نوع مقاله : علمی - پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی، گروه علوم باغبانی، مشهد، ایران
2 دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی، گروه علوم باغبانی، مشهد، ایران
چکیده
هدف: هدف از این مطالعه بررسی تاثیر برهمکنش تنش شوری و کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب بر خصوصیات فیزیولوژیکی ریحان میباشد.
مواد و روشها: آزمایشی گلدانی بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی با چهار سطح شوری آب آبیاری (صفر، 40، 80 و 120 میلیمولار کلرید سدیم) و پلیمرسوپرجاذب (عدم کاربرد، آکوازروب، تراکوتم و استاکوزورب) انجام شد. صفات مورد ارزیابی شامل پروتئین محلول، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی، محتوای مالوندیآلدئید و تولید اسانس بودند.
نتایج: فعالیت آنزیمهای کاتالاز، گایاکول پراکسیداز، آسکوربات پراکسیداز و پلیفنل اکسیداز در چین اول برداشت و در شوری بالا (120میلیمولار) بهترتیب تحت کاربرد آکوازورب، تراکوتم، تراکوتم و آکوازورب 68/52، 10/73، 07/68 و 35/75 درصد کاهش یافت و در چین دوم برداشت نیز در بالاترین سطح شوری (80 میلیمولار) فعالیت این آنزیمها بهترتیب تحت تاثیر کاربرد آکوازورب، تراکوتم، آکوازورب، تراکوتم و تراکوتم 6/37، 5/62، 38/46، 06/43 و 47/38 درصد نسبت به تیمار شاهد کاهش یافتند. با افزایش شوری میزان اسانس کاهش یافت و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم موجب افزایش آن شد. در چین اول برداشت بین مالوندیآلدئید و گایاکول پراکسیداز همبستگی مثبت (751/0) مشاهده شد و در چین دوم آسکوربات پراکسیداز و پروتئین دارای همبستگی منفی (753/0-)، سوپراکسید دیسموتاز و گایاکول پراکسیداز (848/0)، مالوندی آلدئید و گایاکول پراکسیداز (789/0) و مالون دیآلدئید و آسکوربات پراکسیداز (743/0) همبستگی مثبت داشتند.
نتیجهگیری: نتایج نشان داد که کاربرد سوپرجاذبها در شرایط تنش شوری توانست از شدت این تنش بکاهد و از این طریق سبب کاهش معنیدار فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی و میزان مالوندی آلدئید شود، ولی پروتئین محلول و تولید اسانس را افزایش داد.
تازه های تحقیق
-
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
The interaction effect of salinity stress and superabsorbent polymer on antioxidant enzyme activities of basil
نویسندگان [English]
- S Farsari 1
- M Moghaddam 2
1 M.Sc. Student, Department of Horticulture Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Department of Horticulture Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]
Aim: The aim of this study is to evaluate the interaction effect of salinity stress and superabsorbent polymers on physiological traits of basil.
Material and methods: A pot experiment was conducted as factorial based on a completely randomized design with four levels of salinity (0, 40, 80 and 120 mM NaCl in irrigation water) and four levels of superabsorbent polymers included (control, Ackoasorb, Stockosorb and Terracottem). The measured traits were soluble protein, antioxidant enzyme activities, malondialdehyde content and essential oil production.
Results: Antioxidant enzyme activities of catalase, guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidase and polyphenol oxidase at first harvesting and high salinity (120 mM) under Ackoasorb, Terracottem, Terracottem and Ackoasorb usage decreased 52.68, 73.1, 68.07 and 75.35%, respectively, and also at second harvest at highest salinity level (80 mM) the activity of these enzymes under Ackoasorb, Terracottem, Ackoasorb, Terracottem and Terracottem decreased 37.6, 62.5, 46.38 43.06 and 38.47%, respectively. With increasing salinity the essential oil production decreased and Tracheotem superabsorbent increase it. At first harvesting, a significant positive correlation was observed between malondialdehyde with guaiacol peroxidase (r = 0.751) and at second harvesting ascorbate peroxidase with protein (r = - 0.753) had a significant negative correlations, moreover, significant positive correlations were found between superoxide dismutase with guaiacol peroxidase (r = 0.848), malondialdehyde with guaiacol peroxidase (r = 0.789) and malondialdehyde with ascorbate peroxidase (r = 0.743).
Conclusion: The results showed that application of superabsorbents under salinity stress conditions could decrease the severity of this stress and thereby cause to decrease the antioxidant enzyme activities and malondialdehyde amount significantly, but increased the soluble protein and essential oil content.
