا کردند که این کاهش در ژنوتیپ حساس (C64) نسبت به ژنوتیپ متحمل (C86) بیشتر بود. همچنین، با افزایش سطح شوری، فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز در ژنوتیپ متحمل بیشتر از ژنوتیپ حساس بود. بنابراین بر اساس نتایج این آزمایش، واکنش متفاوت ژنوتیپهای متحمل و حساس در مواجهه با تنش شوری در سطح مولکولی تأیید میشود و بنابراین میتوان از ژنوتیپ C86 به عنوان ژنوتیپ متحمل به شوری در پروژههای تولید ارقام هیبرید متحمل به شوری استفاده نمود.
واژه های کلیدی: آفتابگردان، پرولین، تحمل شوری، فتوسنتز خالص، فعالیت آنزیمی، مالون دی آلدئید.
* نویسنده مسئول، تلفن: 09149734458، پست الکترونیکی: r.darvishzadeh@urmia.ac.ir
مقدمه
غلظت بالای نمک در آب و خاک یکی از عمده ترین عوامل محدود کننده رشد و تولید گیاهان در سراسر جهان می باشد (3). بیش از 800 میلیون هکتار از اراضی کشاورزی در سراسر جهان که معادل شش درصد از کل اراضی می باشد تحت تأثیر شوری هستند (3). پیشبینی میشود تا سال 2050، 50 درصد زمینهای مناسب کشاورزی بر اثر شوری قابلیت کشت خود را از دست بدهند (57). از کل سطح کشور (2/162 میلیون هکتار)، 8/23 میلیون هکتار تحت تأثیر شوری است (3). بسته به گونه گیاهی، کاهش عملکرد در مواجه با تنشهای محیطی بالاخص خشکی و شوری بین 50 تا 80 درصد گزارش شده است (18). در آفتابگردان کاهش عملکرد در اثر تنشهای محیطی تا 60 درصد گزارش شده است (34).
خاک شور خاکی است که هدایت الکتریکی آن بیش از چهار دسی زیمنس بر متر (معادل 40 میلی مولار NaCl) باشد (50). شوری خاک ناشی از آنیونها و کاتیونهای بسیاری از جمله Na+، Ca2+، Cl-، SO2-4 و HCO-3 میباشد اما مهمترین آنها Na+ و Cl- است (13). زیرا یونهای کلرید و سدیم بیشتر از سایر یونها توسط سلولهای ریشه گیاهان جذب میشوند (52 و 58). از جمله اثرات اولیه تنش شوری میتوان به کمبود آب و عدم توازن میزان یونها و از اثرات ثانویه آن به کاهش رشد، کاهش میزان فتوسنتز، تولید گونه های فعال اکسیژن، اختلال در عمل غشاها، کاهش فعالیت آنزیمها و فعالیت متابولیسمی سلول اشاره نمود. تنش اسمزی بهصورت سریع در فاز اولیه تنش رخ داده و تنش یونی بهصورت کند و در فاز دوم تنش رخ میدهد که در سطوح بالای تنش شوری باعث مرگ سلولهای گیاهی میگردند (27 و 46). بررسی غلظت مالون دی آلدئید در بافتهای گیاهی میتواند بیانگر میزان آسیب به غشای سلولی باشد زیرا این ترکیب در پی تخریب و پراکسیده شدن غشای سلولی آزاد میشود (10). تحت تنش اکسیداتیو ناشی از تولید گونه های فعال اکسیژن سنتز آنزیمهایی نظیر گایاکول پراکسیداز و ترکیبات غیر آنزیمی نظیر آسکوربیک اسید و کاروتنوئید در بافتهای گیاهی افزایش پیدا میکند که در پالایش گونه های فعال اکسیژن مؤثر هستند (40 و 54). تحت شرایط تنش شوری، برخی از ترکیبات حاوی نیتروژن نیز در گیاهان تجمع مییابند (30). که فراوانترین این ترکیبات آمیدها (گلوتأمین و آسپارژین) و اسیدهای آمینه نظیر آرژینین، پرولین، سیترولین و اورنیتین می باشد. در اندازه گیری پرولین بهعنوان یک شاخص مطلوب در جهت انتخاب برای تحمل به شوری به خاطر دخالت آن در تنظیم اسمزی اتفاق نظر وجود دارد (60).
آفتابگردان (Helianthus annuus L.) گیاهی یکساله از خانواده Asteraceae است که خاستگاه اولیه آن آمریکای مرکزی میباشد (56). این گیاه با تأمین 12 درصد روغن گیاهی جهان یکی از مهمترین منابع روغن گیاهی است (53). با توجه به گزارشات Mass & Haffman (33) گیاه آفتابگردان با آستانه تحمل به شوری 3/2 دسیزیمنس بر متر گیاهی نیمه حساس به شوری است. تنش شوری بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیک و مورفولوژیک گیاهان زراعی نظیر آفتابگردان را تحت تأثیر قرار می دهد (14). Hebbara و همکاران (26) مشاهده کردند که در ژنوتیپهای آفتابگردان با افزایش تنش شوری دمای برگ افزایش اما پتانسیل اسمزی، تبادل روزنه ای و میزان تعرق کاهش می یابد. در مطالعه ایشان تنوع ژنتیکی گسترده ای برای عملکرد دانه تحت تنش شوری مشاهده شد. محققین مختلف گزارش کردند که در آفتابگردان تحت تنش شوری تبادل روزنه ای و به تبع آن میزان فتوسنتز کاهش می یابد (64). Umar & Siddiqui (61) مشاهده کردند تحت تنش شوری و خشکی در آفتابگردان فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دسموتاز و کاتالاز افزایش یافته و تجمع پراکسید هیدروژن کاهش می یابد. محققان نشان دادند که تجمع پرولین در گیاه روغنی آفتابگردان در مواجه با شوری افزایش پیدا می کند (42).
با توجه به اینکه سازوکارهای مربوط به جذب، انتقالات یونی، مکانیسمهای تحمل و غیره در مراحل مختلف رشد گیاه متفاوت می باشد و ژنهای مختلفی تحمل به شوری را کنترل میکنند (29 و 51)، بنابراین توصیه شده که ارزیابی تحمل به شوری در مراحل مختلف رشد گیاه مانند مرحله جوانهزنی، گیاهچه، گیاه بالغ انجام گیرد و سپس راهکار هرمبندی ژنها برای ایجاد ارقام متحمل در پیش گرفته شود (4). اخیراً واکنش 100 لاین خویش آمیخته نوترکیب آفتابگردان به همراه والدین به تنش شوری ناشی از NaCl بر اساس صفات آگرو موفولوژیک بررسی شد (41). لاینها واکنش متفاوتی در سطح فتوتیپی به تنش شوری نشان دادند. در ادامه در این پژوهش اثر تنش شوری بر دو ژنوتیپ با واکنش متفاوت، در سطح مولکولی در مرحله گیاهچهای با بررسی میزان فتوسنتز خالص، کلروفیل، تجمع پرولین و میزان فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز مطالعه شده است.
جدول 1- خصوصیات بستر (خاک + پیت ماس) مورد استفاده در بررسی واکنش فیزیولوژیک 2 ژنوتیپ حساس و متحمل آفتابگردان روغنی به تنش شوری
Soil Sample |
pH |
EC |
OC |
OM |
CaCO3 |
Clay |
Silt |
Sand |
Texture |
K |
P |
|
- |
dS/m |
% |
% |
% |
% |
% |
% |
- |
mg/kg |
mg/kg |
|
7.96 |
1.09 |
0.68 |
1.17 |
12.0 |
24 |
40 |
36 |
Loam |
218.96 |
16 |
pH: potential of hydrogen; EC: electrical conductivity; OC: organic carbon; OM: organic matter; K: potassium; P: poporus.