کلیدواژه‌ها [English]
- Ascorbate peroxidase
- Catalase
- Guaiacol peroxidase
- Malondialdehyde
- Superoxide dismutase
مقدمه
تنشهای محیطی از جمله تنش شوری یکی از عمدهترین عوامل نگرانی بشر در تولید محصولات کشاورزی است چرا که تنشها با ایجاد محدودیتهای مختلف برای گیاه، موجب کاهش عملکرد و تولید محصولات کشاورزی خواهند شد (1). مقدار قابل توجهی از زمینهای جهان تحت تنش شوری قرار دارد که روز به روز نیز بر میزان آن افزوده میشود (2). اثرات منفی تنش شوری میتواند بسته به شرایط آب و هوایی، شدت نور، گونههای گیاهی و شرایط خاک متفاوت باشد (3). تنش شوری از طریق تولید گونههای فعال اکسیژن (سوپراکسید، پراکسید هیدروژن و رادیکالهای اکسیژن) میتواند سبب ایجاد تنش اکسیداتیو شود که این ترکیبات باعث آسیب سلولهای گیاه میشوند (4). همچنین تنش شوری از طریق افزایش یونهای سدیم و کلر در گیاهان اثرات منفی خود را بر جای میگذارد (5) که از جمله این اثرات منفی میتوان به آسیب به غشا، عدم تعادل مواد غذایی، مهار آنزیمی و اختلال متابولیکی در گیاه اشاره کرد که در نهایت منجر به مرگ گیاه میشود (6). گیاهان در هنگام مواجه شدن با تنشها گاهی در جهت کاهش خسارات وارده، میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی را افزایش میدهند که از جمله این آنزیمها میتوان به کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گایاکول پراکسیداز و... اشاره نمود که نقش مهمی در غیرفعال کردن رادیکالهای آزاد اکسیژن در گیاه دارند (4). تنش شوری سبب افزایش فعالیت آنزیم کاتالاز و پراکسیداز و کاهش غلظت پروتئین در گیاه دارویی آویشن دنائی شد (7). همچنین در شرایط تنش میزان پروتئین محلول در گیاه دارویی نعناع فلفلی کاهش یافت (8).
پلیمرهای سوپرجاذب ترکیباتی هیدروکربنی و جاذب آب بوده که بهدلیل داشتن اتصالات عرضی در شبکه پلیمری خود، جذب آب و تورم در آنها باعث انحلال و یا تغییر ساختمان آنها نمیشود (9). این ترکیبات موادی غیرسمی و بیخطر بوده که تا چندین سال استحکام خود را حفظ میکنند و بعد از این زمان در اثر تجزیه میکروبی و یا در اثر نور خورشید به آب، دی اکسید کربن، آمونیوم و پتاسیم تجزیه میشوند (10). این ترکیبات قادرند آب جذب شده در ساختمان خود را در اختیار ریشه قرار داده و از تنش خشکی ناشی از شوری بدین طریق جلوگیری کنند (11). همچنین پلیمرهای سوپرجاذب دارای انواع کاتیونی و آنیونی بوده و نوع آنیونی آن بهعلت دارا بودن ظرفیت تبادل کاتیونی بالا در کشاورزی کاربرد دارد و قادر است یون سدیم را در ساختمان خود تا حدی نگهداشته و از غلظت این یون در اطراف ریشه گیاه بکاهد و تنش شوری را کاهش دهد (12). کاربرد سوپرجاذبها در شرایط تنش سبب کاهش فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دیسموتاز و کاتالاز در گیاه یونجه شد (13).
ریحان (Ocimum basilicum) گیاهی با سابقه کشت بیش از 3000 سال و متعلق به خانواده نعناعیان (Lamiaceae) میباشد که از قدیم توسط مردم در مراسم مذهبی و سنتی مورد استفاده قرار میگرفته است (14). این گیاه یکساله، علفی، معطر و به ارتفاع 30 تا 60 سانتیمتر میباشد (15). ریحان بهعلت دارا بودن اسانس دافع حشرات است و ضد انگل، ضد باکتری و آنتیاکسیدان شناخته میشود؛ از این گیاه در صنایع آرایشی و بهداشتی و همچنین عطرسازی و محصولات دهان و دندان استفاده میشود (16). ریحان بهصورت سنتی از قدیم برای درمان سرفه، اسهال، ناراحتیهای کلیوی، بزرگ شدن طحال و ضد نفخ استفاده میشده است. این گیاه دارای عطر خوبی است و از این رو اشتها آور است، برای این گیاه اثرات ضد سرطانی و تحریک کننده سیستم ایمنی گزارش شده است، ریحان درمان کننده نیش حشرات و از بین برنده جوش و آکنه میباشد (17). همچنین در درمان نقرس، روماتیسم، سوء هاضمه، نفخ شکم، سرماخوردگی، آنفولانزا موثر شناخته شده است و این گیاه آرام بخش و تقویت کننده سیستم عصبی است (17).
از آنجاییکه تنش شوری، تنش خشکی را نیز در پی دارد لذا رفع این مسئله از دیرباز مورد توجه کشاورزان بوده است و یکی از راهکارهای کاهش تنش شوری و خشکی ناشی از آن استفاده از پلیمرهای سوپرجاذب بهعنوان اصلاح کننده خاک میباشد؛ با توجه به این موارد و با توجه به اینکه روز به روز میزان آبهای شور در حال افزایش است و همچنین با توجه به بررسیها انجام شده و بهعلت عدم وجود تحقیقی در این زمینه بهخصوص در گیاهان دارویی از جمله ریحان که گیاهی حساس به شوری و خشکی میباشد. در این تحقیق به بررسی اثر سه نوع پلیمر سوپرجاذب بر میزان پروتئین محلول، مالوندیآلدئید، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی و تولید اسانس در گیاه ریحان رقم کشکنی لولو تحت تنش شوری پرداخته شد.
مواد و روشها
بهمنظور بررسی اثر سه نوع پلیمر سوپرجاذب بر میزان پروئین محلول، مالوندیآلدئید، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی و تولید اسانس گیاه ریحان در دو چین مختلف برداشت تحت تنش شوری آزمایشی گلدانی در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه فردوسی مشهد در سال 1396 انجام شد. گلخانه دارای رطوبت نسبی 75-80 درصد و دمای 22 تا 28 درجه سانتیگراد (روز- شب) بود. آزمایش بهصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی با 4 سطح شوری آب آبیاری (صفر، 40، 80 و120 میلیمولار) و 4 سطح سوپرجاذب (عدم کاربرد، آکوازورب، تراکوتم و استاکوزورب) در سه تکرار بود. بذور ریحان رقم کشکنی لولو (Ocimum basilicum cv. Keshkeni luvelu) ابتدا در سینی کشت حاوی نسبت مساوی کوکوپیت و پرلیت کاشته شدند و سپس تعداد 5 نشاء در مرحله 4 برگی به گلدانهایی به قطر دهانه 30 و ارتفاع 40 سانتیمتر انتقال یافتند. گلدانها حاوی خاکی با بافت لومی- شنی، هدایت الکتریکی 09/4 دسی زیمنیس بر متر و اسیدیته 55/7 بودند. میزان نیتروژن، فسفر و پتاسیم موجود در خاک بهترتیب 057/0 درصد، 6/24 و 202 میلیگرم در کیلوگرم خاک بود. پلیمرهای سوپرجاذب بهمیزان 2 گرم در کیلوگرم خاک قبل از کشت به خاک اضافه و بهخوبی مخلوط شدند. تیمارهای شوری همراه با آب آبیاری از کمترین غلظت اعمال شد. بهمنظور عدم تجمع نمک آبشویی هر 10 روز یکبار با آب شور در غلظت نمک مشابه هر تیمار انجام شد. در مرحله 80 درصد گلدهی نمونهبرداری جهت اندازهگیری صفات انجام و گیاهان از گره دوم برداشت شدند. تیمارهای شوری همچنان بهمدت 60 روز دیگر ادامه یافت و نمونهبرداری برای اندازهگیری صفات در چین دوم نیز صورت گرفت و صفات مورد مطالعه مجدد اندازهگیری شدند. در چین دوم برداشت بهعلت طولانی شدن دوره تنش، گیاهان قادر به تحمل بالاترین سطح شوری (120 میلیمولار) نبودند و از بین رفتند و صفات ذکر شده در چین دوم برداشت تنها در سه سطح باقیمانده اندازهگیری شد. صفات مورد مطالعه شامل پروتئین محلول، آنزیمهای آنتیاکسیدانتی (کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گایاکول پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز، پلیفنل اکسیداز)، میزان مالوندی آلدئید و تولید اسانس بود.
پروتئین محلول (Soluble protein): برای سنجش میزان پروتئین کل در گیاه، به لولههای آزمایش 5 میلیلیتر معرف بیوره و سپس100 میکرولیتر عصاره پروتئینی افزوده و بهسرعت هم زده شد. پس از گذشت 5 دقیقه جذب آن در طول موج 595 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر (مدل Bio Quest C250) خوانده شد. غلظت پروتئین با استفاده از منحنی استاندارد آلبومین محاسبه شد (18).
آنزیم کاتالاز: فعالیت آنزیم کاتالاز را از روی تغییرات غلظت پراکسید هیدروژن در طول موج 240 نانومتر ارزیابی میکنند (19). جهت اندازهگیری، مخلوط واکنش (3 میلیلیتر) شامل بافر فسفات پتاسیم 50 میلیمولار، آب اکسیژنه 15 میلیمولار و 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی تهیه شد که با اضافه کردن آب اکسیژنه به مخلوط واکنش، واکنش شروع و کاهش در جذب آب اکسیژنه در مدت 30 ثانیه در طول موج 240 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر اندازهگیری شد. برای محاسبه واحد آنزیمی از ضریب خاموشی معادل mM-1 Cm-140 استفاده شد.
آنزیم آسکوربات پراکسیداز: مخلوط واکنش جهت اندازهگیری فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز (APX) شامل بافر فسفات 50 میلیمولار (pH= 7)، آسکوربات 5/0 میلیمولار، آب اکسیژنه 1/0 میلیمولار و 150 میکرولیتر عصاره آنزیمی بود تا واکنش اکسیداسیون توسط آنزیم موجود در بافت گیاهی انجام گردد. فعالیت (APX) بر اساس اکسیداسیون اسید آسکوربیک و کاهش در جذب در طول موج 290 نانومتر به مدت 2 دقیقه اندازهگیری شد. برای محاسبه واحد آنزیمی از ضریب خاموشی معادل mM-1 Cm-18/2 استفاده شد (20).
گایاکول پراکسیداز: فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز (GPX) با استفاده از پیش ماده گایاکول اندازهگیری شد. در این روش 3 میلیلیتر مخلوط واکنش شامل 77/2 میلیلیتر بافر فسفات پتاسیم 50 میلیمولار (pH=7)، 100 میکرولیتر آب اکسیژنه یک درصد، 100 میکرولیتر گایاکول 2 درصد و 30 میکرولیتر عصاره آنزیمی بود. افزایش جذب به دلیل اکسیداسیون گایاکول در طول موج 470 نانومتر بهمدت 3 دقیقه اندازهگیری شد (21). مقدار تتراگایاکول تولید شده با استفاده از ضریب خاموشی mM-1 Cm-15/25 محاسبه شد.
آنزیم سوپراکسید دیسموتاز: سنجش فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز(SOD) به کمک سنجش مهار احیای نوری نیتروبلوتترازولیوم (NBT) در طول موج 560 نانومتر انجام شد (22).