مالون دی آلدئید: برای اندازهگیری مالون دی آلدئید از روش Heath & Packer (22) استفاده گردید. بر طبق این روش، 2/0 گرم از بافت تازه برگی توزین شد و در هاون چینی حاوی پنج میلیلیتر تری کلرو استیک اسید (TCA) یک درصد ساییده شد. و عصاره حاصل با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ به مدت 10 دقیقه با سرعت 8000 دور در دقیقه (rpm) سانتریفیوژ گردید. روی یک میلیلیتر از محلول رویی به مقدار چهار میلیلیتر از محلول محتویTCA 20 درصد و TBA 5/0 درصد اضافه شد. سپس نمونهها به مدت 30 دقیقه در حمام آب گرم با دمای 95 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. بعد از آن نمونهها بلافاصله در آب یخ سرد شدند و سپس به مدت پنج دقیقه با 8000 دور در دقیقه (rpm) سانتریفیوژ شدند و در نهایت میزان جذب نمونهها در دو طول موج 532 نانومتر (A532) و 600 نانومتر (A600) اندازه گیری شد. میزان MDA از ضریب خاموشی (mM-1cm-1 155) و با استفاده از فرمول زیر محاسبه شد.
MDA(μmol/g Fw)= [(A532- A600)] × 100
محتوای کلروفیل کل برگها و فتوسنتز خالص: در مرحله پر شدن دانهها، محتوای کلروفیل برگها به روش اسپکتروفتومتری تعیین شد. برای اندازهگیری رنگیزههای کلروفیلی از روش Lichtenthaler & Wellburn (31) استفاده شد. بر طبق این روش، مقدار 1/0 گرم از بافت تازه برگی توزین شد و در هاون چینی حاوی پنج میلیلیتر استون 100 درصد ساییده شد و عصاره حاصل با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ به مدت 10 دقیقه با سرعت 2500 دور در دقیقه (rpm) سانتریفیوژ گردید. سپس میزان جذب فاز بالایی هر یک از نمونهها توسط اسپکتروفتومتر (WPA S2100, UK) در طول موجهای 662 نانومتر، 645 نانومتر اندازه گیری شد. برای محاسبه کلروفیل کل از فرمول زیر استفاده شد.
TCh= (11.75 A662 – 2.350 A645) + (18.61 A645 – 3.960 A662)
در این فرمول A میزان جذب خوانده شده در هر طول موج توسط اسپکتروفتومتر میباشد.
اندازهگیری فتوسنتز خالص با استفاده از دستگاه HCM-1000 ساخت شرکت WALZ (آلمان) انجام گرفت. در طول اندازهگیری، شدت نور و دمای محفظه Cuvette که برگ در داخل آن قرار میگرفت، ثابت بود و بر اساس دستورالعمل دستگاه به ترتیب mol m-2µ1500 و 33-30 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد. یکی از برگها که در همه گلدانها در یک موقعیت قرار داشت، زیر اتاقک در دستگاه قرار داده شد. سطح برگ داخل محفظه اتاقک پنج سانتیمتر مربع بود.
سنجش فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز: جهت اندازه گیری فعالیت آنزیم ابتدا از برگهای گیاهان مورد آزمایش نمونه برداری شد. نمونه ها بلافاصله پس از برداشت در فریزر در دمای 80- درجه سانتی گراد نگهداری شدند. مقدار 5/0 گرم از بافت تر برگ به همراه سه میلیلیتر بافر استخراج تریس- اسید کلریدریک 50 میلیمولار (7 pH=) محتوی سه میلیمولارMgCl2 ، یک میلیمولار EDTA در هاون سرد ساییده شد. هموژنات حاصل بهمدت 20 دقیقه در شرایط دمایی چهار درجه سانتیگراد با 5000 دور در دقیقه سانتریفیوژ شد. محلول رویی برای سنجش فعالیت آنزیم مورد استفاده قرار گرفت. سنجش فعالیت آنزیم با استفاده از روش Upadhyaya و همکاران (62) انجام شد. مخلوط واکنش شامل 5/2 میلیلیتر بافر فسفات 50 میلیمولار (7 pH=) محتوی یک میلیلیتر گایاکول یک درصد، یک میلیلیتر H2O2 یک درصد و 1/0 میلیلیتر عصاره استخراج شده بود. فعالیت گایاکول پراکسیداز بهصورت افزایش در جذب طی یک دقیقه در طول موج 420 نانومتر محاسبه شد. برای سنجش میزان فعالیت از ضریب خاموشی (mM-1 cm-1 6/26) و فرمول زیر استفاده شد.