آنزیم پلیفنل اکسیداز: جهت سنجش فعالیت آنزیم پلیفنل اکسیداز (PPO) از پیروگالل به عنوان پیش ماده آنزیم استفاده شد. مخلوط واکنش شامل 5/2 میلیلیتر بافر فسفات پتاسیم 50 میلیمولار (pH=7)، 200 میکرولیتر پیروگالل 02/0 مولار و 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی بود. جذب نمونهها در طول موج 420 نانومتر و بعد از سه دقیقه در دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. برای محاسبه واحد آنزیمی از ضریب خاموشی معادل mM-1 Cm-12/6 استفاده شد (23).
مالوندی آلدئید: بهمنظور اندازهگیری غلظت مالوندی آلدئید (MDA)، به 1 میلیلیتر از عصاره تهیه شده از گیاه 1 میلیلیتر محلول 5/0 درصد (W/V) اسید تیوباربیتیوریک که حاوی اسید تری کلرواستیک 20 درصد است اضافه کرده و بهمدت 30 دقیقه در حمام آب گرم با دمای 95 درجه سانتیگراد قرار داده شد. سپس بهمنظور متوقف کردن واکنش به سرعت بعد از حمام گرم به حمام سرد بهمدت 30 دقیقه انتقال داده شد. مخلوط سرد شده با 1000 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شد و میزان جذب در دستگاه اسپکتروفتومتر در دو طول موج 520 و 600 نانومتر قرائت شد و در محاسبه مقدار (MDA) ضریب خاموشی معادل mM-1 Cm-1155 لحاظ شد (24).
تولید اسانس: اسانس پیکررویشی خشک گیاهان به روش تقطیر با آب و بهوسیله دستگاه کلونجر بهمدت 3 ساعت استخراج شد. مقدار تولید اسانس در واحد گلدان با حاصلضرب میزان اسانس در وزن خشک اندام هوایی بوتههای هر گلدان محاسبه شد. قابل ذکر است که در چین دوم برداشت بهعلت کم بودن میزان نمونه گیاهی اسانسگیری تنها از نمونههای باقیمانده در سطوح 0 و 40 میلیمولار شوری انجام شد و تولید اسانس آنها محاسبه شد.
آنالیز دادهها
دادهها توسط نرم افزار Minitab 17 و با روش آنالیز واریانس دوطرفه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و مقایسه میانگینها با استفاده از آزمون Bonnferroni در سطح احتمال 5 درصد انجام گرفت. همبستگی بین صفات با نرمافزار SPSS محاسبه شد.
نتایج
نتایج تجزیه وارایانس اثرات متقابل شوری و سوپرجاذب در هر دو چین برداشت بر تمامی صفات مورد مطالعه در این تحقیق به جز مالوندیآلدئید که در چین اول برداشت معنیدار نشد. در سطح احتمال 1 درصد معنیدار شد و در مورد مالوندی آلدئید در چین اول برداشت نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر ساده شوری در سطح احتمال 5 درصد و اثر ساده سوپرجاذب در سطح احتمال 1 درصد بر آن معنیدار شد (جدول 1و2). همچنین نتایج تجزیه واریانس دادهها نشان داد که اثر متقابل شوری و سوپرجاذب در سطح احتمال 1 درصد در چین اول برداشت بر تولید اسانس معنیدار شد؛ اما در چین دوم برداشت تنها اثر ساده سوپرجاذب در سطح احتمال 1 درصد بر آن معنیدار شد (جدول 1و2).
جدول1: تجزیه واریانس اثر برهمکنش تنش شوری و سوپرجاذب بر صفات مورد مطالعه در گیاه ریحان رقم کشکنی لولو در چین اول برداشت
|
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
|
میانگین مربعات |
|||||||
|
پروتئین محلول |
کاتالاز |
گایاکول پراکسیداز |
آسکوربات پراکسیداز |
سوپراکسید دیسموتاز |
پلی فنل اکسیداز |
مالوندی آلدئید |
تولید اسانس |
|||
|
شوری |
3 |
0001/0** |
0017/0** |
047/0** |
72/6** |
41/35** |
000002/0** |
5/2067* |
96/0** |
|
|
سوپرجاذب |
3 |
00007/0** |
0008/0** |
009/0** |
85/7** |
6/3** |
000001/0** |
4/8085** |
04/0ns |
|
|
شوری× سوپرجاذب |
9 |
00002/0** |
0010/0** |
011/0** |
83/3** |
06/1** |
000001/0** |
6/960ns |
34/0** |
|
|
خطا |
32 |
000001/0 |
000011/0 |
0005/0 |
32/0 |
14/0 |
0000000/0 |
1/336 |
01/0 |
|
|
ضریب تغییرات |
|
25/19 |
75/16 |
10/18 |
06/12 |
59/10 |
70/14 |
28/10 |
58/13 |
|
**و*و ns بهترتیب معنیدار در سطح 1 و 5 درصد و بدون اختلاف معنیدار
جدول2: تجزیه واریانس اثر برهمکنش تنش شوری و نوع سوپرجاذب بر صفات مورد مطالعه در گیاه ریحان رقم کشکنی لولو در چین دوم برداشت
|
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
|
میانگین مربعات |
|||||||
|
پروتئین محلول |
کاتالاز |
گایاکول پراکسیداز |
آسکوربات پراکسیداز |
سوپراکسید دیسموتاز |
پلی فنل اکسیداز |
مالون دی آلدئید |
تولید اسانس |
|||
|
شوری |
2 |
00002/0** |
0012/0** |
212/0** |
1/1* |
**05/110 |
1/2** |
7/6641** |
36/0ns |
|
|
سوپرجاذب |
3 |
00007/0** |
0056/0** |
075/0** |
35/3** |
**21 |
7/6** |
7/1839** |
97/1** |
|
|
شوری× سوپرجاذب |
6 |
00001/0** |
0011/0** |
019/0** |
32/3** |
**81/28 |
5/4** |
4/668** |
25/0ns |
|
|
خطا |
24 |
000001/0 |
00014/0 |
006/0 |
19/0 |
97/0 |
17/0 |
46/3 |
091/0 |
|
|
ضریب تغییرات |
|
99/12 |
92/19 |
01/15 |
90/14 |
20/17 |
44/16 |
78/10 |
72/15 |
|
**و*و ns بهترتیب معنیدار در سطح 1 و 5 درصد و بدون اختلاف معنیدار
پروتئین محلول
نتایج حاصل از مقایسه میانگین دادهها نشان داد که بیشترین میزان پروتئین محلول در چین اول برداشت (017/0 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار بدون شوری و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد که تفاوت معنیداری با کاربرد سوپرجاذب تراکوتم نداشت (شکل 1-a)، اما در چین دوم برداشت بیشترین میزان آن (014/0 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم مشاهده شد (شکل 1- b). کمترین میزان پروتئین محلول بهترتیب در چین اول و دوم برداشت بهمیزان 003/0 و 0059/0 میلیگرم در گرم وزن تر برگ در بالاترین سطح شوری (در چین اول بالاترین سطح شوری 120 میلیمولار و در چین دوم بهعلت افزایش طول دوره تنش و از بین رفتن گیاهان در تیمار 120 میلیمولار، شوری 80 میلیمولار بهعنوان بالاترین سطح شوری در نظر گرفته شد) و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد و سوپرجاذب تراکوتم بهترتیب در چین اول و دوم برداشت سبب افزایش 66/166 و 2/32 درصدی این صفت در این سطوح از شوری شد (شکل 1- a و 1- b).
شکل1. مقایسه میانگین اثر متقابل شوری و سوپرجاذب بر میزان پروتئین ریحان رقم کشکنی لولو در چین اول (a) و دوم (b) برداشت
* ستونها دارای حداقل یک حرف مشترک تفاوت معنیداری ندارند.
نتایج همبستگی بین صفات نشان داد که در چین دوم برداشت بین میزان پروتئین و آنزیم آسکوربات پراکسیداز همبستگی منفی (753/0-) در سطح احتمال یک درصد وجود دارد (جدول4).
کاتالاز (CAT)
با افزایش تنش شوری میزان فعالیت آنزیم کاتالاز افزایش یافت به طوریکه بیشترین میزان آن در چین اول برداشت (093/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار شوری 120 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد وکاربرد سوپرجاذبها با کاهش اثرات شوری سبب کاهش معنیدار این صفت شد و در این میان کاربرد سوپرجاذب آکوازورب با کاهش 68/52 درصدی فعالیت این
آنزیم بیشترین تاثیر را در بین سوپرجاذبهای مورد مطالعه در این تحقیق داشت (شکل2- a). در چین دوم برداشت بیشترین فعالیت آنزیم کاتالاز (096/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار شوری 80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد (شکل 2- b). کمترین میزان فعالیت آنزیم کاتالاز در چین اول برداشت (018/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب آکوازورب مشاهده شد که تفاوت معنیداری با دو سوپرجاذب دیگر نداشت (شکل2- a) و در چین دوم برداشت (011/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم مشاهده شد (شکل2- b) .
شکل2: مقایسه میانگین اثر متقابل شوری و سوپرجاذب بر فعالیت کاتالاز ریحان رقم کشکنی لولو در چین اول (a) و دوم (b) برداشت
* ستونها دارای حداقل یک حرف مشترک تفاوت معنیداری ندارند.
گایاکول پراکسیداز (GPX): نتایج نشان داد که بیشترین میزان فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز در چین اول برداشت (29/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در شوری 120 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد و کاربرد سوپرجاذبها در این شرایط سبب کاهش فعالیت این آنزیم شدند که در این خصوص دو سوپرجاذب تراکوتم و آکوازورب موثرتر بودند (شکل3- a). در چین دوم برداشت نیز بیشترین فعالیت این آنزیم (08/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار شوری 80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد که سوپرجاذب تراکوتم سبب کاهش 10/73 درصدی این آنزیم شد (شکل 3 – a و 3- b).
شکل3: مقایسه میانگین اثر متقابل شوری و سوپرجاذب بر فعالیت گایاکول پراکسیداز ریحان رقم کشکنی لولو در چین اول (a) و دوم (b) برداشت
*ستونها دارای حداقل یک حرف مشترک تفاوت معنیداری ندارند.
آسکوربات پراکسیداز (APX)
سوپرجاذب تراکوتم در چین اول برداشت در بالاترین سطح شوری (120 میلیمولار کلرید سدیم) فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز را 07/68 درصد نسبت به شاهد کاهش داد (شکل4- b). بیشترین فعالیت این آنزیم در چین دوم برداشت (6/3 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار شوری 80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد و کاربرد سوپرجاذبها توانست سبب کاهش معنیدار این صفت شود (شکل4- b).