جدول 2- تجزیه واریانس داده های حاصل از اندازه گیری پرولین، مالون دی آلدئید، آنزیم گایاکول پراکسیداز، کلروفیل کل و فتوسنز خالص در برگ گیاهچههای دو ژنوتیپ حساس و متحمل آفتابگردان روغنی 12 روز بعد از اعمال تنش شوری
Source of variation |
df |
Mean Square |
||||
Proline |
MDA |
GPX |
TCh |
NP |
||
Salt |
4 |
53.13 |
0.33* |
0.0002 |
146.93** |
7.23* |
Genotype |
1 |
0.16 |
0.055 |
0.0011** |
147.29** |
0.38 |
Genotype ×Salt |
4 |
297.29* |
0.014 |
0.0002** |
46.82** |
0.20 |
Error |
18 |
86.63 |
0.09 |
0.0001 |
8.97 |
1.53 |
Contrast |
|
|
|
|
|
|
Normal vs Salt (NaCl) |
1 |
184.36ns |
0.51* |
0.0003ns |
150.79** |
22.97** |
NP: net phosyntesis, MDA: Malondialdehyde, GPX: guaiacol peroxidases, TCh: total chlorophile, df: degree of freedom. ns, * and ** Non-significant, significant at 5% and 1% probability level, respectively. vs: versus.
شکل 1- اثر متقابل شوری و ژنوتیپ روی تغییرات میزان پرولین در آفتابگردان روغنی. در محور X حرف انگلیسی S شوری را نشان می دهد. عدد بعد از S سطح شوری را نشان می دهد که عبارتند از: 0، 2، 4، 6 و 8 دسی زیمنس بر متر. خط آبی نشان دهنده ژنوتیپ C64 (حساس) و خط قرمز نشان دهنده ژنوتیپ C86 (متحمل) است. Error bar روی ستونها نشان دهنده (Standard Error: SE) است.
شکل 2- تأثیر سطوح مختلف تنش شوری بر تغییرات مالوندیآلدئید در آفتابگردان روغنی در سطوح مختلف تنش شوری. حروف غیرمشترک در بالای ستونها بیانگر تفاوت معنیدار در سطح احتمال 5 درصد با آزمون SNK میباشد.
مالوندیآلدئید بهعنوان شاخصی برای سنجش میزان پراکسیدایون چربیها و صدمات وارده به غشاء در تنشهای غیر زیستی در نظر گرفته می شود (44). بر اساس نتایج جدول تجزیه واریانس اثر شوری بر میزان مالون دی آلدئید از لحاظ آماری معنی دار می باشد (جدول 2). با افزایش سطوح شوری، میزان مالون دی آلدئید افزایش پیدا کرده بهطوری که بیشترین مقدار (83 درصد) در بالاترین سطح شوری (8 دسیزیمنسبرمتر) مشاهده گردید (شکل 2). در رابطه با افزایش مالون دی آلدئید نیز گزارشهای متعددی (1 و 20) در گیاهان منتشر شده است. با افزایش شدن تنش شوری در کلزا میزان مالون دی آلدئید افزایش نشان داد (21).