شکل4: مقایسه میانگین اثر متقابل شوری و سوپرجاذب بر فعالیت آسکوربات پراکسیداز ریحان رقم کشکنی لولو در چین اول (a) و دوم (b) برداشت
* ستونها دارای حداقل یک حرف مشترک تفاوت معنیداری ندارند.
سوپراکسید دیسموتاز (SOD)
در چین اول برداشت بیشترین فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز (83/7 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار شوری 120 میلیمولار و کاربرد سوپرجاذب استاکوزوب مشاهده شد و این در حالی بود که فعالیت این آنزیم در تیمار شاهد (بدون کاربرد سوپرجاذبها) کمتر از تیمارهای سوپرجاذب در این سطح از شوری بود (شکل 5- a). کمترین فعالیت این آنزیم (05/2 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم مشاهده شد (شکل 5- a). بیشترین فعالیت این آنزیم در چین دوم برداشت (89/10 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار شوری 80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد و کاربرد سوپرجاذبها سبب کاهش معنیدار این صفت شد (شکل 5- b). همچنین نتایج همبستگی نشان داد که در چین دوم برداشت با افزایش فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز بر میزان فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز نیز افزوده میشود که این امر وجود همبستگی مثبت (848/0) در سطح احتمال یک درصد بین این دو صفت را به اثبات میرساند (جدول4). .
شکل5: مقایسه میانگین اثر متقابل شوری و سوپرجاذب بر فعالیت سوپراکسید دیسموتاز ریحان رقم کشکنی لولو در چین اول (a) و دوم (b) برداشت
* ستونها دارای حداقل یک حرف مشترک تفاوت معنیداری ندارند.
پلیفنل اکسیداز (PPO)
بیشترین فعالیت آنزیم پلیفنل اکسیداز (0028/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در چین اول برداشت در تیمار شوری 120 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد و کاربرد سوپرجاذبها توانست از میزان فعالیت
آن بکاهد که در این میان کاربرد سوپرجاذب آکوازورب موثرتر بود (شکل 6- a). در چین دوم برداشت بیشترین فعالیت آن (79/4 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار شوری80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها مشاهده شد و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم سبب کاهش معنیدار این صفت شد (شکل6- b).
شکل6: مقایسه میانگین اثر متقابل شوری و سوپرجاذب بر فعالیت پلی فنل اکسیداز ریحان رقم کشکنی لولو در چین اول (a) و دوم (b) برداشت
*ستونها دارای حداقل یک حرف مشترک تفاوت معنیداری ندارند.
مالوندی آلدئید (MDA)
در چین اول برداشت نتایج مقایسه میانگین اثر ساده شوری بر میزان مالون دی آلدئید نشان داد بیشرین میزان مالون دی آلدئید (3/80 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) مربوط به تیمار شوری 120 میلیمولار بود. همچنین اثر ساده سوپرجاذب بر این صفت نشان داد که کمترین میزان مالون دی آلدئید در تیمار سوپرجاذب آکوازوب مشاهده شد (شکل 7 -a و7- b).
شکل7: اثر ساده شوری (a) و سوپرجاذب (b) بر میزان مالون دی آلدئید ریحان رقم کشکنی لولو تحت تنش شوری در چین اول برداشت
*ستونها دارای حداقل یک حرف مشترک تفاوت معنیداری ندارند.
در چین دوم برداشت اثر متقابل شوری و سوپرجاذب نشان داد که بیشترین میزان مالون دی آلدئید (9/135 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار شوری 80 میلیمولار و عدم کاربرد سوپرجاذبها حاصل شد و کاربرد سوپرجاذبها بهخصوص تراکوتم سبب کاهشمعنیدار این
صفت شد (شکل 8). با افزایش شوری میزان مالون دیآلدئید و بهدنبال آن فعالیت آنزیمهای گایاکول پراسکیداز، آسکوربات پراسکسیداز و سوپراکسید دیسموتاز افزایش یافت که این موارد بهترتیب از نتایج همبستگی مثبت و معنیدار این آنزیمها ((751/0 در چین اول) و (789/0 در چین دوم))، (743/0) و (663/0) با مالوندیآلدئید بهدست آمد (جدول 3و4).
شکل 8: مقایسه میانگین اثر متقابل شوری و سوپرجاذب بر میزان مالون دی آلدئید ریحان رقم کشکنی لولو در چین دوم برداشت
* ستونها دارای حداقل یک حرف مشترک تفاوت معنیداری ندارند.
تولید اسانس
نتایج نشان داد که در چین اول برداشت بالاترین تولید اسانس در شرایط بدون شوری و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم حاصل شد (شکل 9- a). در چین دوم برداشت تولید سانس در دو سطح 0 و 40 میلیمولار شوری با هم مقایسه شد و نتایج نشان داد که تنها اثر ساده سوپرجاذبها بر آن معنیدار شد و بیشترین تولید اسانس با کاربرد سوپرجاذب تراکوتم بهدست آمد (شکل 9- b).