بررسی تغییرات فتوسنتز خالص و کلروفیل کل: بر اساس نتایج تجزیه واریانس اثر شوری بر میزان فتوسنتز خالص و اثرات شوری و ژنوتیپ و همچنین برهمکنش ژنوتیپ × شوری بر روی میزان کلروفیل کل معنی دار می باشد (جدول 2). بعد از اعمال تنش شوری کاهش معنی دار در میزان فتوسنتز خالص نسبت به سطح شوری صفر، مشاهده گردید (شکل 3).
شکل 3- تأثیر سطوح مختلف تنش شوری بر میزان میزان فتوسنتز خالص در آفتابگردان روغنی در سطوح مختلف تنش شوری. حروف غیر مشترک در بالای ستونها بیانگر تفاوت معنیدار در سطح احتمال 5 درصد با آزمون SNK میباشد.
کاهش سرعت فتوسنتز خالص در شرایط تنش باعث آسیب رسیدن به فرآیندهای بیوشیمیایی می شود. به طوری که در شرایط تنش به دلیل عدم اکسیده شدن مولکول NADPH/H+، مصرف NADP+ جهت دریافت الکترون به عنوان گیرنده نهایی الکترون کاهش می یابد. بنابراین مولکول اکسیژن در مسیر زنجیره انتقال الکترون به عنوان گیرنده نهایی الکترون عمل می کند و منجر به شکل گیری گونه های فعال اکسیژن می شود (16). گونه های فعال اکسیژن به عنوان عوامل مخرب، موجب تنش اکسیداتیو از جمله پراکسیداسیون چربیها و به تبع آن خسارت به غشای سلولی و تخریب کلروفیل می شوند (19). در رابطه با میزان کلروفیل با توجه به نتایج مقایسه میانگینها، در ژنوتیپ متحمل از شوری صفر تا هشت دسی زیمنس تغییری محسوس در میزان کلروفیل کل مشاهده نشد ولی در ژنوتیپ حساس مقدار کلروفیل کل در سطح شوری 8 دسیزیمنسبرمتر به میزان 66/8 درصد کاهش نشان داد. بنابراین حفظ کلروفیل در سطح بالا در لاین متحمل در مقایسه با لاین حساس مشاهده می شود (شکل 4).
این نتایج در توافق با مطالعات Omami (47) در گیاه آفتابگردان میباشد که بیان نمود با افزایش سطح شوری (صفر، 2، 5، 10 و 12 دسیزیمنسبرمتر) ارتفاع گیاه، تعداد برگ، سطح برگ، سرعت فتوسنتز خالص، و میزان هدایت روزنهای آفتابگردان کاهش مییابد. همچنین در آزمایش Liu و همکاران (32) با افزایش سطح شوری از صفر به 10 دسیزیمنسبرمتر، سرعت فتوسنتز خالص و محتوای کلروفیل در آفتابگردان کاهش یافت. نتایج مطالعات در برنج (11) و تربچه (45) نیز نشان داد که تنش شوری تأثیرات منفی روی محتوی کلروفیل داشته، به طوری که تنش باعث کاهش محتوای کلروفیل می گردد که این روند در توافق با یافتههای این تحقیق میباشد. همچنین در گیاهان حساس به تنش شوری در گندم (15، 49)، کلزا (5) و برنج (28) کاهش غلظت کلروفیل تحت تنش شوری مشاهده شده است. بنابراین می توان نتیجه گرفت که میزان رنگدانه های برگی (از جمله کلروفیل) در ژنوتیپهای آفتابگردان می تواند معیار خوبی برای سنجش تحمل یا حساسیت آنها به تنش شوری باشد. Mittal و همکاران (37) مشاهده کردند که تحت تنش شوری محتوای کلروفیل در ارقام متحمل به شوری در کلزا در مقایسه با ارقام حساس بالاتر است. بنابراین میزان کلروفیل می تواند به عنوان یک معیار انتخاب برای اصلاح مقاومت به شوری در نظر گرفته شود.
شکل 4- اثر متقابل شوری و ژنوتیپ روی تغییرات کلروفیل کل در آفتابگردان روغنی. در محور X حرف انگلیسی S شوری را نشان می دهد. عدد بعد از S سطح شوری را نشان می دهد که عبارتند از: 0، 2، 4، 6 و 8 دسی زیمنس بر متر. خط آبی نشان دهنده ژنوتیپ C64 (حساس) و خط قرمز نشان دهنده ژنوتیپ C86 (متحمل) است. Error bar روی ستونها نشان دهنده (Standard Error: SE) است.
سنجش فعالیت آنزیم گایاکولپراکسیداز: حذف گونه های فعال اکسیژن (ROS) یکی از مکانیسمهای مهم مقاومت به تنش شوری در گیاهان است (43). برای غلبه بر آثار اکسیداتیو القاء شده از شوری و خنثی کردن اثر سمی اکسیژنهای واکنشگر، گیاهان از یک سیستم آنتیاکسیدانی پیچیده استفاده میکنند که شامل آنتیاکسیدانهای غیرآنزیمی مثل کاروتنوئیدها، اسیدآسکوربیک و آنزیمهای جاروبگر ROS مثل گایاکول پراکسیداز میباشد (9 و 44). گایاکول پراکسیداز از اکسیداسیون ترکیبات فنولی همانند گایاکول، برای سم زدایی و تجزیه پراکسید هیدروژن استفاده می کند. این آنزیم معمولاً در سیتوپلاسم، دیواره سلولی و واکوئلها دیده می شود. همچنین در طی فرآیند سم زدایی از گایاکول به عنوان دهنده الکترون به پراکسید هیدروژن استفاده می کند (23). نتایج تجزیه واریانس نشان داد اثر ژنوتیپ و همچنین برهمکنش ژنوتیپ × شوری در سطح احتمال 1 درصد روی فعالیت آنزیم معنیدار است (جدول 2). با توجه به نتایج مقایسه میانگین، در ژنوتیپ حساس از صفر تا هشت دسی زیمنس تغییر آنچنان در فعالیت آنزیم مشاهده نشد ولی در ژنوتیپ متحمل تا شوری چهار دسی زیمنس بر متر، واکنش مشابه ژنوتیپ حساس بود ولی از شوری چهار تا هشت دسی زیمنس بر متر میزان فعالیت آنزیم افزایش (39 درصد) یافته است (شکل 5). احتمالاً همین عامل باعث تحمل بیشتر ژنوتیپ C86 نسبت به تنش شوری باشد. این نتایج در توافق با مطالعات اخیر انجام شده در گیاه سویا (2 و 63) و گوجهفرنگی (12) میباشد. Pouresmaeil و همکاران (48) اظهار داشت که تنشهای غیرزیستی سبب کاهش ارزش صفات زراعی لوبیا و افزایش میزان فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدان مختلف می شوند و همچنین بیان کردند که افزایش آنزیمهای فوق در شرایط تنش نشان دهنده اثر این آنزیمها در مقابله با گونه های فعال اکسیژن و به تبع آن کاهش خسارت تنش اکسیداتیو باشد.
تجزیه همبستگی صفات: نتایج همبستگی بین صفات در جدول ۳ آورده شده است. طبق نتایج این تحقیق، بین صفات مالون دی آلدئید و فتوسنتز خالص و همچنین مالون دی آلدئید و کلروفیل کل همبستگی منفی و معنیداری مشاهده شد. بین کلروفیل کل و فتوسنتز خالص همبستگی مثبت و معنی دار مشاهده شد. بین میزان مالون دی آلدئید و فعالیت آنزیم گایاکولپراکسیداز همسبتگی مثبت اما معنی دار در سطح احتمال 10 درصد مشاهده شد.
شکل 5- اثر متقابل شوری و ژنوتیپ روی تغییرات آنزیم گایاکولپراکسیداز در آفتابگردان روغنی. در محور X حرف انگلیسی S شوری را نشان می دهد. عدد بعد از S سطح شوری را نشان می دهد که عبارتند از: 0، 2، 4، 6 و 8 دسی زیمنس بر متر. خط آبی نشان دهنده ژنوتیپ C64 (حساس) و خط قرمز نشان دهنده ژنوتیپ C86 (متحمل) است. Error bar روی ستونها نشان دهنده (Standard Error: SE) است.