شکل 9: مقایسه میانگین اثر متقابل شوری و سوپرجاذب در چین اول برداشت (a) و اثر ساده سوپرجاذب (b) در چین دوم براشت بر تولید اسانس ریحان رقم کشکنی لولو
جدول3: مقادیر ضرایب همبستگی صفات مورد مطالعه در این تحقیق در چین اول برداشت
|
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
صفات |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1- پروتئین |
|
|
|
|
|
|
1 |
465/0 |
2- کاتالاز |
|
|
|
|
|
1 |
554/0* |
444/0 |
3- گایاکول پراکسیداز |
|
|
|
|
1 |
598/0* |
525/0* |
071/0- |
4- آسوربات پراکسیداز |
|
|
|
1 |
288/0 |
583/0* |
080/0 |
235/0 |
5- سوپراکسید دیسموتاز |
|
|
1 |
384/0 |
265/0 |
399/0 |
206/0 |
130/0- |
6- پلی فنل اکسیداز |
|
1 |
227/0 |
393/0 |
452/0 |
751/0** |
399/0 |
393/0 |
7- مالون دی آلدئید |
*و ** بهترتیب معنیدار در سطح احتمال 5 و 1 درصد
جدول4: مقادیر ضرایب همبستگی صفات مورد مطالعه در این تحقیق در چین دوم برداشت
|
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
صفات |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1- پروتئین |
|
|
|
|
|
|
1 |
070/0 |
2- کاتالاز |
|
|
|
|
|
1 |
295/0 |
219/0- |
3- گایاکول پراکسیداز |
|
|
|
|
1 |
513/0 |
231/0- |
753/0-** |
4- آسوربات پراکسیداز |
|
|
|
1 |
555/0 |
848/0** |
240/0 |
208/0- |
5- سوپراکسید دیسموتاز |
|
|
1 |
059/0 |
469/0 |
197/0 |
330/0 |
433/0- |
6- پلی فنل اکسیداز |
|
1 |
491/0 |
663/0* |
743/0** |
789/0** |
168/0 |
568/0- |
7- مالون دی آلدئید |
*و ** بهترتیب معنیدار در سطح احتمال 5 و 1 درصد
بحث
با افزایش تنش شوری میزان پروتئین محلول گیاه کاهش
معنیداری پیدا کرد که با نتایج بدست آمده از گیاه دارویی
Securigera securideca مطابقت دارد (25). این کاهش در میزان پروتئین را این گونه میتوان اثبات نمود که تنشهای غیرزنده از جمله تنش شوری سبب میشود تا از سنتز برخی از پروتئینها جلوگیری شود و در مقابل سنتز برخی دیگر از آنها از جمله آنزیمهای پروتئینی افزایش یابد ولی در مجموع میزان پروتئین محلول کل در گیاه کاهش مییابد (26). همچنین در هنگام بروز تنشها بهمنظور تولید اسیدهای آمینه برای تنظیم اسمزی سلول، پروتئینهای موجود در گیاه به وسیله آنزیم پروتئاز هیدرولیز میشوند و همین امر سبب کاهش پروتئین محلول در گیاهان از جمله گیاه مورد مطالعه در این تحقیق میشود (27). بهطوریکه تنش شوری سبب کاهش پروتئین محلول در گیاه کتان شد (28). همچنین در مطالعهای نشان داده شد تنش شوری باعث کاهش پروتئین محلول و افزایش فعالیت آنزیمهای سوپراکسید دیسموتاز، کاتالاز و گایاکول پراکسیداز در گیاه دارویی استویا شد که با نتایج حاصل از این تحقیق مطابقت دارد (29). در این پژوهش فعالیت آنزیم کاتالاز و پراکسیداز که نقش جاروب کنندگی پراکسید هیدروژن را دارند موازی با فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز که بهعنوان اولین سد دفاعی در برابر رادیکالهای آزاد اکسیژن میباشد؛ افزایش یافتند تا بدین طریق ترکیبات مضر گیاه را از بین برده و مقاوت گیاه به شرایط شوری بالا را افزایش دهند (30). به بیان دیگر در هنگام تنش شوری به دلیل بسته شدن روزنهها، کاهش تثبیت دیاکسیدکربن و در پی آن کاهش رشد گیاه و همچنین افزایش تنفس گیاه، گونههای فعال اکسیژن از جمله رادیکال سوپراکسید افزایش یافته و آنزیمهایی از جمله سوپراکسید دیسموتاز باعث تبدیل این رادیکال به پراکسید هیدروژن میشوند و سپس آنزیم کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز قادرند پراکسید هیدروژن تولیدی در اندامکها و سیتوزول را به آب و اکسیژن تبدیل کنند و اثرات مخرب آن را کاهش دهند و همین طور آنزیم گایاکول پراکسیداز نیز نقش مهمی در جاروب کردن این ترکیبات دارد (31 و 32). این موارد افزایش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی در گیاه مورد مطالعه در این تحقیق را اثبات میکند. در این تحقیق با افزایش سطح شوری میزان مالون دی آلدئید در گیاه افزایش یافت که این افزایش میتواند ناشی از این باشد که رادیکال سوپراکسید تولیدی در حین تنش شوری از طریق پراکسیداسیون لیپیدهای موجود در غشا میزان مالون دی آلدئید در گیاه را نیز افزایش میدهند که این امر به درستی در این تحقیق مشهود است چرا که مالون دی آلدئید بهعنوان نشانگر زیستی برای اندازهگیری پراکسیداسیون لیپیدها شناخته میشود (33 و 34) و با توجه به این موارد و نتایج بهدست آمده از این تحقیق، افزایش مالون دی آلدئید در نتیجه افزایش میزان شوری در گیاهانی همچون زوفا (35)، مرزه (36) و ریحان (37) مشاهده شد. افزایش پراکسید هیدروژن در هنگام تنش موجب کاهش میزان رشد گیاه و همچنین، باعث پراکسیداسیون لیپیدها (افزایش