جدول 3- همبستگی بین صفات محتوای پرولین، مالون دی آلدئید، آنزیم گایاکول پراکسیداز، کلروفیل کل و فتوسنز خالص در برگ گیاهچههای دو ژنوتیپ حساس و متحمل آفتابگردان روغنی 12 روز بعد از اعمال تنش شوری
Character |
Proline |
MDA |
NP |
GPX |
TCh |
Proline |
1 |
|
|
|
|
MDA |
0.235 |
1 |
|
|
|
NP |
-0.226 |
-0.818** |
1 |
|
|
GPX |
-0.163 |
0.462 |
-0.324 |
1 |
|
TCh |
-0.150 |
-0.733* |
0.681* |
-0.053 |
1 |
نتیجه گیری و پیشنهادات
شوری تنش پیچیده ای است که بر فعالیتهای مختلف فیزیولوژیک و بیوشیمیایی گیاه تأثیر می گذارد و باعث کاهش رشد گیاه می شود. در این تحقیق با افزایش سطوح شوری میزان فتوسنتز خالص کاهش یافت. این کاهش احتمالاً باعث کاهش تثبیت دی اکسید کربن در چرخه کالوین شده است. کاهش فعالیت این چرخه منجر به افت نسبت NADP+/NADP+-H+ و افزایش تولید انواع گونه های فعال اکسیژن می شود. افزایش میزان پراکسیداسیون چربیها (میزان مالون دی آلدئید) خود گواه بر این ادعاست. با افزایش فعالیت آنزیم آنتی اکسیدان گایاکول پراکسیداز در شرایط تنش شوری انتظار می رفت که همانند شرایط مطلوب محیطی بین تولید گونه های فعال اکسیژن و فعالیت مکانیسمهای دفاعی تعادل وجود داشته باشد. اما برخلاف انتظار میزان پراکسیداسیون چربیها (میزان مالون دی آلدئید) که به عنوان نشانگر جهت ارزیابی وضعیت درون سلولی در شرایط تنش استفاده می شود به طور معنی دار افزایش یافته است. لذا احتمال می رود که افزایش آسیب به غشاء های سلول ناشی از عدم کارآیی آنزیم گایاکول پراکسیداز باشد. البته در چنین مواقعی گیاه از یک سری مکانیسمهای دفاعی جایگزین (نظیر چرخه مهلر (38)) نیز استفاده می کند که لازم است در ادامه تحقیق بررسیهای بیشتر در این زمینه انجام گیرد تا مکانیسمهای دفاعی ژنوتیپ متحمل روشن شود. به عنوان یک نتیجه کاربردی از آنجا که کاهش معنی دار در میزان کلروفیل ژنوتیپ متحمل تحت شرایط تنش شوری در مقایسه با شرایط کنترل مشاهده نشد در حالی که کاهش در میزان کلروفیل در ژنوتیپ حساس مشاهده شد و از طرفی مطالعه محتوای کلروفیل مشکل نیست با اندازه گیری میزان این رنگریزه می توان از آن به عنوان یک معیار مناسب برای غربال ژنوتیپها در شوریهای بالا استفاده نمود.
تشکر و قدردانی
نتایج این مقاله از طرح تحقیقاتی مصوّب دانشگاه مستخرج شده است. بدین وسیله از معاونت پژوهشی و پژوهشکده زیست فناوری دانشگاه ارومیه به خاطر فراهم نمودن هزینه و امکانات لازم برای انجام این پژوهش، تشکر و قدردانی میگردد. از انستیتو تحقیقات آگرونومی تولوز فرانسه نیز به خاطر در اختیار قرار دادن بذور لاینهای آفتابگردان تشکر میگردد.