مالون دی آلدئید) و آسیبهای غشایی میشود و در این مرحله است که آنزیم کاتالاز وارد عمل شده و با تجزیه پراکسید هیدروژن به آب و اکسیژن اثرات مخرب آن را خنثی میکند، در حقیقت حذف مقادیر اضافی پراکسید هیدروژن و دخالت در تنظیم مقادیر مناسب از پراکسید هیدروژن به عهده آنزیم کاتالاز است (38). مطابق با نتایج حاصل از این پژوهش، در تحقیقی دیگر روی گیاه مرزه، افزایش در میزان فعالیت کاتالاز تحت تیمار شوری مشاهده شد (39). همچنین آنزیم پراکسیداز با ایفا کردن نقش الکتروندهندگی، از پراکسیداسیون هیدروژن برای اکسیداسیون انواع سوبستراهای آلی و غیرآلی استفاده میکند (40). این موارد افزایش آنزیمها در این تحقیق را اثبات میکند. در گیاه پونه معطر به منظور افزایش مقاومت گیاه به تنش شوری، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی (سوپراکسید دیسموتاز، پلی فنل اکسیداز، کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز) افزایش یافت (41) که این موارد با نتایج حاصل از این تحقیق مطابقت دارد. میزان آنزیم آسکوربات پراکسیداز و اغلب آنزیمهای آنتیاکسیدانتی دیگر رابطه مستقیمی با طول زمان تنش دارد و نشان دهنده این امر میباشد که با طولانی شدن دوره تنش، فعالیت این آنزیمها نیز تقویت میشود (42). مطابق با نتایج این تحقیق، فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در گیاه دارویی ریحان تحت تنش شوری افزایش یافت (43). کاربرد سوپرجاذبها تحت تنش شوری و خشکی ناشی از آن سبب کاهش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی میشود (44) که نتایج حاصل از این تحقیق نیز با آن مطابقت دارد. پلیمرهای سوپرجاذب دارای شبکههای سه بعدی با پیوند عرضی میباشند که از طریق افزایش ظرفیت نگهداری آب، کاهش شستشوی مواد غذایی و میزان تبخیر از سطح خاک موجب افزایش عملکرد در شرایط معمولی و تنش میشوند و به این طریق باعث کاهش فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی که مکانیسمی برای تحمل به تنشهاست میشوند (45). همچنین پلیمرهای سوپرجاذب قادرند تا حدودی یونهای سمی سدیم و کلر را با یونهای موجود در ساختمان خود جایگزین کرده و به این طریق نیز اثرات منفی تنش شوری را بکاهند (46). مطابق با نتایج این تحقیق، تنش شوری سبب کاهش تولید اسانس در گیاه دارویی نعناع فلفلی (47) و اسطوخودوس(48) شد که علت این کاهش را میتوان کاهش سطح فتوسنتز کننده (بهعلت افزایش فعالیت پروکسیداسیون غشاء و در نتیجه افزایش مالون دیآلدئید) دانست چرا که اسانسها از گروه شیمیایی ترپنها بوده و به این دلیل که گلوکز بهعنوان پیش ماده مناسب در سنتز اسانس و بهویژه منوترپنها مطرح هست، فتوسنتز و تولید فرآوردههای فتوسنتزی ارتباط مستقیمی با تولید اسانس دارد (49). همچنین کاهش تولید اسانس را میتوان بهدلیل صرف بیشتر انرژی در گیاه برای جذب آب در شرایط تنش، تغییر و افزایش غلظت پروتوپلاست، تغییر در مسیرهای تنفسی و مسیر فسفاتپنتوز مربوطه دانست که به نوعی در تولید آنزیمهای تولید کننده اسانس در گیاه اختلال ایجاد کرده و در نتیجه سبب کاهش تولید اسانس میشوند (50).
نتیجهگیری
در پی ایجاد تنش شوری در گیاهان تنش اکسیداتیو هم ایجاد میشود که این امر ناشی از تولید مقادیر بالای گونههای فعال اکسیژن است. گیاهان برای مقاومت در برابر این تنشها و درنتیجه زنده ماندن خود فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی از جمله کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گایاکول پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز و پلیفنل اکسیداز را در خود بالا برده و به این طریق این ترکیبات را هیدرولیز کرده و یا به بیرون از سلول جاروب میکنند و بنابراین در هنگام تنش شوری مقدار آنها در گیاه افزایش مییابد. در مقابل کاربرد پلیمرهای سوپرجاذب از طریق در اختیار گذاشتن آب کافی برای گیاه و کاهش غلظت نمکها در اطراف محیط ریشه گیاهان و همچنین جایگزین کردن یونهای موجود در خود با یونهای سمی سدیم و کلر از اثرات منفی تنش شوری کاسته و به این طریق فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی را کاهش داده و از هیدرولیز بیشتر پروتئینهای محلول جلوگیری میکنند. در این تحقیق مشاهده شد که با افزایش تنش شوری میزان فعالیت آنزیمها افزایش معنیداری پیدا کرد که با کاربرد سوپرجاذبها به خصوص آکوازورب و تراکوتم از میزان آنها کاسته شد. همچنین با افزایش شوری تولید اسانس ریحان کاهش یافت و کاربرد سوپرجاذب تراکوتم موجب افزایش آن شد. بنابراین میتوان توصیه نمود تا از سوپرجاذبها در شرایط تنش شوری و خشکی به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک که اثرات شوری شدیدتر است برای بهبود اثرات مضر شوری و افزایش تولید اسانس ریحان استفاده نمود.
)